2 Технология очистки подложек для производства микроэлектронных изделий

Глава 2. ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН В ПРОЦЕССЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРУКТУР И МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ В настоящее время производство полупроводниковых изделий быстро развивается. Характерными тенденциями современного по­лупроводникового производства являются повышение степени ин­теграции элементов на кристалле, увеличение диаметра пластин с соответствующим уменьшением топологических норм [1,2]. На рис.2.1 представлена тенденция изменения во времени сложности выпускаемых интегральных схем.Рис.2.1. Изменение минимального размера элементов и объема динамической памяти (от килобайт до гигабайт) электронных элементов во времениПри производстве микроэлектронных изделий осуществляется прохождение полупроводниковых пластин по технологическому маршруту. После различных процессов (удаления фоторезиста, травления технологических слоев и других) проводится химиче­ская обработка подложек для очистки поверхности от различных загрязнений и подготовки подложек к последующим технологиче­ским операциям (ионному легированию, нанесению эпитаксиаль­ных слоев, высокотемпературным диффузионным операциям) [3,4]. Химическая обработка проводится также при изготовлении струк­тур без проведения предварительных операций, например, при подготовке подложек к соединению (сращиванию) при изготовле­нии структур "кремний на изоляторе" [5].^ 2.1. Технология очистки подложек для производства микроэлектронных изделий Химическая обработка полупроводниковых пластин является очень важной в процессе производства ИС различного назначения. Результаты подготовки подложек оказывают решающее влияние на получение различных структур и микроэлектронных изделий на их основе [6,7]. В зависимости от сложности получаемых изделий операции очистки поверхности подложек занимают до трети об­щего количества всех технологических этапов изготовления полу­проводниковых изделий. Степень очистки оказывает непосредст­венное влияние на качество продукции, поэтому все больше мик­роэлектронных компаний прилагает усилия в этом направлении [811].^ 2.1.1. Важность снижения уровня загрязнений Микроэлектроника развивается в сторону совершенствования полупроводниковых изделий, технологический маршрута изго­товления которых усложняется (табл.2.1) [1].Таблица 2.1^ Характеристики ИС Параметр БИС СБИС УБИС Число элементов на кристалле 103 – 105 105 – 107 107 – 5·108 Площадь кристалла, мм2 20 – 50 50 – 70 80 – 100 Топологический размер, мкм 2 – 1,5 1,2 – 0,8 0,7 – 0,3 Толщина слоя подзатворного диэлектрика, нм 90 – 40 40 – 15 15 – 10 Глубина р-n- перехода, мкм 1,2 – 0,8 0,5 – 0,2 0,2 – 0,1 Число шаблонов, шт. 6 – 10 8 – 15 12 – 18 C уменьшением минимальных размеров элементов Bmin и меж­соединений в интегральных схемах механические загрязнения (частицы) малых размеров оказывают все большее отрицательное влияние на работу приборов. Так, линейное увеличение плотности дефектов на кремниевой пластине экспоненциально уменьшает выход годных изделий [12]. Требования к чистоте поверхности зависят от уровня реализуе­мой технологии и параметров изготавливаемого изделия. К при­меру, размер механических загрязнений на пластине должен быть на порядок меньше минимального топологического размера эле­ментов. По мере снижения размеров загрязнений сложность их удаления с поверхности резко увеличивается, поэтому в мировом производстве микроэлектронных изделий проводится непрерывный поиск оптимальных процессов химической обработки подложек [13].^ 2.1.2. Классификация загрязнений К чистой поверхности кремниевых пластин предъявляются тре­бования по минимальному содержанию различных загрязнений: органических, примесей металлов, механических частиц [14]. Загрязнения на поверхности пластин кремния могут быть орга­нического и неорганического происхождения и их можно условно разделить по форме на жидкие и твердые пленочные загрязнения, частицы. Частицы и пленочные загрязнения могут состоять из ио­нов, атомов, молекул и т.д. Органические загрязнения присутст­вуют в остатках фоторезиста, различного вида жиров, смазки и ма­сел, использующихся в производстве. Загрязнения могут присутствовать в виде молекул, ионов, ато­мов, а также образовывать соединения между собой и подложкой. Атомные загрязнения представляют собой металлические пленки или частицы, например, электрохимически осажденные пленки ме­таллов (Au, Ag, Cu и др.); частицы материала (Si, Fe, Ni и др.). Ионные загрязнения представляют собой катионы или анионы из неорганических химических растворов, например, Na+, Cl-, SO32-. Загрязнения могут быть разделены по типу их физико-химиче­ского взаимодействия с поверхностью полупроводника. Физиче­ские (или механические) загрязнения (пыль, волокна, абразивные и металлические частицы, органические загрязнения) связаны с поверхностью силами физической адсорбции. Наиболее опасными являются химические загрязнения, так как требуют большей энер­гии для удаления с поверхности, поскольку связаны с ней силами хемосорбции. В качестве примера химических загрязнений можно назвать окисные и сульфидные пленки, катионы, атомы металлов и др. [15]. Кроме того, при очистке подложек предъявляются требования к состоянию поверхности, а именно: изменение шероховатости по­верхности в процессе химической обработки и наличие естествен­ного слоя SiO2 [5]. Особенно актуальным вопрос шероховатости поверхности становится при изготовлении ИС с Bmin ^ 2.1.3. Источники загрязнений Источники загрязнений различны. Их можно условно разделить на несколько категорий.Рабочий персонал. Для вентиляции чистой комнаты исполь­зуют метод ламинарного потока сверху вниз, который может бы­стро удалять пыль, источником которой является обслуживающий персонал.^ Окружающая среда. Чистота производственного помещения должна соответствовать уровню проводимых работ с пластинами. Уровень загрязнений частицами на поверхности пластин является следствием воздействия окружающей среды, используемой для хранения и транспортировки кассет с пластинами. В настоящее время для производства ИС с Bmin = 1 мкм и меньше используют чистые производственные помещения (ЧПП) класса 1 – 10 [8]. Снижения плотности загрязнений можно добиться созданием мик­рообъема с пластинами, с контролируемой подачей фильтрован­ного азота без очистки всего производственного помещения [16].Материалы. С целью поддержания высокой чистоты химиче­ских растворов и технологических сред применяют фильтрацию, рецикл. С увеличением степени интеграции схем возрастают тре­бования к химической чистоте материалов, плотности и физиче­ским размерам поверхностных микродефектов [17,18]. Тенденции изменения требований к материалам для производства ИС пред­ставлены в табл.2.2.^ Таблица 2.2Требования к газам, воздушным средам, воде,химическим реактивам Требования Емкость памяти ИС 16К 64К 256К 1М 4М 16М Содержание лимитирующих приме­сей в материалах, ат% 10-4 10-4 10-5–10-6 10-6–10-8 10-8 10-9 Критический размер инородных частиц в газовых и жидких средах, мкм 0,4 0,3 0,2 0,1 0,01–0,05 0,05 Микроорганизмы в воде, колоний на мл 1,0 1,0 0,8 0,5 0,2 0,1 Оборудование. Механические узлы оборудования являются ис­точниками загрязнений, возникающих при трении поверхностей. В установках с использованием вакуума причинами загрязнений мо­гут быть пыль и продукты реакции внутри рабочей камеры.^ Технологические процессы. В данной категории загрязнений учитываются загрязнения, привносимые самим процессом произ­водства микроэлектронных изделий на всех его этапах.^ 2.2. Влияние загрязнений на характеристики микроэлектронных изделий Одной из главных задач полупроводниковой техники является изготовление надежных приборов, способных работать в течение длительного времени. Установлено, что электрические параметры электронных полупроводниковых приборов и их стабильность за­висят от состояния поверхности полупроводниковых пластин, ме­няющегося в результате физических и химических процессов, про­текающих на поверхности [19]. При контакте незащищенных полу­проводниковых пластин с атмосферным воздухом на поверхности адсорбируются в основном молекулы воды и кислорода. Помимо молекул воды и газов на поверхности пластин осаждаются аэро­золи различного происхождения, продукты химических реакций, примеси из химических реактивов и моющих составов [15,20]. За­грязнения на поверхности Si пластин являются причиной различ­ных дефектов структур [21].^ 2.2.1. Механические загрязнения Надежность, качество и процент выхода годных ИС в значи­тельной степени зависят от загрязнений, вызываемых, прежде всего механическими частицами [22, 23]: - в процессах фотолитографии механические частицы приводят к искажению формируемого рисунка и, как следствие, к отказам в работе ИС из-за обрывов токоведущих дорожек и других причин; - присутствие инородных частиц на участках поверхности, под­верженных ионной имплантации, приводит к рассеянию ионного пучка, в результате чего доза имплантированных ионов будет от­личной от нормы. Возникают локальные участки с отличающейся электропроводностью, которые являются причиной возрастания токов утечки или короткого замыкания с подложкой; - при получении различных эпитаксиальных слоев загрязнения приводят к дефектообразованию, проявляющемуся в виде вздутий, бугорков, трещин, проколов. Наличие частиц на поверхности сра­щиваемых пластин при изготовлении структур КНИ приводит к образованию пор, возникновению напряжений в структуре и обра­зованию области паразитной диффузии [24]. Механические загрязнения имеют различный состав и могут со­держать органические вещества, металлические примеси. Вредное действие органических загрязнений состоит в том, что они разла­гаются при нагревании, а также под действием ионной и электрон­ной бомбардировки, выделяя газообразные продукты (СО, СO2, H2, H2О, O2 и др.), ухудшающие условия осаждения и роста тонких пленок, эпитаксиальных слоев и т.д.^ 2.2.2. Металлические загрязнения Металлические загрязнения попадают на поверхность полупро­водниковых пластин до или после химической обработки. Оста­точные либо привнесенные загрязнения металлов растворяются в слое SiO2, нарушая характеристики работы транзистора, ухудшают результаты термического окисления, изменяют время жизни носи­телей заряда и т.д. Загрязнения металлов могут диффундировать в глубь кристалла во время высокотемпературных обработок, образуя энергетические уровни в запрещенной зоне, увеличивая токи утечки. Загрязнения Fe наиболее распространены, так как содержатся в металлических элементах оборудования. Остатки травителей на основе водных растворов HF оставляют механические загрязнения на поверхности кремния, в состав которых входят металлические примеси [25]. Наиболее опасными примесями для полупроводниковых изделий являются тяжелые металлы – Fe, Cu, Ni, Zn, Cr, Au, Hg, Ag. К при­меру, для технологии с минимальными топологическими нормами 0,6 мкм уровень опасных примесей металлов, включая Ni, Cu, Na, менее 5·1010 ат./см2, для технологии с нормами 250 нм – менее 2,5·1010 ат./см2, для технологии 180 нм - менее 1,3·1010 ат./см2 [26].^ 2.2.3. Микронеровности поверхности Шероховатость поверхности полупроводниковых пластин уве­личивается после проведения технологических операций обра­ботки, в частности, травления и очистки поверхности подложек. В работе [27] отмечается, что существует зависимость качества ди­электрического слоя от микронеровностей (шероховатости) по­верхности полупроводниковых пластин (при толщине формируе­мого слоя SiO2 менее 10 нм), что напрямую влияет на стабильность работы транзисторных структур. В отечественной микроэлектро­нике данному вопросу уделяется недостаточно внимания, что, ви­димо, связано с неявным влиянием шероховатости на работу ИС с Bmin  1мкм [5]. В ГОСТе на отечественные полупроводниковые пластины приводятся устаревшие требования к поверхности [29]. До сих пор одной из основных методик измерения профиля ше­роховатости является измерение на профилографе, не обеспечи­вающем данных по состоянию поверхности. На пластинах диамет­ром 100 мм, соответствующих ЕТО.035.240 ТУ, изготавливаются ИС с Bmin ~ 2 мкм. Влияния различных способов стандартных про­цессов химической обработки на шероховатость поверхности суще­ствующими методиками обнаружить не удалось. В настоящее время на отечественных микроэлектронных пред­приятиях изготовляются ИС с Bmin ^ 2.2.4. Кристаллические дефекты Кристаллические дефекты полупроводниковых слоев подложки оказывают существенное влияние на работу получаемых ИС. В [27] приводятся данные об окислительных дефектах упаковки (ОДУ), которые снижают плотность тока. Наличие преципитатов кисло­рода (кластеров SiO2) приводит к внутреннему геттерированию, влияет на формирование слоев SiO2, что оказывает воздействие на движение электрического заряда между коллектором и эмиттером при работе транзисторных структур. Кристаллические дефекты, обусловленные наличием пор или включений у поверхности пластины, соизмеримы с размерами ме­ханических загрязнений. Этим объясняется тот факт, что при изме­рениях с применением микроскопических и других методов кон­троля нулевой уровень загрязнения поверхности подложек механи­ческими загрязнениями после проведения химической обработки редко достижим. В табл.2.3 представлены основные параметры структур КНИ, полученных различными методами.Таблица 2.3^ Основные параметры структур КНИ, полученых различными методами Параметр SIMOX SMART-CUT ELTRAN BESOI Толщина изолиро-ванного слоя, нмSi SiO2 40 – 200100 30 – 10004000 30 – 1000* 50 – 4000 50 – 1000* 4000 Однородность тол-щины изолирован-ного слоя, нмSi SiO2 ± 2,0 ± 2,0 ± 2,5 ± 2 ± 5% ± 5% ± 10 Дефекты, см-2 HF – Дислокации, см-2 (травитель "Секко") 103 – 104 1 – 3·104 Дефекты (проколы) в SiO2, см-2 0,5 – 2,0 0 0 0 Примеси металлов, ат/см2 – – Микрошероховатость (Ra), нм поверхности Si в КНИ границы Si–SiO2 (1мкмX1мкм) 0,40,5 (1мкмX1мкм) 0,08– (1мкмX1мкм) 0,08– –– * указанная величина может быть значительно больше.^ 2.3. Механические загрязнения на поверхности полупроводниковых пластин В процессе изготовления ИС на поверхность полупроводнико­вых пластин постоянно осаждаются загрязнения из различных ис­точников, т.е. происходит адгезия загрязнений на поверхность под­ложек. Количество осаждаемых механических частиц зависит от многих факторов, например от размера контролируемых загрязне­ний, вида внешней среды (воздух, жидкость). В воздушной среде ЧПП движение частиц определяют: их броуновское движение, силы гравитации, электрические силы. С целью минимизирования количества механических частиц, попадающих из внешней среды, на производственных участках микроэлектронных предприятий применяется система вентиляции с ламинарным потоком воздуха. В этом случае обеспечивается требуемый уровень чистоты в ЧПП. При производстве ИС с Bmin  Практические измерения показали, что наибольшую опасность для технологических процессов обработки Si пластин при получе­нии структур КНИ представляют неконтролируемые загрязнения, источником которых является оборудование и персонал. К при­меру, выходной контроль поверхности подложек на автоматиче­ском лазерном анализаторе поверхности "Surfscan-4500" сокращает количество привносимых механических загрязнений в среднем втрое по сравнению с контролем пластин вручную на оптическом микроскопе "Inspection jenatech" в ЧПП класса 10.^ 2.3.1. Адгезия механических частиц на поверхность полупроводниковых пластин На механическую частицу в воздушном пространстве действуют силы притяжения (Ван-дер-Ваальса, электростатическая) и оттал­кивания, при этом силы притяжения в обычных условиях преобла­дают. В воздушной среде ЧПП концентрация ионов на два порядка выше, чем в обычном помещении. Статический заряд полупровод­никовых пластин (электропотенциал) составляет около 1000 В, что существенно увеличивает количество притягиваемых к поверхно­сти подложек загрязнений. Воздействие заряда пластины сущест­венно увеличивается на механические загрязнения меньшего диа­метра (рис.2.2). После отмывки подложек в чистой деионизованной воде марки "А" поверхностный заряд составляет около 5000 В. Для снижения влияния заряда пластин на чистоту поверхности проводят ряд ор­ганизационных мероприятий, среди которых следует выделить за­земление электрического заряда, скапливаемого на рабочей одежде операторов технологических участков, а также увеличение влажно­сти воздуха ЧПП.Рис.2.2. Воздействие статического заряда на адгезию механических частиц различного диаметра к поверхности кремниевых пластинВ жидкости количество осаждаемых загрязнений на поверх­ность зависит от чистоты химических растворов, массы, скорости движения жидкости. Адгезия загрязнений в жидкости может рас­сматриваться по диффузионной модели (рис.2.3).Рис.2.3. Диффузионная модель адгезии механической частицы к полупровод­никовой поверхности в жидкостиПрактические измерения показали, что содержание примесей Na в растворе H2SO4 (ОСЧ), применяемом в отечественной техноло­гии, составляет величину 5·1010 ат./см2: присутствие загрязнений Al ~ 1·1013 ат./см2, Fe ~ 5·1012 ат./см2 в растворах NH4OH (ОСЧ) и H2O2 (ОСЧ) делает невозможным их применение для изготовления ИС с Bmin ~ 0,6 мкм. Основными направлениями решения вопросов чистоты поверхности подложек в процессе "жидкостной" химиче­ской обработки являются: ужесточение требований к системам фильтрации технологических растворов, разработка новых техни­ческих решений и методов проведения обработки.^ 2.3.2. Удаление загрязнений с поверхности пластин в процессах химической обработки Основной механизм действия "жидкостной" химической очи­стки заключается в следующем: для удаления металлических и ор­ганических загрязнений с поверхности кремниевых пластин необ­ходимо использовать растворы с большим "редокс"-потенциалом (электродный потенциал окислительно-восстановительной реак­ции). При воздействии этого типа растворов происходит окисление металлических примесей, разложение органических соединений на летучие соединения и воду. В общепринятых растворах H2SO4/H2O2 и HCl/H2O2/H2O, имеющих высокий "редокс"-потенциал, при высо­кой температуре (больше 100 С) происходит удаление металличе­ских примесей и органических загрязнений (фоторезиста) с по­верхности подложек. Органические пленки под действием кислот при высокой температуре разрушаются и продукты реакции пере­ходят в раствор. На поверхности кремниевых пластин в процессе изготовления ИС могут находиться слои SiO2, Si3N4, Al, органических соедине­ний и др. В алкильных растворах все эти материалы имеют отрица­тельный -потенциал (электрокинетический потенциал частиц в кинетике обменных химических реакций), т.е. такой же полярно­сти, что и используемый раствор NH4OH/H2O2/H2O (табл.2.4). За­грязнения на поверхности, взаимодействуя с заряженными тем же знаком -потенциала частицами раствора, взаимно отталкиваются и, таким образом, удаляются с поверхности пластины [33,34].^ Таблица 2.4 -потенциал материалов в растворах с различным рН, мВ Материалы HF/H2O (рН = 3) NH4OH/H2O2 (рН = 8,8) Si -20 -50 SiO2 10 -60 -механические частицы 60 -30 Современной методикой уменьшения влияния -потенциала на загрязнения является добавление поверхностно-активных веществ (ПАВ) в раствор (рис.2.4 – 2.7).Рис.2.4. Механические загрязнения в водеРис.2.5. Механические загрязнения в растворе с анионными ПАВРис.2.6. Механические загрязнения в растворе с нонионными ПАВ Рис.2.7. Механические загрязнения в растворе с катионными ПАВОтрицательный -потенциал на частицах можно создать, доба­вив анионное ПАВ, и положительный -потенциал, добавив кати­онное ПАВ. Таким образом, добавляя в раствор для удаления слоев SiO2 на основе HF/H2O соответствующее ПАВ, можно одновре­менно удалять загрязнения с поверхности кремниевых пластин. В отечественной микроэлектронике работы в указанном направлении ведутся, однако положительных результатов пока не достигнуто, т.к. существует проблемы, в основном связанные с тем, что, ПАВ порой сами являются причиной дополнительных загрязнений по­верхности подложек. Необходимо отметить следующие экспериментальные зависи­мости. Большее количество остаточных загрязнений на поверхно­сти полупроводниковых пластин наблюдается, когда ионная сила раствора увеличивается, разница значений -потенциала частицы и пластины растет, диаметр механических частиц уменьшается [27]. Практические результаты показали, что при среднем исходном уровне загрязнения поверхности кремниевых пластин диаметром 150 мм на уровне 700 частиц после очистки подложек в растворе H2SO4/H2O2 количество загрязнений уменьшилось до 650 частиц, после проведения очистки подложек в растворе NH4OH/H2O2/H2O средний конечный уровень загрязнений составил 60 частиц на пла­стине.^ 2.3.3. Очистка поверхности подложек в перекисно-аммиачном растворе В отечественной микроэлектронике для удаления механических загрязнений с поверхности полупроводниковых пластин в основ­ном используется обработка погружением в раствор NH4OH/H2O2/H2O. В процессе очистки поверхности подложек в указанном растворе между двумя химическими компонентами про­исходит компенсационное взаимодействие: перекись водорода (H2O2) окисляет кремний и образует слой оксида кремния (SiO2) непосредственно на поверхности подложки, а аммиак, напротив, подтравливает образовавшийся слой SiO2. В результате протекания указанных процессов слой оксида кремния постоянно образуется и удаляется, а подтравливание слоя SiO2 под частицами способствует удалению с поверхности Si пластин загрязнений. Главным недос­татком указанного процесса химической обработки является изме­нение концентрации компонентов в растворе в процессе его ис­пользования и хранения, что приводит к ухудшению характеристик поверхности подложек. Раствор перекиси водорода при нагревании разлагается по схеме 2H2O2=2H2O+O2. Уменьшается концентрация аммиака в растворе, что происходит за счет его летучести в процессе нагревания раствора. Добавками стабилизаторов снижают скорость разложения раствора. В литературных источниках рассматриваются варианты объем­ных отношений компонентов раствора NH4OH/H2O2/H2O как 1:1:3, с тенденцией уменьшения концентраций NH4OH и H2O2 в воде при современных режимах химической обработки. Температура обра­ботки варьируется от 20 до 80 С [33,35–38]. На рис.2.8 приведены результаты исследований изменения скорости травления поверхно­сти подложек в зависимости от концентрации компонентов в рас­творе NH4OH/H2O2/H2O. Полученные результаты свидетельствуют о том, что обработка в растворе NH4OH/H2O2/H2O при низких температурах не приводит к изменениям шероховатости поверхности Si пластин. Рис.2.8. Изменение скорости травления поверхности кремниевой пластины при изменении концентрации компонентов в процессе аэрозольно-капельного распыления раствора NH4OH/H2O2/H2O при различной температуреИсследования шероховатости кремниевых пластин с примене­нием атомно-силовой микроскопии (АСМ) показали, что опти­мально проводить обработку в ПАВ без нагревания при темпера­туре 20 С. Наибольшая эффективность удаления загрязнений при наименьшем повреждении поверхности получена в растворе NH4OH/H2O2/H2O при температуре 55 С при соотношении компо­нентов 1:2:30.^ 2.4. Методы исследования состояния и характеристик поверхности подложек На каждом этапе изготовления полупроводниковых изделий на поверхности подложек находятся загрязнения разных типов. Для определения состояния и свойств поверхности подложек исполь­зуют приведенные ниже методы исследования поверхности полупроводниковых пластин.^ 2.4.1. Методы анализа частиц на поверхности пластин При контроле и измерении механических поверхностных за­грязнений обращаются в основном к бесконтактным методам, та­ким как анализ отраженного сканирующего лазерного луча и мик­роскопия [39]. Микроскопические методы, в частности, электронная и оптиче­ская микроскопия относятся к наиболее точным методам. Диапазон увеличений х10 – х50000 [40 – 42]. К данной группе измерений от­носятся растровая электронная микроскопия (РЭМ), просвечиваю­щая электронная микроскопия (ПЭМ) [42]. В основном в качестве контрольной аппаратуры в отечественном производстве полупро­водниковых структур применяется оптический микроскоп с увели­чением до х500 [43, 44].^ 2.4.2. Методы анализа органических загрязнений на поверхности пластин Методы, основанные на смачиваемости поверхности пластин жидкостями, позволяют фиксировать физическую неоднородность поверхности, обнаруживать органические загрязнения с чувстви­тельностью 10-5–10-8 г/см2. К этой группе методов относятся ме­тоды окунания, пульверизации воды, конденсации воды, за­потевания. Указанным методам присущи недостатки: малая чувствительность при низких концентрациях загрязнений; от­сутствие возможности контроля других типов загрязнений [40]. Существуют разновидности фотометрического метода: спек­трофотометрический, нефелометрический и турбодиметрический, рефрактометрический анализы [40]. Современным методом контроля органических загрязнений яв­ляется масс-спектрометрический с чувствительностью – 1010  1011 мол/см2.^ 2.4.3. Методы анализа металлических загрязнений на поверхности пластин Электрохимические методы. В данную группу включают: электрогравиметрический, кулонометрический, полярографи-чес­кий, кондуктометрический анализы. Электрохимические методы контроля могут быть разделены на потенциометрические и вольт­амперметрические. Методы предназначены в основном для анализа жидких технологических сред и исследования поверхностей на предмет содержания на них примесей ионов металлов [40].^ Радиохимические методы. Радиохимические методы вклю­чают в себя нейтронно-активационный анализ, метод радиоактив­ных индикаторов и др. Приведенные методы не применяются из-за низкой чувствительности (до 10-10 г/см2) [40]. Электронная Оже-спектроскопия (ЭОС), метод локального рентгеновского анализа обеспечивают анализ поверхности с вы­сокой чувствительностью (до 0,1 ат.%) [45]. Наиболее приемлемым для анализа распределения примесей по поверхности и глубине образцов является метод вторичной ионной масс-спектроскопии (ВИМС) с чувствительностью до 10-6 ат% [40,42,46].^ 2.4.4. Методы исследования рельефа поверхности подложек Методом сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) иссле­дуют свойства поверхностей материалов в диапазоне микронного, атомного уровней [28,29]. В СЗМ существует метод исследования поверхности полупроводниковых пластин с применением атомно-силовой микроскопии [30,47]. Этот метод весьма привлекателен низкими требованиями к подготовке образцов [48]. АСМ ис­пользуется для контроля характеристик поверхности полупровод­никовых пластин в процессе проведения процессов "жидкостных" химических обработок подложек [30]. Предполагается, что за этим методом будущее контроля характеристик поверхности подложек.^ 2.5. Технологические процессы очистки поверхности полупроводниковых пластин Основные принципы, на которых базируется любая технология очистки поверхности подложек, заключаются в следующем. Технологические процессы должны состоять из ряда последова­тельных операций, из которых каждая предназначена для удаления одного или нескольких видов загрязнений. Технологические про­цессы увязываются с общим технологическим маршрутом изготов­ления приборов. Для химической очистки подложек следует применять веще­ства, у которых продукты взаимодействия с загрязнениями легко удаляются с поверхности при последующей обработке. Поскольку в технологии микроэлектроники постоянно совер­шенствуются технологические методы и отдельные операции (на­пример, для уменьшения минимального топологического размера) необходимо постоянно совершенствовать методы очистки [49]. Способы воздействия на поверхность пластин, применяемые в технологиях очистки, по характеру процесса делят на физические, химические, физико-химические. Так как процессы очистки полу­проводниковой поверхности постоянно совершенствуются комби­нированием и сочетанием различных методов, деление это ус­ловно. По агрегатному состоянию среды обработки методы очи­стки поверхности пластин подразделяются на "жидкостные" и "су­хие" [50]. "Жидкостные" методы включают обработку в жидкостях и парах [51,52]. Обработка в газовой среде или в вакууме относится к "сухим" методам очистки поверхности пластин. Общая схема "жидкостной" химической очистки поверхности подложек выгля­дит следующим образом: обработка в химических растворах, от­мывка в воде, сушка. Существуют различные разработки и моди­фикации процессов очистки [53]. Основные будут рассмотрены подробнее.^ 2.5.1. "Жидкостная" химическая обработка В зависимости от цели очистки поверхностных слоев полупро­водниковых пластин применяется множество химических реаген­тов (органических и неорганических) с соответствующими харак­теристиками [35]. После воздействия химических реагентов на пла­стину проводится отмывка пластин в чистой деионизованной воде (с сопротивлением не менее 18 МОм·см) с целью удаления остат­ков раствора, адсорбированного на поверхности.^ Химическая обработка в растворах RCA. Первым широко используемым процессом химической обработки был двухстадий­ный процесс, проводимый на основе водной смеси перекиси водо­рода (Н2О2), аммиака (NH4OH) и водной смеси перекиси водорода с соляной кислотой (HCl). Этот процесс (Standart Clean–1, SC–2) раз­работан фирмой RCA в 1965 г. и опубликован в 1970 г. [12]. В на­стоящее время данный вид обработки широко применяется с неко­торыми изменениями концентраций растворов, температурных ре­жимов, варьированием времени обработки [37]. Возможно прове­дение дополнительных операций обработки в других реагентах, направленных на повышение эффективности очистки поверхности пластин [33]. Используемая RCA обработка состоит из последовательно вы­полняемых операций: H2SO4/H2O2 (7:3) при 120 C – удаляются органические загряз­нения, ионы металлов; H2O/HF (100:0,5) 20 C – удаляется пленка естественного слоя SiO2; NH4OH/H2O2/H2O (1:1:6) при 80 С – удаляются механические частицы, органические загрязнения; HCl/H2O2/H2O (1:1:6) при 80 С – удаляются металлические за­грязнения; H2O/HF (100:0,5) при 20 C – удаляются химические оксиды; отмывка в воде после обработки в каждом из реагентов; сушка. Традиционная "жидкостная" химическая RCA отмывка имеет ряд существенных недостатков, к которым следует отнести: боль­шое число этапов химической отмывки (12), значительные объемы потребления химических реагентов и деионизованной воды, расход чистого воздуха и газов в ЧПП. Кроме того, использование хими­ческих смесей при высокой температуре способствует быстрому испарению жидкостей и ухудшению качества растворов. Посто­янно происходит поиск новых альтернативных и совершенствова­ние существующих методов очистки кремниевых пластин в цикле изготовления ИС, лишенных вышеуказанных недостатков [35].^ Модификация процесса RCA. Совершенствованием традици­онного процесса RCA занимаются практически все крупные техно­логические центры. В частности, европейская фирма IMEC разра­ботала концепцию "жидкостной" очистки на основе оптимизации соотношения компонентов в растворах RCA. Первый этап обра­ботки в NH4OH/H2O2/H2O приводит к образованию естественного слоя SiO2 на поверхности пластин, который затем удаляется в вод­ном растворе HF. Оптимизация первого этапа химической обра­ботки фирмы IMEC заключается в использовании более разбавлен­ных химических растворов по сравнению со стандартной обработ­кой. Применяется обработка в растворе NH4OH/H2O2/H2O в про­порции компонентов (0,05:1:5) при 85 – 90 С или (0,25:1:5) при 70 – 75 С. Использование разбавленных химических реактивов по­зволяет уменьшить шероховатость поверхности пластин, снизить количество поверхностных дефектов, уменьшить количество ис­пользуемых химикатов и затрат [38].TRTWC (Total Room Temperature Wet Cleaning) – "жидкостная" химическая очистка при комнатной температуре. Для удаления ор­ганических и металлических примесей требуется высокая окисли­тельная способность химических растворов. Этому требованию удовлетворяет сильно оксидированный раствор, имеющий положи­тельный "редокс"-потенциал. Таким образом, добавляя О3, О2 или Н2 в чистую воду, можно добиться высокой эффективности очи­стки поверхности кремния от органических, металлических загряз­нений [33,54]. Все операции очистки проводятся при комнатной температуре, что позволяет точно поддерживать концентрацию и соотношение химических компонентов. Предложенная обработка TRTWC имеет ряд существенных преимуществ перед традицион­ной "жидкостной" химической отмывкой RCA, среди которых: снижение количества этапов очистки до 5, сокращение расхода деионизованной воды в 20 раз, снижение загрязнения окружающей атмосферы, что очень важно, так как очистка сточных вод является существенной проблемой в микроэлектронике [33,54].^ Сушка пластин. Операции сушки после обработки Si пластин в химических веществах являются критичными, так как возможно повторное загрязнение подложек, что может привести к общим неудовлетворительным результатам всего процесса очистки. Широко используется метод сушки с применением центрифуги благодаря своей высокой производительности. Ускорение враще­ния мокрых пластин с одновременным обдувом теплым азотом по­зволяет удалить поверхностный слой жидкости. Для устранения таких в