Подложкодержатель для вакуумного напыления с секторальным формированием токопроводящего слоя по периферии полупроводниковой пластины при изготовлении СВЧ монолитных интегральных схем

Полезная модель относится к области микроэлектроники и может быть использована в системах для обработки полупроводниковых пластин (подложек) и, в частности, в системах для напыления металла на полупроводниковые пластины при формировании токопроводящих слоев для последующего электрохимического осаждения металла при создании СВЧ монолитных интегральных схем (МИС).
Современный этап развития радиоэлектроники характеризуется широким применением монолитных интегральных схем, которые представляют собой функционально законченные устройства.
Изготовление МИС включает в себя несколько технологических этапов, одними из которых являются вакуумное напыление и последующее электрохимическое осаждение основного слоя металлизированного покрытия, которое выполняет функцию проводника и является верхним уровнем металлизации МИС.
Осажденный электрохимическим методом металлизированный слой должен обладать высоким показателем электропроводности, равномерностью и однородностью по всей поверхности пластины (как правило, для этих целей применяется золото).
Современные установки электрохимического осаждения для обеспечения высокой равномерности толщины осажденных металлов имеют подложкодержатели с многоточечными зажимами, размещенными по периферии пластины.
При производстве МИС для повышения качества и процента выхода годных одним из важных условий является совместимость подложкодержателей различных типов используемого оборудования для сквозного прохождения пластины по технологическому маршруту.
Для проведения операции электрохимического осаждения золота необходимо формирование на поверхности пластины токопроводящего слоя методом вакуумного напыления. В процессе вакуумного напыления необходимо обеспечить крепление полупроводниковых пластин. Одним из способов является закрепление пластины к подложкодержателю прижимными скобами [1 - RU 2380786, Приспособление для закрепления пластины, 2008]. Данный способ позволяет производить запыление всей поверхности пластины, в том числе и периферии, токопроводящим слоем, что необходимо для проведения процесса электрохимического осаждения золота на установках с многоточечными зажимами. Недостатком данного способа является возникновение механических напряжений в точках прижима, что приводит к появлению дефектов вплоть до раскола пластины. Кроме того, прижимные скобы экранируют часть поверхности пластины от напыляемого материала, что приводит к неравномерности пленки по толщине.
В [2 - US 5,703,493, Wafer holder for semiconductor applications, 1997] описан подложкодержатель для полупроводниковых пластин, используемый для транспортировки и промежуточных электрофизических измерений полупроводниковых пластин. Недостатками данного аналога является невозможность покрытия периферии пластины (~1,5-2 мм) токопроводящим слоем и возникновение механических напряжений при фиксации полупроводниковых пластин.
В [3 - ЕР0 339279 B1, Method for making a wafer holder for use in rapid thermal processing equipment, 1989] описан подложкодержатель для полупроводниковых пластин, используемый при проведении процессов быстрой термической обработки. Данный аналог позволяет покрыть периферию пластины (~1,5-2 мм) токопроводящим слоем. Однако, недостатком является невозможность применения данного аналога в установках вакуумного формирования металлизированных слоев.
В [4 - US 8,481,344 В2, Methods of evaporating metal onto a semiconductor wafer in a test wafer holder, 2013] описана обработка полупроводниковых пластин, включающая в себя нанесение тонкой пленки металла на подложку путем напыления, которое осуществляется нагревом испаряемого металла, образованием металлического пара и последующей конденсации металла на пластине, для получения металлизированных слоев. Пленка может быть использована в различных целях. Также, в данной работе описан подложкодержатель для полупроводниковых пластин, который принят за прототип. Недостатком данного прототипа является невозможность покрытия периферии пластины (~1,5-2 мм) токопроводящим слоем, что не позволяет впоследствии обеспечить электрический контакт многоточечных зажимов установки электрохимического осаждения к пластине, что, в свою очередь, исключает возможность совместимости технологического оборудования и влечет за собой ухудшение качества металлизированного покрытия, ухудшение равномерности толщины гальванического металла по пластине, ухудшение надежности, а также снижение воспроизводимости параметров и, соответственно, снижение процента выхода годных изготавливаемых МИС.
Задачей полезной модели является разработка и изготовление подложкодержателя для установки вакуумного напыления металлов, который позволяет секторально формировать металлизированный слой по периферии полупроводниковой пластины, необходимый для обеспечения точечных контактов при гальваническом осаждении металла и обеспечивающий стыковку технологического оборудования вакуумного напыления и электрохимического осаждения металлов.
Для решения поставленной задачи предлагается подложкодержатель для вакуумного напыления с секторальным формированием токопроводящего слоя по периферии полупроводниковой пластины при изготовлении СВЧ монолитных интегральных схем, содержащий фаску по внешнему диаметру для его размещения в штатном механизме крепления вакуумной установки и пазы по внутреннему диаметру для точного позиционирования пластины относительно источника испарения. Согласно полезной модели открытая область подложкодержателя, через которую проходит поток распыляемого материала на лицевую сторону полупроводниковой пластины, имеет выборки по периметру области.
Технический результат - повышение степени совместимости технологических процессов, улучшение электрофизических характеристик и увеличение процента выхода годных МИС.
Совокупность отличительных признаков и свойств предлагаемого подложкодержателя из литературы не известна, поэтому полезная модель соответствует критериям новизны.
На фигуре 1 изображен чертеж разработанного подложкодержателя, использование которого, при формировании токопроводящего слоя, позволяет проводить операции электрохимического осаждения металла на установке с трехточечными краевыми зажимами на полупроводниковых пластинах при изготовлении СВЧ монолитных интегральных схем.
На фигуре 2 представлен чертеж разработанного подложкодержателя, использование которого, позволяет проводить операции электрохимического осаждения металла на установке с четырехточечными краевыми зажимами на полупроводниковых пластинах при изготовлении СВЧ монолитных интегральных схем.
Подложкодержатель (фиг. 1, 2)выполнен из нержавеющей стали, содержащий фаску 1 по внешнему диаметру. Диаметр подложкодержателя должен совпадать с диаметром отверстия в штатном механизме крепления вакуумной установки, удерживающим подложкодержатель при вращении. Для точного позиционирования пластины относительно источника испарения подложкодержатель содержит пазы 2 по внутреннему диаметру. Во избежание механических напряжений и экранирования части поверхности пластины от напыляемого материала на пластине в процессе напыления полупроводниковые пластины не закрепляются зажимами, а укладываются в пазы 2 подложкодержателя и удерживаются в нем под собственным весом. Открытая область подложкодержателя, через которую проходит поток распыляемого материала на лицевую сторону полупроводниковой пластины, имеет выборки 3 по периметру области. Выборки 3 в подложкодержателе необходимы для обеспечения формирования токопроводящего слоя на периферии пластины в местах контакта многоточечного зажима установки электрохимического осаждения металла. Количество и размер выборок 3 определяются конструкцией электродов конкретной установки электрохимического осаждения.
Принцип действия заявленного устройства состоит в следующем: полупроводниковая пластина укладывается в подложкодержатель, имеющий выборки 3 по периметру открытой области, который помещается в штатный механизм крепления вакуумной установки. В процессе напыления осуществляется нагрев испаряемого металла, образование металлического пара и впоследствии конденсация металла на пластине, в том числе по периметру открытой области подложкодержателя, в местах, имеющих соответствующие выборки 3. Образованный по периферии токопроводящий слой позволяет обеспечить электрический контакт многоточечных зажимов установки электрохимического осаждения металлов к пластине.
Предлагаемый подложкодержатель обеспечивает:
- формирование токопроводящего слоя металла, обеспечивающего электрический контакт к периферии пластины;
- формирование верхнего уровня металлизации методом электрохимического осаждения металла на установках с многоточечными краевыми зажимами.