СПОСОБ ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН Российский патент 2013 года по МПК H01L21/306 

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности к очистке поверхности полупроводниковых пластин кремния от механических и органических загрязнений и может найти применение в микроэлектронике, радиотехнической, электротехнической и других отраслях промышленности.

Известен способ, по которому очищающий раствор содержит воду, перекись водорода, щелочное соединение и 2,2-бис-(гидроксиэтил)-(иминотрис)-(гидроксиметил/метан в качестве хелатирующей добавки. Предпочтительно щелочное соединение выбрано из групп, состоящей из органического основания, аммиака, гидроксида аммония, гидроксида тетраметиламмония, более пердпочтительно из группы, состоящей из аммиака и гидроксида аммония. Хелатирующая добавка содержится в количестве 1000-3000 ррт (1-3 г/л). Способ включает обработку полупроводниковых субстратов очищающим раствором и высушивание указанного полупроводникового субстрата после промывки водой. Технический результат - повышение стабильности раствора при повышенной температуре и повышение степени очистки поверхности [1]. Недостатки:

- использование экологически опасных органических веществ;

- сложный состав травильных растворов;

- высокие материальные затраты.

Известен способ обработки поверхности монокристаллической пластины Si, ориентированной по плоскости Si (100) или Si (111), химически устойчивых на воздухе полупроводниковых пленок. Сущность способа заключается в очистке указанной поверхности с последующим пассивированием атомами водорода. Очистку поверхности Si осуществляют сначала в кипящем растворе трихлорэтилена в течение 15-20 минут два раза с промывкой деионизованной водой, а затем в водно аммиачно-пероксидном растворе состава: 5 объемов H₂O, 1 объем H₂O₂ 30%, 1 объем NH₄OH 25% при 75-82°C или в водном соляно-пероксидном растворе состава: 6 объемов H₂O, 1 объем H₂O₂ 30%, 1 объем HCL 37% при 75-82°C с последующей ступенчатой трехкратной промывкой деионизованной водой по 5-10 минут на каждой ступени, а пассивирование атомами водорода осуществляют обработкой сначала в 5-10 мас.% раствора HF, а затем водным раствором смеси NH₄OH и NH₄F с рН 7.6-7,7 в течение 40-60 секунд с последующей промывкой деионизованной водой и сушкой при нормальных условиях. Способ позволяет получить пластины, которые могут быть длительное время сохранены и транспортированы на воздухе без окисления поверхности [2].

Недостаток - данная технология экологически и пожароопасна, так как используется трихлорэтилен и высокая температура.

В качестве прототипа принимаем способ очистки поверхности кремниевых подложек, заключающийся в том, что очистка кремниевых подложек включает двухстадийную обработку в двух ваннах с различными растворами: в первой ванне содержится раствор, состоящий из серной кислоты (H₂SO₄) и перекиси водорода (H₂O₂) в соотношении: H₂SO₄:H₂O₂=10:1, при температуре T=125°C, во второй ванне содержится раствор, состоящий из водного аммиака (NH₄OH), перекиси водорода (H₂O₂) и деионизованной воды (H₂O) в соотношении: NH₄OH:H₂O₂:H₂O=1:4:20, при температуре T=65°C [3].

Существенными недостатками прототипа являются:

- значительная энергоемкость, так как требуется нагрев травильных растворов до 125°C;

- применение H₂SO₄, что не позволяет создать экологически чистое производство.

Целью предлагаемого изобретения является создание высокоэффективного, ресурсо- и энергосберегающего, экологически чистого и безопасного способа очистки поверхности полупроводниковых пластин от органических и металлических загрязнений и сокращение времени обработки пластин.

Данная цель достигается тем, что очистку поверхности полупроводниковых пластин осуществляют в ванне с моющим бифторидным раствором, активированным концентрированным озоном, перекисью водорода и ультразвуком при комнатной температуре с последующей промывкой в деионизованной воде.

Пример 1.

Образцы полупроводниковых пластин кремния со слоем фоторезиста марки S 1815 помещают в ванну с моющим раствором NH₄HF₂ при комнатной температуре, активированный потоком озон-кислородной смеси с концентрацией озона 15,9 об.% и ультразвуком..

Визуальные наблюдения показали, что фоторезист полностью снимается через 15 минут в моющих растворах NH₄HF₂, активированных только концентрированным озоном и через 5 минут с дополнительным воздействием ультразвука.

На графике фиг.1 дан ОЖЕ-спектр поверхности образца пластины после обработки: кривая 1 - в моющем растворе NH₄HF₂, активированном концентрированным озоном и кривая 2 - в моющем растворе NH₄HF₂, активированном концентрированным озоном и ультразвуком.

Как видим из фиг.1, интенсивность пика Cls (органических загрязнений) уменьшается ~ 1,7-2 раза, т.е. скорость окислительной деструкции фоторезистивной пленки в моющих растворах, активированных концентрированным озоном и ультразвуком выше.

Пример 2.

Образцы полупроводниковых пластин кремния размером 156×156 мм и толщиной 200 мкм помещались в ванну емкостью 5-7 литров и заливали моющий раствор NH₄HF₂, активированный концентрированным озоном и ультразвуком. Концентрация озона 12,7 об.%. Контроль степени очистки поверхности полупроводниковых пластин кремния показал, что в течение 1-2 минут остатки образивной суспензии удалены с поверхности кремниевых пластин полностью.

Пример 3.

Образцы полупроводниковых пластин кремния размером 156×156 мм и толщиной 200 мкм помещались в ванну емкостью 5-7 литров и заливали моющий раствор NH₄HF₂, активированный концентрированным озоном и перекисью водорода в сочетании с ультразвуком. Концентрация озона 12,7 об.%. Контроль степени очистки поверхности полупроводниковых пластин кремния показал, что в течение 1 минуты остатки образивной суспензии удалены с поверхности кремниевых пластин полностью.

Таким образом, по сравнению с прототипом, применение предложенного способа очистки поверхности полупроводниковых пластин моющим бифторидным раствором, активированным концентрированным озоном, перекисью водорода в сочетании с ультразвуком позволит сократить расход используемых материалов и веществ, снизить температуру процесса очистки, снизить энергоемкость процесса, сократить число стадий очистки и тем самым повысить экологическую безопасность очистки и сократить время обработки пластин.

Использованные источники:

1. Бернер Марк, Килиан Рудольф, Райн Рудольф, Арнольд Луция, Шустер Михаэль, Леопольд Александер, Патент №2329298 C11D 7/18, «Обработка поверхности полупроводников и используемая при этом смесь», опубл. 20.07.2008 г.

2. Калинкин И.П., Кукушкин С.А., Осипов А.В., Патент №2323503, H01L 21/306, «Способ обработки поверхности монокристаллической пластины кремния», бюл. №12, опубл. 27.04. 2008.

3. Исмаилов Т.А., Шахмаева А.Р., Шангереева Б.А., Алиев Ш.Д., Патент №2319252, H01L 21/306, «Способ очистки поверхности кремниевых подложек», опубл. 10.03.2008 г.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности к очистке поверхности полупроводниковых пластин кремния от механических и органических загрязнений, и может найти применение в микроэлектронике, радиотехнической, электротехнической и других отраслях промышленности. Сущность изобретения: очистку поверхности полупроводниковых пластин осуществляют в ванне с моющим бифторидным раствором, активированным концентрированным озоном и ультразвуком при комнатной температуре с последующей промывкой в деионизованной воде. Изобретение обеспечивает создание высокоэффективного, ресурсо- и энергосберегающего, экологически чистого и безопасного способа очистки поверхности полупроводниковых пластин от органических и металлических загрязнений и сокращение времени обработки пластин. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ очистки поверхности полупроводниковых пластин от механических и органических загрязнений, отличающийся тем, что очистку осуществляют в ванне с моющим бифторидным раствором, активированным концентрированным озоном и ультразвуком при комнатной температуре с последующей промывкой в деионизованной воде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что очистку осуществляют моющим бифторидным раствором, активированным концентрированным озоном и перекисью водорода.