Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники

Диссертационная работа:

Калугин Виктор Владимирович. Исследование и разработка процессов подготовки поверхности кремниевых пластин при изготовлении структур кремний на изоляторе : диссертация ... кандидата технических наук : 05.27.06.- Москва, 2001.- 187 с.: ил. РГБ ОД, 61 01-5/2991-3

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 6

Глава 1 Подготовка пластин Si, используемых при производстве

структур КНИ 12

1.1 Перспективы производства структур КНИ 12

1.1.1. Особенности структур КНИ 13

1.1.2 Методы формирования структур КНИ 14

  1. Получение структур КНИ методом сращивания полупроводниковых пластин 18

  2. Роль процессов химической обработки в микроэлектронике 19

  3. Влияние поверхностных загрязнений подложек на результаты технологических процессов 21

1.4.1 Классификация загрязнений..;. .,..,,.......; 23

" ' *. *,.

  1. Источники загрязнений на поверхности пластин Si 26

  2. Выбор процесса химической обработки 27

1.5 Способы очистки поверхности пластин Si от загрязнений 28

  1. Жидкостная химическая обработка 29

  2. Тенденции развития существующих методов жидкостной химической обработки 31

  3. Сухие методы обработки поверхности 38

1.6 Контроль качества подготовки поверхности пластин Si 40

1.7 Выводы и постановка задачи 43

Глава 2 Оборудование и методика проведения эксперимента 45

2.1 Подготовка подложек 45

  1. Химическая обработка методом погружения структур в растворы 46

  2. Сушка структур 47

  3. Химическая обработка аэрозольно-капельным распылением растворов 48

  4. Химическая обработка с применением мегазвуковой энергии 50

  5. Кистевая химическая обработка 51

-з- д

2.1.6 Процессы химического травления 51

  1. Методики контроля Si пластин и структур КНИ 52

  2. Выводы 66

Глава 3 Причины, влияющие на загрязнение поверхности Si пластин в процессе
получения структур КНИ 67

  1. Анализ состояния поверхности подложек, используемых для производства структур КНИ и ИС 67

  2. Выявление основных источников механических загрязнений поверхности полупроводниковых пластин 76

3.2.1 Влияние среды чистых производственных помещений на загрязнение Si
пластин 76

  1. Влияние загрязнения поверхности полупроводниковых пластин в чистых производственных помещениях 77

  2. Влияние чистоты технологических растворов на привносимые загрязнения поверхности пластин Si 79

  3. Влияние параметров ЧПП на поверхностные привносимые загрязнения подложек 80

  4. Влияние расположения Si пластин в кассете на поверхностные загрязнения 82

  1. Влияние оборудования на загрязнение поверхности Si пластин 83

  2. Влияние персонала на загрязнение поверхности Si пластин 85

  3. Влияние чистоты используемых производственных материалов на загрязнение поверхности пластин Si 87

  1. Определение влияния чистоты химических растворов на загрязнение поверхности подложек 88

  2. Определение загрязнений поверхности исходных полупроводниковых пластин 89

3.2.5 Влияние технологического процесса химической обработки на уровень
загрязнений пластин Si 91

3.2.5.1 Влияние операции сушки пластин Si на загрязнения поверхности . 91

  1. Анализ влияния факторов технологического процесса химической обработки на загрязнение поверхности Si пластин 94

  2. Влияние процессов подготовки на контактную разность потенциала поверхности подложек 97

  3. Выводы 100

Глава 4 Разработка процессов подготовки Si пластин, предназначенных для
получения структур КНИ 102

  1. Влияние химической обработки на уровень остаточных загрязнений поверхности Si пластин 102

  2. Воздействие раствора NH4OH/H2O2/H2O на поверхность Si пластин 104

  3. Обработка Si пластин в водных растворах HF 107

  4. Влияние процессов сушки Si пластин после проведения жидкостной обработки на уровень загрязнений 111

  5. Влияние химической обработки на шероховатость поверхности

Si пластин 114

4.6 Разработка процессов подготовки Si пластин 124

  1. Разработка способов уменьшения уровня остаточных загрязнений в процессе проведения химической обработки 124

  2. Разработка процесса химической обработки аэрозольно-капельным распылением растворов 128

  3. Разработка процесса химической обработки с использованием растворов на основе 8-оксихинолина 133

4.7 Выводы 141

Глава 5 Исследование структур КНИ, полученных с использованием
разработанных процессов подготовки подложек 143

  1. Использование разработанных процессов подготовки подложек для получения структур КНИ 143

  2. Технологический маршрут изготовления структур КНИ сращиванием подложек и отслаиванием части приборного слоя 149

  3. Исследование характеристик структур КНИ, полученных сращиванием подложек и отслаиванием части приборного слоя 154

-5- Д

5.4 Исследование поверхности рабочего слоя структур КНИ, полученных
сращиванием Si пластин 157

  1. Влияние на поверхность образцов боковых сил трения зонда 160

  2. Сравнение характеристик поверхности образцов пластин полученных разными методами 162

5.5 Лабораторный процесс формирования островковых структур КНИ 163

5.6 Выводы 167

Заключение 168

Список литературы 170

Введение к работе:

Актуальность работы

Развитие микроэлектроники происходит в направлении решения задач увеличения сложности, плотности компоновки элементов и повышения быстродействия ИС. Важной проблемой является повышение устойчивости ИС к внешним факторам (температуре, радиационным воздействиям и т.д.), приводящим к изменению параметров функционирования приборов. Использование структур "кремний на изоляторе" (КНИ), что позволяет значительно уменьшить паразитные связи между элементами ИС и подложкой, а также увеличить устойчивость ИС к воздействиям дестабилизирующих факторов. Структуры КНИ позволяют обеспечить технологические и экономические преимущества при получении ИС и элементов микроэлектромеханических систем, производимых по данным технологиям, перед альтернативными приборами, изготавливаемыми на обычных подложках, а также получить изделия, которые невозможно реализовать с использованием других методов получения. В настоящее время одним из перспективных направлений производства структур КНИ являются технологии, использующие методы сращивания полупроводниковых пластин, позволяющие получать структуры с изолированным слоем монокристаллического кремния толщиной от 0,1 мкм до десятков мкм с использованием методов утонения рабочей пластины.

Одной из основных операций в процессе получения структур КНИ методами сращивания подложек является химическая обработка полупроводниковых пластин. Процесс химической обработки подложек в общем случае можно представить в виде последовательных технологических операций очистки в химических реагентах, отмывки в воде и сушки. Подготовка поверхности Si пластин является определяющим этапом не только с точки зрения качества изготовляемых структур КНИ, но и работоспособности созданных на их основе элементов. Загрязнения и геометрические несовершенства поверхности Si являются основными причинами брака при

проведении операций термического сращивания полупроводниковых пластин для получения структур КНИ. Проблемы уменьшения количества загрязнений и улучшения морфологии поверхности подложек необходимо решать и для производства ИС, особенно с топологическими нормами менее 1,0 мкм. Поэтому тема диссертационной работы актуальна как с точки зрения развития передовых технологий производства структур КНИ, так и с точки зрения производства традиционных микроэлектронных изделий.

Цель работы

Основной целью диссертационной работы является:

- исследование и разработка процессов подготовки Si пластин,

предназначенных для получения структур КНИ и апробация их в реальном технологическом маршруте. Для достижения поставленной цели необходимо:

провести анализ основных технологических факторов, влияющих на качество структур КНИ;

определить влияние уровня и вида загрязнений поверхности Si пластин на качество структур КНИ, получаемых сращиванием подложек;

провести моделирование дефектности приборного слоя Si в структурах КНИ в зависимости от уровня, типа загрязнений и рельефа поверхности исходных подложек;

проанализировать факторы, влияющие на уровень загрязнений поверхности полупроводниковых пластин в технологическом процессе;

провести анализ и сравнить морфологию поверхности Si пластин после различных процессов подготовки исходных подложек;

разработать технологические процессы подготовки поверхности Si пластин, предназначенных для изготовления структур КНИ;

разработать технологический маршрут изготовления структур КНИ с использованием новых процессов подготовки подложек и исследовать характеристики полученных образцов.

Научная новизна

Исследовано влияние процессов подготовки поверхности подложек на параметры структур КНИ. Установлена корреляция между уровнем загрязнений на поверхности сращиваемых подложек и размерами пор в приборном слое структур КНИ.

На основе проведенного анализа поверхностных загрязнений построена модель влияния механических загрязнений поверхности пластин Si на дефектность структур КНИ.

Проведены исследования различными методами (в т.ч. на атомно-силовом микроскопе) влияния процессов обработки на морфологию поверхности Si пластин. Установлена связь между дефектами морфологии поверхности и параметрами процессов.

Обнаружено и объяснено влияние многократного циклического изменения скорости вращения подложек в процессе очистки на уровень поверхностных механических загрязнений с позиции изменения толщины граничного слоя жидкости на поверхности подложек под действием сил инерции.

Впервые проведены комплексные исследования процесса подготовки поверхности Si пластин в растворах на основе 8-оксихинолина и определены основные закономерности нелинейного влияния состава раствора на чистоту поверхности подложек.

Практическая иенность

Разработан новый технологический процесс обработки Si пластин диаметром 100 и 150 мм с использованием аэрозольно-капельного распыления растворов H2SO4/H2O2, NH4OH/H2O2/H2O, предназначенный для подготовки поверхности к проведению термического сращивания. В результате снижен уровень механических загрязнений до 15 частиц на поверхности подложек диаметром 150 мм, уменьшена неровность поверхности подложек в 1,6 раза по сравнению со стандартными методиками обработки.

Разработан новый состав раствора на основе 8-оксихинолина и режимы подготовки подложек с применением мегазвукового воздействия, позволяющие снизить уровень металлических примесей на поверхности подложек.

Разработан технологический маршрут получения структур КНИ методами сращивания Si пластин с использованием предложенных процессов подготовки подложек, позволяющих снизить дефектность рабочего слоя структуры.

Разработана технологическая схема лабораторного процесса получения составных островковых структур КНИ, являющаяся основой для биполярной технологии.

Изготовлены образцы структур КНИ, предназначенные для производства ИС с повышенной радиационной и термической устойчивостью, а также датчиков и элементов микроэлектромеханических систем специального назначения. Полученные результаты подтверждены соответствующими актами внедрения.

Положения выносимые на зашиту

  1. Модель влияния поверхностных загрязнений подложек на качество формируемых структур КНИ.

  2. Результаты комплексных исследований влияния различных факторов технологического процесса химической обработки на уровень загрязнений и морфологию поверхности Si пластин.

  3. Технологические режимы подготовки поверхности подложек методом аэрозольно-капельного распыления растворов H2S04/H202, NH4OH/H2O2/H2O.

4. Новый состав раствора на основе комплексообразователя 8-
оксихинолина для химической обработки подложек с использованием
мегазвукового воздействия на обрабатываемую Si пластину.

5. Технологический маршрут изготовления структур КНИ, включающий
разработанные процессы подготовки подложек.

6. Изготовленные образцы структур КНИ, полученные сращиванием подложек и удалением части приборного слоя, обладающие повышенной устойчивостью к температурным, радиационным воздействиям.

Апробаиия результатов работы

Результаты, представленные в диссертационной работе, докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. Третья международная научно-техническая конференция
«Микроэлектроника и информатика-97» (Москва, МИЭТ, 1997 г.);

2. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция
«Микроэлектроника и информатика-98» (Москва, МИЭТ, 1998 г.);

3. Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и
технологии, НМТ-98» (Москва, МАТИ, 1998 г.);

  1. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика-99» (Москва, МИЭТ, 1999 г.);

  2. Научно-техническая конференция «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления, Датчик-99», (Гурзуф, 1999 г.);

  3. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика-2000» (Москва, МИЭТ, 2000 г.);

7. Международная научно-техническая конференция «Микроэлектроника
и информатика-XXI век» (Москва, МИЭТ, 2000 г.).

Публикации

По материалам, изложенным в диссертации, опубликовано 13 работ, включая оригинальные статьи в отечественных периодических изданиях и тезисы докладов на конференциях. Результаты работы вошли составной частью в НТО по НИР «Теоретические и экспериментальные физико-химические исследования процессов формирования многослойных структур типа "кремний на изоляторе" с целью создания нового поколения радиационностойкой

элементной базы военного назначения» (№ гос. регистрации 01200008756, 2000 г.).

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Материал диссертации изложен на 187 страницах машинописного текста, включая 57 рисунков и 12 таблиц. Список литературы состоит из 191 наименования.

Подобные работы
Ковалева Наталья Львовна
Разработка и исследование процесса и оборудования низкотемпературного испарения влагосодержащих веществ в вакууме
Шагаров Борис Анатольевич
Исследование и разработка процессов термообработки полупроводниковых материалов для специального применения
Мьо Хейн Зо
Разработка и исследование процессов формирования фоторезистивных пленок на подложках некруглой формы
Апраксин Дмитрий Васильевич
Разработка, исследование и моделирование процессов изготовления интегрально-оптических элементов в кристаллах ниобата лития
Миркурбанов Халит Абдулгазизович
Разработка реактора эпитаксиального наращивания одиночных подложек и исследование в нем теплофизических и физико-механических процессов
Аккулов Руслан Иршатович
Исследование и разработка технических норм и методик для проектирования и эксплуатации пассиковых агрегатов межоперационных транспортных систем микроэлектроники
Семенин Сергей Николаевич
Исследование и разработка прогрессивной технологии прецизионных гибких полиимидных шлейфов для высокоплотного монтажа
Алтухов Андрей Александрович
Разработка и исследование физико-технологических принципов создания микроэлектронных устройств на основе планарных многослойных гетероэпитаксиальных структур Si, CaF2 и CoSi2, сформированных методом молекулярно-лучевой эпитаксии
Копейкин Андрей Николаевич
Исследование и разработка материалов пленочных сорбентов и структур интегральных сорбционно-емкостных сенсоров для измерения влажности технологических газов микроэлектроники
Болесов Игорь Анатольевич
Исследования и разработка технологии изготовления PIN-фотодиодов на основе кремния с применением ионной имплантации

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net