Метод удаления и выявления окислительных дефектов

Вестник ДГТУ. Технические науки. № 14, 2008. -I-

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ПРИБОРЫ

УДК 621.382.002 Б.А. Шангереева

МЕТОД УДАЛЕНИЯ И ВЫЯВЛЕЕИЯ ОКЖСЛИТЕЛЬЕПЬЖ ДЕФЕКТОВ

Экспериментальные исследования показали, что окислительные дефекты могут образовываться на различных стадиях технологического процесса (окисление, разгонка бора, разгонка фосфора).

Электронная промышленность, являясь относительно молодой отраслью науки, прошла огромный путь, определивший на сегодняшний день научно-технический прогресс человечества [1].

В процессе изготовления силовых кремниевых транзисторов, для формирования активных областей при высокотермических операций возникают различные виды дефектов: упаковки, дислокации, линии скольжения, ямки и др.

Наиболее часто на поверхности пластин наблюдаются ямки различной формы и размеров. Ямки образуются в результате газового травления (испарения) или ускоренного окисления в локальных участках, вследствие загрязнения поверхности пластины неконтролируемыми примесями. Размер и распределение ямок зависит от типа, распределения и концентрации примеси, и от условий термообработки. Так в случае, представленном на рис. 1, поверхность была загрязнена перед первым окислением, ямки распределены независимо от фотолитографического рисунка.

В результате процесса окисления на границе раздела фаз 81-8Ю2 присутствуют избыточные межузельные атомы кремния. Малая часть этих атомов диффундирует в глубь кремния. Пересыщение объема кремния собственными межузельными атомами определяет скорость роста дефектов упаковки. Альтернативный механизм возникновения дефектов упаковки предполагает уменьшение концентрации вакансий вблизи границы раздела фаз 81-8Ю2 [2]. Большинство дефектов возникает на поверхности раздела пленка-подложка. Это обусловлено тем, что поверхность подложки обычно несовершенна, на ней встречаются царапины от абразива, примесные атомы, остатки окисной пленки и пр.

Рост окислительных дефектов упаковки зависит от ориентации полупроводниковых подложек, типа проводимости и наличия зародышей дефектов (см. рис.1).

Экспериментальные исследования показали, что обычно на хорошо обработанных полупроводниковых подложках чаще встречаются дефекты в форме треугольников, так как боковое развитие центров кристаллизации происходит более правильно. Плохо обработанным подложкам сопутствуют линейные дефекты и дефекты в форме треугольников, обнаруживаемых с помощью оптического микроскопа без предварительной химической обработки.

Возникновение дефектов на полупроводниковых подложках является причиной ухудшения характеристик р-п переходов (это проявляется в увеличении обратных токов утечки) и уменьшения времени хранения заряда в МОП - структурах.

Известны многочисленные методы удаления дефектов: в растворах, кислотах и щелочах. Чаще всего применяют селективный травитель -Сиртла [3]. Также, известен травитель [3], который состоит из следующих компонентов: плавиковой кислоты (ИК), азотной кислоты (ИЛЮ3) и уксусной кислоты (CИзC00H), применяемый для выявления дефектов. Время удаления в травителе «Дэша» -240 минут.

Рис.1. Окислительные дефекты упаковки

Недостатками этих методов является: отсутствие возможности получения ровной и ненарушенной поверхности полупроводниковых подложек, недостаточное удаление и выявление дефектов, что в конечном итоге приводят к ухудшению параметров приборов и уменьшению процента выхода годных кристаллов.

Путем экспериментальных работ, для обработки большого количества полупроводниковых подложек, был подобран метод удаления и выявления дефектов упаковок на поверхности подложек. Для этого в качестве экспериментальных исследований были использованы полупроводниковые подложки ориентацией (110) и (111) после окисления -I. Экспериментальные наблюдения показали, что скорость роста для подложек с ориентацией поверхности (110) выше, чем для подложек с ориентацией поверхности (111).

Подложки загружались во фторопластовые кассеты с последующим погружением в раствор, состоящей из следующих компонентов: плавиковая кислота, азотная кислота и уксусная кислота. По окончании обработки в растворе кассеты с полупроводниковыми подложками загружались в стоп - ванну с последующей отмывкой в двух ваннах с четырехсторонним переливом деионизованной воды. Время отмывки в каждой из ванн по 5 минут. Далее производили сушку в центрифуге при скорости вращения -и=1000±50 об/мин. и времени - т= 3 минут в среде горячего азота (Л^). Качество удаления и выявления дефектов осуществлялась под микроскопом. Для этого выбрали рабочее увеличение микроскопа в диапазоне 100-400х, и подсчитывалось суммарное количество дефектов упаковки на полупроводниковых подложках.

Для различных марок полупроводниковых подложек, применяемых при изготовлении силовых кремниевых транзисторов, оказались различными и составы этого раствора, и время выдержки в растворе до полного удаления дефектов. Так, например, для удаления дефектов упаковок на поверхности подложек, ориентированных в плоскостях (110) и (111), лучшие результаты получены при использовании раствора, состоящей из следующих компонентов: плавиковая кислота, азотная кислота и уксусная кислота.

Оптимальные технологические режимы проведения процесса удаления и выявления окислительных дефектов приведены в таблице 1.

Таблица - 1

Состав раствора

Плавиковая Азотная кислота Уксусная Температура Время

кислота Кислота раствора гтр., мин.

(HF) (HNO3) (С^ШОИ) ГС

15 см3 45 см3 100 см3 23±2 80±10

Дефекты упаковки на протравленной поверхности представляли собой К-образные и одиночные линии, линии с точками, контуры в виде треугольников, крупные черные треугольники. Контрольные участки располагаются по двум взаимно перпендикулярным направлениям, одно из которых перпендикулярно базовому срезу.

Средняя величина дефектов упаковки определялась по следующей формуле:

_п

Ж = ^-АГ, см

М

где N -средняя величина плотности дефектов; г -номер контрольного участка; M- общее количество контрольных участков; п - количество дефектов в I участке;

2

К - коэффициент пересчета, см- , вычисляет по формуле:

S

где 8 - площадь контрольного участка в см-2.

Предложенный метод удаления и выявления окислительных дефектов обеспечивает возможность получения ровной, ненарушенной поверхности полупроводниковых подложек и подготовить их с определенной чистотой для дальнейших технологических операций, а также позволяет увеличить процент выхода годных кристаллов.

Результаты травления и выявления окислительных дефектов приведены в табл. 2.

Таблица - 2

№ партии №кассет № подложек Ориентация подложек Количество ефектов -2 см

А1 500

А3 495

I А5 (111) 399

А 7 497

I А 9 488

Б11 780

II Б 13 652

Б 15 (110) 690

Б 17 711

Б 19 678

—1- В2 658

I В 4 705

В 6 (110) 654

В 8 661

II В 10 688

Д 12 495

II Д 14 450

Д 16 (111) 389

Д 18 446

Д 20 480

Библиографический список:

1. Семенов Ю.Г. Технология кремниевых приборов и изделий микроэлектроники. Контроль качества. -М.: Высшая школа, 1990.-111с.

2. ЗиС. Технология СБИС. -М: Мир, 1986, 404 с.

3. Готра З. Ю. Технология микроэлектронных устройств. -М., 1991, С118-122.

Вестник ДГТУ. Технические науки. № 14, 2008. B.A. Shangereyeva.

METHODS OF OXIDIZED DEFECTS' REMOVAL

Experimental researches have shown that oxidized defects can be formed at different stages of technological process (oxidation, distillation of boron, distillation of phosphorus).

Шангереева Бийке Алиевна

Область научных интересов: микроэлектроника и нанотехнологии. Автор более 55 работ