Химическая обработка полупроводников. Способы травления и промывки.

Промывка п/п пластин разделяется на два этапа: обезжиривание в органических растворителях и промывка в особо чистой воде (дианизованной).

В промышленности проводят одновременную промывку пластин удаляя полярные и неполярные загрязнения. Промывку проводят такими веществами как: фреон-хлористый метилен, фреон-изопропиловый спирт и фреон-ацетон.

На процесс обезжиривания сильно сказывается влияние температуры, при этом скорость процесса возрастает и при этом возрастает загрязнение растворителя.

Для травления германия используют такие кислоты как азотная и плавиковая. Азотная кислота является сильным окислителем германия, а плавиковая хорошо удаляет оксидную пленку на поверхности германиевой пластины. При использовании в качестве травителей перекиси водорода, химическая обработка проводится при температуре 70-80 градусов. Для ускорения процесса также используют бром, а для замедления уксусную кислоту.

Для травления кремния используют растворы щелочей и плавиковую кислоту. Травление в таких щелочах как КОН и NaOH проводят при температурах 90-100 градусов. Селективным травителем для кремния является смесь N₂H₄ с водой, этот травитель обеспечивает высокую скорость травления при температуре 120 градусов. При производстве ИМС используют травления в основных кристаллографических плоскостях таких как 110 и 100, так как другие ориентации не позволяют получать нужных углублений. Скорость травления в кислотах: 110-100-111, а в щелочах: 100-110-111.

Для травления карбида кремния используют растворы: NaOH(KOH) при Т=900 градусов, расплавленную соль K₂CO₃ при температуре 1000 градусов. Или смесь этих солей взятых 3:1 при температуре 1000 градусов.

Для травления арсенида галлия используют кислоты и щелочи, точнее их смесь в определенных соотношениях и растворенных. Травление щелочами происходит при температуре 40-60 грудусов, а травление кислотами при 25-30 градусах.

Процесс химической обработки пластин состоит из нескольких циклов:

1. Отмывка пластин в горячих кислотах (смесь Каро) (удаление загрязнений органического и неорганического происхождения).

Пластины помещают в смесь перекиси (H₂O₂) и серной кислоты (H₂SO₄), наведенную в соотношении 3:7. Смесь готовят во фторопластовых ваннах, где осуществляется нагрев и поддержание температуры смеси в пределах от 145 до 160˚С. При Т_раб. = 145˚С производят отмывку пластин в течении 3-5 мин.

2. Отмывка пластин в горячей деионизованной воде.

Процесс проводится при Т = 65 ± 5˚С, во избежание термоудара. Время отмывки от 5 до 12 минут (оптимальное время ~ 7 мин). Если увеличить температуру на 10 °С, то сколько химической реакции может увеличиться в 2 – 4 раза, так как процесс проводится в атмосфере инертного газа N₂. Для лучшего эффекта можно использовать ультразвук.

3. Отмывка пластин в холодной деионизованной воде.

Температура воды в среднем 20˚С. Холодная деионизованная вода проходит через трёхкаскадные ванны. Отмывка происходит в течение 5-10 мин. Марка воды «А» с удельным сопротивлением 18 МОм/ см. В самой чистой ванне пластины выдерживаются до тех пор, пока её сопротивление не станет примерно 7 МОм. Далее проводится сушка азотом в центрифуге со скоростью v = 1200 об/ мин, t = 5 – 10 мин. Оборудование: 08 – ЧАВС – 0/1500 – 004.

4. Сушка пластин.

Процесс производится в центрифуге в атмосфере азота. Скорость вращения

около 1200 об/мин.

5. Гидромеханическая обработка.

Процесс двухэтапный:

1) Механическая обработка в слабом растворе перекиси-аммиака (ПАС);

2) Отмывка в деионизованной воде и сушка (t = 30 – 35 сек/пластина).

На обработку одной пластины отводится от 30 секунд до 1 минуты. На партию в среднем тратится 20 минут. Обрабатывается только лицевая сторона пластины.
ПАС составляется в следующем соотношении: NH₄OH:H₂O₂:H₂O = 1: 1: 40. Гидромеханическая обработка дает нам более качественную очистку пластины по сравнению с обработкой Каро.

6. Обработка в перекисно-аммиачной смеси.

Здесь соотношение частей смеси уже другое: NH₄OH:H₂O₂:H₂O = 1: 1: 6. Температура смеси примерно 60±5˚С. Время процесса 8-12 мин., в нашем случае – 10 мин. Результатом проведения этого процесса является очищение поверхности от органических материалов.

7. Обработка в горячей деионизованной воде.
Т=65±5˚С, время процесса до 10 мин.

8. Обработка в холодной деионизованной воде (пока удельное сопротивление воды не станет 7 МОм).

9. Обработка в слабом растворе кислот.
Составляется смесь из плавиковой и соляной кислоты (HF:HCl:H₂O = 1: 1: 100). Время процесса составляет около двух мин. Удаляются ионы металлов.

10. Обработка в холодной деионизованной воде (R = 14 МОм/см).

11. Сушка.

Тратится около 90 секунд на одну пластину. В целом, на последние два пункта отводится от 5 до 10 минут