RU2172537C1 - Способ обработки кремниевых подложек - Google Patents
Способ обработки кремниевых подложекInfo
- Publication number
- RU2172537C1 RU2172537C1 RU2000118074A RU2000118074A RU2172537C1 RU 2172537 C1 RU2172537 C1 RU 2172537C1 RU 2000118074 A RU2000118074 A RU 2000118074A RU 2000118074 A RU2000118074 A RU 2000118074A RU 2172537 C1 RU2172537 C1 RU 2172537C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrates
- porous silicon
- ion
- silicon
- layer
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 41
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims description 15
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims description 15
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 17
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 7
- 238000005247 gettering Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 abstract 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 7
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N HF Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 4
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 2
- 238000005280 amorphization Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- -1 argon ions Chemical class 0.000 description 1
- 125000004429 atoms Chemical group 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 125000000896 monocarboxylic acid group Chemical group 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged Effects 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 238000000992 sputter etching Methods 0.000 description 1
- 231100000488 structural defect Toxicity 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к производству полупроводниковых приборов и может быть использовано для изготовления пластин-подложек из монокристаллического кремния, предназначенных для создания дискретных приборов и интегральных микросхем. Техническим результатом заявляемого способа является повышение структурного совершенства кремниевых подложек за счет увеличения эффективности геттерирования и снижения в них концентрации ростовых и технологических микродефектов. В способе обработки кремниевых подложек, включающем электрохимическое формирование слоя пористого кремния, облучение его ионами и последующее удаление этого слоя, перед ионным облучением подложки упруго деформируют изгибом так, чтобы их рабочая сторона была вогнутой, а последующее ионное облучение и удаление пористого кремния осуществляют одновременно путем ионно-плазменного травления. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области производства полупроводниковых приборов и может быть использовано для изготовления пластин - подложек из монокристаллического кремния, предназначенных для создания дискретных приборов и интегральных микросхем.
Известен способ [1] обработки кремниевых подложек, снижающий содержание в них фоновых примесей (главным образом, атомов металлов), ухудшающих электрофизические свойства кремния, который включает в себя формирование на нерабочей стороне (т.е. на стороне, где впоследствии не будут создаваться активные области приборов) пластин электрохимической обработкой в растворе фтористо-водородной кислоты слоя пористого кремния, высокотемпературный отжиг в инертной атмосфере, окисление пористого кремния и удаление окисленного пористого кремния. Слой пористого кремния при отжиге в инертной атмосфере служит геттером для нежелательных примесей, которые, попадая в него, затем после окисления удаляются вместе с окисленным пористым кремнием.
Недостаток способа [1] в том, что при его реализации слой пористого кремния формируют на нерабочей стороне подложек и поэтому для повышения эффективности очистки от примесей областей, прилегающих к рабочей стороне, необходимо проводить длительные отжиги при повышенных температурах. Это приводит к образованию новых, термодинамически более стабильных кристаллографических дефектов типа дислокаций, дислокационных петель и частиц второй фазы. Кроме того, при обработке по способу [1] не удается существенно снизить концентрацию ростовых и технологических микродефектов (кластеров собственных точечных дефектов кремния и примесей) вблизи рабочей стороны подложек, которые также негативно влияют на электрофизические характеристики материала и приборов, изготавливаемых на его основе.
Наиболее близким техническим решением является способ обработки кремниевых подложек [2], включающий электрохимическое формирование на рабочей стороне подложек слоя пористого кремния, аморфизацию поверхности пористого кремния облучением ионами с энергией, при которой глубина проникновения ионов не превышает толщину слоя пористого кремния, и последующее удаление облученного пористого кремния путем химико-динамического полирования в кислотном травителе. Благодаря непосредственному контакту (а не через толщину пластины, как в способе [1] ) геттерирующего слоя пористого кремния и подложки в способе [2] достигается большая эффективность очистки от фоновых примесей и микродефектов приповерхностных областей подложек по сравнению со способом [1]. Кроме того, способ [2] не требует высокотемпературных обработок, сопровождающихся неконтролируемым повышением дефектности подложек.
Недостаток способа [2] в том, что при его реализации в кремниевых подложках преимущественно растворяются микродефекты без примесных (коттрелловских) атмосфер, поскольку концентрации неравновесных собственных точечных дефектов (главным образом вакансий), генерируемых ионами, оказывается недостаточно для рассасывания атмосфер даже при дозах облучения порядка критической дозы аморфизации кремния. Значительная часть точечных дефектов поглощается нарушениями структуры пористого кремния и не достигает подложки. Поэтому способ [2] имеет ограниченный ресурс по концентрации растворяемых микродефектов на уровне (0,5 - 1,0)•104 см-2 с дисперсией по поверхности до 2•102 см-2. Такие подложки не удовлетворяют требованиям по степени остаточной дефектности, необходимым для создания современных приборов с субмикронными топологическими размерами элементов, например, на структурах "кремний на изоляторе" (КНИ).
Техническим результатом заявляемого способа является повышение структурного совершенства кремниевых подложек за счет увеличения эффективности геттерирования и снижения в них концентрации ростовых и технологических микродефектов.
Технический результат достигается тем, что в способе обработки кремниевых подложек, включающем электрохимическое формирование на рабочей стороне подложек слоя пористого кремния, облучение его ионами и последующее удаление этого слоя, перед ионным облучением подложки упруго деформируют изгибом так, чтобы их рабочая сторона была вогнутой, а последующее ионное облучение и удаление пористого кремния осуществляют одновременно путем ионно-плазменного травления.
Новым, не обнаруженным при анализе научно-технической и патентной литературы, в заявляемом способе является то, что перед ионным облучением подложки упруго деформируют изгибом так, чтобы их рабочая сторона была вогнутой, а последующее ионное облучение и удаление пористого кремния осуществляют одновременно путем ионно-плазменного травления.
Технический результат достигается благодаря тому, что одновременное облучение ионами и удаление слоя пористого кремния при ионно-плазменном травлении сопровождается генерацией неравновесных собственных точечных дефектов и упругих волн, взаимодействие которых с микродефектами в подложке приводит к растворению последних. При этом в отличие от процессов при реализации способа [2], где точечные дефекты частично поглощаются нарушениями структуры слоя пористого кремния и не достигают подложки, в заявляемом способе потоки таких дефектов усиливаются по мере ионного стравливания пористого кремния. Упругий изгиб подложек вогнутостью с рабочей стороны во время ионного травления дополнительно усиливает вакансионные потоки, ответственные за растворение микродефектов, в том числе и окруженных примесными атмосферами, поскольку они эффективно рассасываются по диффузионно-дрейфовому механизму при пересыщении кристалла вакансиями.
Заявляемый способ осуществляют следующим образом. На подложках кремния, прошедших стандартную абразивную и химическую подготовку поверхности, на рабочей стороне, путем электрохимической обработки в водном или водно-спиртовом растворе фтористо-водородной кислоты формируют слой пористого кремния, толщину которого контролируют либо по режимам анодной обработки, либо эллипсометрическими измерениями или любым другим известным методом [1]. Затем структуру с пористым кремнием упруго деформируют изгибом таким образом, чтобы рабочая сторона стала вогнутой. Деформирование осуществляют любым из известных способов: осесимметричным изгибом в устройствах типа пуансон - матрица; трех- или четырехточечным изгибом; нанесением на нерабочую сторону подложек пленок из материалов с механическими свойствами и коэффициентами термического расширения, отличными от аналогичных параметров кремния; неравноценной по степени дефектности и различной по толщине нарушенных слоев обработкой поверхности нерабочей стороны пластин (механический геттер) и т. д. Величину упругой деформации контролируют по стреле прогиба или путем измерений на рентгеновском дифрактометре. При групповой обработке однотипных подложек деформацию достаточно определить на пластинах-спутниках и затем на них же контролировать параметры подложек после ионно-плазменного травления. Деформированные пластины затем подвергают ионно-плазменному травлению с рабочей стороны до полного удаления слоя пористого кремния. Такую обработку проводят, например, в плазме аргона с энергией ионов до 1 кэВ при стандартных технологических режимах [3] . После снятия деформации и контроля параметров подложек, прежде всего качества поверхности рабочей стороны, их передают на следующие операции технологического маршрута изготовления приборов.
Пример практической реализации заявляемого способа.
Две партии подложек (по 14 шт. в каждой) кремния марки КДБ - 0,005 (111) толщиной 350 мкм обрабатывали по способу-прототипу [2] и заявляемому способу. На всех пластинах на рабочей стороне после химико-динамического полирования анодной обработкой в растворе 25%-ной фтористо-водородной кислоты формировали слой пористого кремния толщиной 10±1 мкм. При обработке по способу-прототипу подложки со стороны пористого кремния облучали на ускорителе ИЛУ-3 ионами аргона с энергией 40 кэВ дозой 1•1016 ион/см, а затем пористый кремний химико-динамически удаляли в травителе состава HNO3: HF: CH3COOH = 40:1:1 (об. части).
Подложки, обрабатывавшиеся по заявляемому способу, после анодной обработки деформировали осесимметричным изгибом в устройстве, состоящем из пуансона и матрицы, позволявшем варьировать не только величину прогиба подложек, но и знак деформации рабочей стороны (вогнутость или выпуклость). Прогиб контролировался многооборотным индикатором типа МИГ - 1. Деформированные структуры обрабатывали со стороны пористого кремния до полного его стравливания в плазме аргона с энергией ионов 0,2 кэВ при плотности мощности в разряде 4,5 Вт/см2. Температура образцов во время обработки не превышала 40oC. Скорость травления составляла 0,45 мкм/мин.
Микродефектность подложек, обработанных по способу [2] и заявляемому способу, исследовали методом селективного травления в растворе Сиртла. По картинам травления на микроскопе Neophot-32 определяли среднюю по 15 полям зрения плотность микродефектов и дисперсию по поверхности образцов на глубинах 2 и 10 мкм от поверхности (от границы раздела пористый - монокристаллический кремний). Результаты измерений представлены в таблице.
Как видно из таблицы, заявляемый способ позволяет более чем на порядок величины уменьшить как среднее значение плотности микродефектов, так и дисперсию их по поверхности. Причем наибольший эффект достигается в случае, когда ионно-плазменному травлению подвергается вогнутая сторона подложек с пористым кремнием.
Таким образом, технический результат - повышение структурного совершенства кремниевых подложек за счет увеличения эффективности геттерирования и снижения в них концентрации ростовых и технологических микродефектов - при реализации заявляемого способа достигается.
Литература
1. Пористый кремний в полупроводниковой электронике / В.А. Лабунов, В.П. Бондаренко, В.Е. Борисенко // Зарубежная электронная техника, 1978, N 15, с. 3-48.
1. Пористый кремний в полупроводниковой электронике / В.А. Лабунов, В.П. Бондаренко, В.Е. Борисенко // Зарубежная электронная техника, 1978, N 15, с. 3-48.
2. Способ обработки кремниевых подложек / В.Д. Скупов, В.А. Перевощиков, В. Г. Шенгуров. // Патент Российской Федерации, N 2120682, опубл. 20.10.98. Бюл. N 29.
3. Киреев В.Ю., Данилин Б.С., Кузнецов В.Н. Плазмохимическое и ионно-химическое травление микроструктур. М.: Радио и связь, 1983, 128 с.
Claims (1)
- Способ обработки кремниевых подложек, включающий электрохимическое формирование на рабочей стороне подложек слоя пористого кремния, облучение его ионами и последующее удаление этого слоя, отличающийся тем, что перед ионным облучением подложки упруго деформируют изгибом так, чтобы их рабочая сторона была вогнутой, а последующее ионное облучение и удаление пористого кремния осуществляют одновременно путем ионно-плазменного травления.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2172537C1 true RU2172537C1 (ru) | 2001-08-20 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562740C2 (ru) * | 2014-01-31 | 2015-09-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Способ обработки обратной стороны кремниевых подложек на основе полировальной подушки |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ЛАБУНОВ В.А. и др. Пористый кремний в полупроводниковой электронике. - ЗЭТ, 1978, № 15, с.3-48. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562740C2 (ru) * | 2014-01-31 | 2015-09-10 | Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Дагестанский Государственный Технический Университет" (Дгту) | Способ обработки обратной стороны кремниевых подложек на основе полировальной подушки |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101462397B1 (ko) | 접합 웨이퍼의 제조 방법 | |
EP1626440B1 (de) | SOI-Scheibe | |
TW564500B (en) | Process for controlling denuded zone dept in an ideal oxygen precipitating silicon wafer | |
EP2671247A2 (en) | Methods for reducing the metal content in the device layer of soi structures and soi structures produced by such methods | |
US6059877A (en) | Method for obtaining a wafer in semiconducting material of large dimensions and use of the resulting wafer for producing substrates of the semiconductor on insulator type | |
TW200524833A (en) | Methods of finishing quartz glass surfaces and components made by the methods | |
KR20090126209A (ko) | 접합 웨이퍼의 제조방법 | |
JP2006210899A (ja) | Soiウエーハの製造方法及びsoiウェーハ | |
RU2106717C1 (ru) | Способ анизотропного травления кристаллов кремния | |
WO2008004591A1 (fr) | Procédé de production d'une tranche liée | |
JP2003197602A (ja) | ウェーハ製造方法 | |
RU2172537C1 (ru) | Способ обработки кремниевых подложек | |
JP2003163335A (ja) | 貼り合わせウェーハの製造方法 | |
JP5432180B2 (ja) | 半導体基板のhf処理におけるウォーターマークの低減 | |
RU2072585C1 (ru) | Способ подготовки полупроводниковых подложек | |
RU2120682C1 (ru) | Способ обработки кремниевых подложек | |
RU2134467C1 (ru) | Способ геттерирующей обработки подложек кремния | |
RU2137253C1 (ru) | Способ геттерирующей обработки полупроводниковых пластин | |
RU2265255C2 (ru) | Способ получения структур кремний-на-изоляторе | |
KR20030030634A (ko) | 웨이퍼 표면 결함 분석 방법 | |
RU2099813C1 (ru) | Способ формирования мембран в монокристаллической кремниевой подложке | |
RU2098887C1 (ru) | Способ обработки кремниевых подложек | |
RU2065640C1 (ru) | Способ подготовки поверхности пластин кремния | |
JP4186277B2 (ja) | 人工水晶の製造方法及びこれによる人工水晶並びに水晶基板 | |
RU2119693C1 (ru) | Способ обработки пластин монокристаллического кремния |