СПОСОБ ХИМИКО-ДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТИН АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ Российский патент 1995 года по МПК H01L21/306 

Изобретение относится к микроэлектронике, в частности к финишной обработке полупроводниковых пластин после химико-механической полировки, и может быть использовано для удаления нарушенного слоя и последующей консервации поверхности пластин GaAs.

Необходимость разработки предлагаемого способа обусловлена недостаточным удалением нарушенного слоя общепринятыми способами полировки пластин. Это, в частности, выявляется в процессах молекулярно-эпитаксиального наращивания слоев на поверхности пластин GaAs, когда большая плотность кристаллических нарушений приводит к образованию двойников и уменьшению подвижности электронов.

Известен способ химико-динамической обработки полупроводниковых пластин, при котором пластину размещают на вращающемся держателе и подают реактив в зону обработки струей, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности [1] По окончании процесса травления пластину промывают струей воды, после чего выполняют осушку обрабатываемой пластины центрифугированием.

Однако при достижении эффективного удаления материала обрабатываемой пластины отсутствует полирующий эффект, необходимый для снижения плотности кристаллических нарушений на поверхности пластины.

Известен также способ химико-динамической обработки полупроводниковых пластин, при котором пластину размещают во вращающемся стакане, заполненном реактивом, при этом ось вращения стакана размещена под углом к направлению вектора гравитации поля земного тяготения. По окончании процесса обработки реактив вытесняют потоком воды, а затем пластину переносят на центрифугу для осушки [2]
Однако при достижении определенного полирующего эффекта не обеспечивается необходимая равномерность обработки поверхности вследствие того, что остаются практически не управляемыми процессы массообмена в гетерогенной реакции травления и в замещении травителя водой при промывке.

Наиболее близким к изобретению является способ химико-динамической обработки полупроводниковых пластин, при котором пластины размещают на вращающихся держателях в объеме, заполненном реактивом [3] Каждая пластина совершает планетарное движение в объеме реактива.

Однако при достижении полирующего эффекта и определенного повышения равномерности обработки поверхности данные свойства проявляются в степени, недостаточной для достижения необходимого качества эпитаксиальных слоев.

Целью изобретения является повышение полноты удаления нарушенного слоя и загрязнений с обрабатываемой поверхности.

Для этого в способе химико-динамической обработки полупроводниковых пластин GaAs, включающем размещение обрабатываемой пластины на вращающемся держателе, травление с подачей реактива в зону обработки, промывку пластины вытеснением реактива промывной водой и осушку пластины, пластину размещают соосно с осью вращения держателя, реактив подают струей, направленной тангенциально к обрабатываемой поверхности, вращение во время обработки и промывки осуществляют реверсивно, перед осушкой прекращают подачу воды, затем прекращают вращение пластины и выдерживают обрабатываемую поверхность под слоем воды.

Для улучшения консервации поверхности пластины GaAs воду перед подачей на пластину сатурируют кислородом.

Сравнительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что он характеризуется следующими существенными отличительными признаками. В известный способ введены новые технологические приемы: пластину размещают на вращающемся держателе соосно с его осью вращения; реактив подается на вращающуюся пластину из сопла под давлением тангенциально к поверхности пластины; держателю с пластиной придают реверсивное вращение; подачу промывочной воды на вращающийся со скоростью V₁ пластину прекращают за время t до окончания вращения и после остановки вращения пластина остается под водой (сатурированной кислородом или нет в зависимости от выбранного режима) за счет сил поверхностного натяжения на время, после чего осуществляется осушка пластины вращением со скоростью V₂. Все признаки находятся в однозначной последовательности связи.

Тангенциальная подача струи в сочетании с реверсивным вращением пластины вокруг оси, перпендикулярной ее плоскости, позволяет получить сложную сетку направлений протекания реактива по поверхности пластины под действием следующих сил:
радиальная сила инерции истечения струи, направленная по радиусу к центру пластины;
кориолисовы силы, направленные по касательной к направлению вращения в каждой точке на плоскости пластины;
радиальная центробежная сила.

При реверсировании изменяется направление кориолисовых сил и соотношение модулей всех действующих сил.

Большое разнообразие действующих сил создает полирующий эффект, при котором на поверхности создается микрорельеф упорядоченной кристаллической структуры с развитой системой свободных химических связей. Для исключения возможности закрепления загрязняющих примесей на этих связях в данном способе предусмотрено совмещение травления, промывки и осушки на одном столе. Это позволяет заместить травитель водой на поверхности пластины, исключив возможность контакта протравленной поверхности с окружающей средой. Одновременно с отмывкой начинается процесс окисления поверхности пластины, создающий консервирующий слой. Порядок отключения подачи воды и вращения стола при прочих условиях, характеризующих данный способ, создают оптимальные условия для выращивания под слоем воды защитного окисла на поверхности пластины. В дальнейшем пластина GaAs поступает на установку молекулярной эпитаксии, в которой технологический процесс начинают с удаления защитного окисла.

Еще одной дополнительной целью изобретения является повышение надежности консервации поверхности пластины путем сатурирования промывной воды перед подачей ее на пластину.

На фиг. 1 представлен вариант блок-схемы устройства для осуществления предлагаемого способа химико-динамической обработки; на фиг.2 циклограмма технологического процесса химико-динамической обработки пластин; на фиг.3 кинематическая схема химико-динамической обработки пластин; на фиг.4 блок-схема управления составом реактивов.

Устройство для химико-динамической обработки (фиг.1 и 2) содержит следующие узлы и детали: загрузчик 1 и приемник 2 пластин, вращающийся держатель пластин 3, размещенный в чаше 4, сопла для подачи реактивов 5, блок 6 управления технологическим процессом и блок 7 управления составом реактивов.

П р и м е р (реализации предлагаемого способа). Для химико-динамической обработки брали пластины марки АГЧПК-4-42; ориентация поверхности (100) ->> (110)30 ±0,5^о; ориентация базового среза [100] ± 1^o.

Часть пластин до обработки и после проходила структурный анализ методом дифракции электронов на электронографе ЭМР-100М. Остальные пластины после обработки передавались на наращивание молекулярно-эпитаксиальных слоев.

После подготовки устройства к работе и включения в сеть питания на блоке управления технологическим процессом набирают режимы процесса, приведенные на фиг. 2, после чего на загрузчик пластин ставят кассету с обрабатываемыми пластинами и нажимают кнопку "Пуск процесса".

Пластины с кассетами автоматически подаются по одной на держатель и закрепляются вакуумом соосно с ним. После чего начинается реверсивное, с частотой (10 с)^-1, вращение держателя с пластиной со скоростью V₁ и подача струи травителя под давлением тангенциально поверхности вращения пластины. После обработки времени цикла травления t₁ включается один из клапанов подачи воды и проводится процесс промывки поверхности пластины. После окончания времени промывки t₂ прекращается подача воды, а держатель с платиной вращается на скорости V₁ некоторое время t₃ для частичного сброса воды, после чего держатель с пластиной останавливается на время t₄ для выдержки поверхности пластин под водой, после чего включается процесс сушки пластины вращением держателя на скорости V₂. После осушки пластина автоматически снимается с держателя и подается в кассету приемника пластин.

На основании структурного анализа можно сделать вывод, что пластины, прошедшие предлагаемую химико-динамическую обработку близки к совершенству.

Пластины, прошедшие процесс молекулярно-эпитаксиального наращивания слоев, передавались на технологический маршрут изготовления ИС. На них замечено существенное уменьшение крупных дефектов (до обработки 80-100, после обработки 1-2) на поверхности готовой эпитаксиальной структуры.

Количество мелких овальных дефектов, присущих эпитаксиальному процессу, осталось без изменений.

Подвижность носителей заряда на пластинах, прошедших предлагаемую обработку, по сравнению с подвижностью носителей заряда на пластинах, не прошедших предлагаемую обработку, увеличивается до 2 раз в зависимости от структуры наносимого эпитаксиального слоя.

Использование: микроэлектроника, финитная обработка пластин арсенида галлия после химико-механической полировки для удаления нарушенного слоя и последующей консервации поверхности. Сущность изобретения: при химико-динамической обработке пластин арсенида галлия пластины размещают на вращающемся держателе соосно с осью вращения, травление пластин проводят подавая реактив струей, направленной тангенциально к обрабатываемой поверхности, вращение держателя с пластиной во время травления и последующей промывки осуществляют реверсивно, перед осушкой прекращают подачу воды, затем прекращают вращение пластины и выдерживают обрабатываемую поверхность под слоем воды. Для повышения надежности последующей консервации поверхности пластин воду перед подачей на пластину для промывки сатурируют кислородом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. СПОСОБ ХИМИКО-ДИНАМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПЛАСТИН АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ, включающий размещение обрабатываемой пластины на вращающемся держателе, травление с подачей реактива в зону обработки, промывку пластины вытеснением реактива промывной водой и осушку пластины, отличающийся тем, что пластину размещают соосно с осью вращения держателя, реактив подают струей, направленной тангенциально к обрабатываемой поверхности, вращение держателя с пластиной во время травления и промывки осуществляют реверсивно, перед осушкой прекращают подачу воды, затем прекращают вращение пластины и выдерживают обрабатываемую поверхность под слоем воды. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду перед подачей на пластину сатурируют кислородом.