СПОСОБ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЕВОЙ ПОДЛОЖКИ К ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССАМ
METHOD FOR PRELIMINARY PREPARATION OF SURFACE OF SILICON SUBSTRATE FOR TECHNOLOGICAL PROCESSES

Изобретение относится к технологии обработки полупроводниковых приборов или их частей для изменения физических свойств или формы их поверхности и может быть использовано для предварительной подготовки поверхности кремниевой подложки к технологическим процессам.
Известен способ очистки кремниевой подложки с помощью воздействия УФ-излучения [Технологии производства и методы исследования структур «кремний на изоляторе» (КНИ) /А.Л. Суворов, Б.Ю. Богданович, А.Г. Залужный и др. - С. 89]. Способ заключается в термическом разложении и удалении органических загрязнений с помощью УФ излучения и дальнейшем травлении образовавшегося слоя оксида кремния водным раствором плавиковой кислоты. В результате данной очистки поверхность кремниевой подложки пассивируется водородом. Недостатком данного способа является неустойчивость поверхности кремниевой подложки к окислению.
Ближайшим из известных способов к данному изобретению относится способ химической обработки в растворах RCA [Технологии производства и методы исследования структур «кремний на изоляторе» (КНИ) /А.Л. Суворов, Б.Ю. Богданович, А.Г. Залужный и др.,  с. 81-82], включающий две стадии очистки поверхности. Посредством первой стадии удаляют органические загрязнения и ионы металлов с помощью раствора серной кислоты в пероксиде водорода, после чего осуществляют травление образовавшегося слоя оксида кремния водным раствором плавиковой кислоты. Вторая стадия необходима для удаления механических частиц и органических загрязнений, посредством водного раствора гидроксида аммония и пероксида водорода, после чего осуществляют травление образовавшегося слоя оксида кремния в водном растворе плавиковой кислоты. На протяжении процесса очистки производят отмывку в деионизованной воде поверхности кремниевой подложки после обработки в каждом из реагентов.
Недостатком способа очистки поверхности кремниевой подложки по прототипу является неустойчивость очищенной поверхности подложки к окислению и присутствие на поверхности кремниевой подложки мономолекулярного слоя воды.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении чистой и устойчивой к окислению поверхности кремниевой подложки с отсутствием гидроксильных групп.
3
8
Технический результат в предлагаемом способе предварительной подготовки поверхности кремниевой подложки к технологическим процессам, включающем очистку поверхности кремниевой подложки от органических загрязнений, обработку поверхности кремниевой подложки раствором плавиковой кислоты, отмывку поверхности кремниевой подложки, достигается тем, что очистку поверхности кремниевой подложки от органических загрязнений осуществляют с помощью диметилформамида, далее оксидную пленку с поверхности кремниевой подложки удаляют посредством погружения кремниевой подложки в водный раствор плавиковой кислоты HF с молярной концентрацией 0,05-0,09 моль/л, после чего осуществляют отмывку поверхности кремниевой подложки в изопропиловом спирте CHO с молярной концентрацией 0,01-0,0125 моль/л, далее поверхность очищенной кремниевой подложки покрывают 40±5%-ным раствором канифоли в изопропиловом спирте центрифугированием для образования пассивирующей пленки.
3
8
Рассмотрим осуществление предлагаемого способа предварительной подготовки поверхности кремниевой подложки к технологическим процессам. Перед вводом кремниевой подложки, например 102 КДБ 10 с диаметром 76 мм и ориентацией (111), в технологический процесс проводят очистку поверхности кремниевой подложки от органических загрязнений с помощью диметилформамида. Далее производят удаление естественной оксидной пленки с поверхности кремниевой подложки посредством погружения кремниевой подложки в водный раствор плавиковой кислоты HF с молярной концентрацией, например, 0,08 моль/л на 20 минут. Данную молярную концентрацию следует применять в соответствии с соотношением парциальных паров плавиковой кислоты и законом Оствальда, который гласит, что разбавление раствора ведет к повышению степени диссоциации, то есть активности вещества в растворе. После чего осуществляют отмывку поверхности кремниевой подложки в изопропиловом спирте СНO молярной концентрацией, например 0,0125 моль/л, исходя из техники безопасности. Далее поверхность очищенной кремниевой подложки покрывают 40±5%-ным раствором канифоли в изопропиловом спирте центрифугированием, в результате чего на поверхности кремниевой подложки образуется пассивирующая пленка с необходимой равномерностью и толщиной. Выбор пределов молярной концентрации плавиковой кислоты обусловлен соотношением парциальных паров плавиковой кислоты и законом Оствальда. Выбор пределов молярной концентрации изопропилового спирта обусловлен техникой безопасности. Выбор пределов допуска массовой доли канифоли в растворе обусловлен оптимальным соотношением равномерности и толщины образовавшейся пленки канифоли.
Технический результат предлагаемого изобретения, заключающийся в получении чистой и устойчивой к окислению поверхности кремниевой подложки с отсутствием гидроксильных групп, по сравнению с прототипом достигается за счет того, что используется сочетание химического травления поверхности кремниевой подложки и последующей отмывки поверхности кремниевой подложки в изопропиловом спирте. Уравнения процессов, происходящих на поверхности кремниевой подложки, следующие:
2
2
2
SiO+4HF=Si+2F+2НO
2
4
Si+2F=SiF↑
3
3
2
CHCH(OH)CH3+OH=СНCH(ОН)СН(ОН)
Предлагаемое сочетание обеспечивает удаление естественной оксидной пленки и гидроксильной группы на поверхности кремниевой подложки. После очистки предлагаемым способом на поверхность кремниевой подложки наносят пленку канифоли, защищающую поверхность от окисления посредством того, что граница раздела фаз кремний - кислород отсутствует. Структура пленки канифоли является плотной, что не позволяет молекулам кислорода проникать через пленку канифоли к кремнию. Тогда как в прототипе очистку осуществляют посредством водного раствора гидроксида аммония и пероксида водорода и последующего травления образовавшегося слоя оксида кремния в водном растворе плавиковой кислоты, после чего производят отмывку в деионизованной воде, что приводит к появлению на поверхности кремниевой подложки гидроксильных групп. Дополнительные преимущества предлагаемого способа предварительной подготовки поверхности кремниевой подложки к технологическому процессу заключаются в повышении технологичности, а именно снижении этапов химической отмывки, отсутствии необходимости создания температурного градиента, так как технологический процесс происходит при нормальных условиях.