Глава 2

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПОДЛОЖКИ,

Особенности подготовки их поверхности, разновидности загрязнений

2.1. Основные характеристики полупроводниковых подложек

Изделия интегральной электроники формируют на пласти­нах (подложках) монокристаллического кремния, а также гер­мания, арсенида галлия, сапфира и др. Однако в настоящее вре­мя основным материалом для большинства применений явля­ется кремний. Кремниевая подложка представляет собой тон­кий диск, различного диаметра: 75 мм, 100 мм, 150 мм и более, со скругленным по периферии краем, с одним или не­сколькими срезами (см. рис 2.1).

Основной (или базовый) срез подложки предназначен для базирования (ориентации) пластин в технологическом оборудо­вании. Длина базового среза строго регламентируется и выпол­няется в определенном кристаллографическом направлении. В последующем параллельно базовому срезу будет располагать­ся одна из сторон кристалла ИМС.

Скругление края по периферии подложки производится с це­лью предотвращения появления сколов и трещин. Кроме того, скругленный край позволяет уменьшить влияние дефектов на некоторых технологических операциях, таких как утолщение («валик») при нанесении фоторезиста и «корона» при эпитакси-альном наращивании.

Дополнительные срезы служат для визуального определения ориентации, типа электропроводности и удельного сопротивле­ния кремниевых пластин и наносятся относительно базового под углом 45, 90 или 180° (см. рис. 2.2).

Требования к качеству полупроводниковых подложек мож­но условно разделить на две группы:

а) требования к геометрическим параметрам;

б) требования к качеству поверхности.

К основным геометрическим параметрам подложек отно­сятся: диаметр, толщина, прогиб, плоскостность, величина ос­новного и дополнительных базовых срезов. Требования к дан­ным параметрам для различного диаметра пластин представле­ны в табл. 2.1.

Рис. 2.1. Кремниевая подложка

Рис. 2.2. Расположение основного и дополнительного срезов на кремниевых подложках различных типов: а -КЭФ 4,5 (100); б - КЭФ 4,5 (111); в - КДБ 10 (111), г - КДБ 10 (100)

В настоящее время ИМС изготавливают на кремниевых под­ложках диаметром: 100, 150, 200 и 300 мм. В перспективе также ожидается переход на диаметр подложек 450 мм. Выбор диаметра подложек в первую очередь зависит от сложности тех­нологического процесса и имеющегося парка технологического оборудования. Допуск на диаметр подложек критичен при по­штучной обработке, особенно в установках с автоматической загрузкой-выгрузкой.

Минимальная толщина определяется требованиями механи­ческой прочности, жесткости и термомеханической стойкости подложек. Допуски на отклонение толщины и локальной не­плоскостности обеспечивают воспроизводимость ширины линий фотолитографического рисунка. Поскольку увеличение диамет­ра подложек происходит одновременно с уменьшением размеров элементов ИМС, то требования к стабильности геометрических параметров, как правило, также ужесточаются с увеличением диаметра пластин (см. табл. 2.1).

Качество поверхности подложек определяется следующими параметрами:

а) шероховатостью поверхности;

б) глубиной нарушенного слоя;

в) минимальной дефектностью.

Состояние поверхности полупроводниковых подложек ока­зывает существенное влияние на электрические параметры эле­ментов ИМС и соответственно на правильность функционирова­ния всей ИМС в целом. Критическим размером дефекта счита­ют 0,1 от минимального размера элемента. Если размер дефекта превышает 0,3 от минимального размера элемента, то это, как правило, приводит к критическому (катастрофическому) отказу ИМС. Для большинства применений рабочая сторона полупро-

водниковых подложек изготавливается зеркально гладкой с параметром шероховатости Rz не более 0,05 мкм, нарушенный слой должен отсутствовать. На нерабочей стороне допускается высота микронеровностей от 0,08 мкм (для полированной по­верхности) до 0,6 мкм (для шлифовано-травленной), а глубина нарушенного слоя менее 3,0 мкм.

Также жесткие требования предъявляются и к числу дефек­тов на поверхности подложки. Различают следующие виды де­фектов:

• загрязнения по площади или точечные дефекты;

• трещина длиной более 0,25 мкм;

• «гусиная лапка» (линия длиной более 0,25 мм);

• кратер (раковина);

• краевой скол размером более 0,25 мм;

• канавка (продолговатое образование шириной более 0,13 мм и длиной более 0,76 мм);

• бугорок (размером более 0,25 мм);

• впадина;

• бороздатость;

• царапина (линия, имеющая отношение длины к ширине бо­лее чем 5:1);

• дымка (помутнение поверхности);

• «апельсиновая корка» (шероховатая поверхность);

• следы пыли.

К дефектности полупроводниковых подложек предъявляют следующие требования. На рабочей поверхности не допускается наличие дымки, трещин, кратеров, следов пыли, «апельсиновой корки», канавок, углублений и загрязнений. Допускается нали­чие царапин в количестве не более трех штук и суммарной длиной не более четверти диаметра подложки. Максимальное количество частиц на поверхности не должно превышать 16 — для подложек диаметром 100 мм и 36 - для подложек диамет­ром 160 мм. На нерабочей стороне пластин также не допуска­ется наличие загрязнений, следов от пыли размером более 5 мкм, сколов и трещин.