Подложки полупроводниковых и гибридных микросхем: материалы, методы получения и обработки.
Для подложек используется материал кремний в виде цилиндрического слитка. Подготовка подложек: зонная плавка, вытягивание и легирование монокристаллов, резка на пластины, притирка и полировка, травление с полировкой.
Обработка резанием (в основном образивная) используется только на стадиях изготовления подложек и разделения их на кристаллы в конце ТП. В типовой ТП механической обработки подложек входят: 1.резка слитков, монокристаллических п/п внутренней режущей кромкой стальных дисков с алмазным покрытием. Используются образивные зерна с диаметром 20-40 мкм с охлаждением водного раствора. Получают параллельность реза ± 20мкм, Rа=0,63. 2.двусторон. шлифование спец образивами до параллельности ±0,5мкм и Rа=0,16. 3.предварительное и окончательное полирование пластин пастой с алмазным микропорошком на замше.
10.Методы удаления материала в технологии ИМЭ. Обработка резанием исп-ся только на стадиях изгот-ния подложек и раздел-я их на кристаллы в конце ТП. Типовой ТП мех. обр-ки подложек: 1.резка слитков, монокристалл.п/п внутренней режущей кромкой стальных дисков с алмазн.покрытием. Исп-ся образивные зерна с диаметром 20-40 мкм с охлаждением водного раствора. Получают параллельность реза ±20мкм ,Rа=0,63. 2.двустор. шлифование спец образивами до парал-ти ±0,5мкм и Rа=0,16. 3.предварит.и окончат. полирование пластин пастой с алмазн. микро- порошком на замше. Хим.травл-ниеприм-ся как д/удаления нарушенного слоя после мех.обработки, так и в ходе получения конфигурации Эл-тов. В основном исп-ся кислотные или щелочные травители. Эти пр-сы отлич-ся большой чувствит-стью к темп-ре, состоюнию пов-сти и кристаллографич.ориенации подложки. «-» травл-ния: 1.высок.ст-сть трав-лей; 2.плохая контрол-сть пр-са. Электрохим.трав-ние основано на электролит.реакциях. n/р-ная пластина явл. анодом, кот. подвергается операции 1го окисления, Исп-ся электролиты на основе HF и ее солей, скорость трав-ния более высокая. М-д прим-ся как д/удаления мат-ла, так и д/очистки и полировки. Газовое трав-ние основано на хим.взаимод-вии мат-ла с травителями, в рез-те кот. образ-ся летучие соед-ния. М-д окончат.очистки перед ответствен. операциями ТП(эпитаксия). Трав-ли –смесь Н2 или Не2 с галогенами, фтористыми и хлористыми соед-ниями, Обесп-ся высок.Vтрав-ния, чистота и отсутствие дефектов стр-ры, осн.нед-к: высок. t и необх-сть реагентов и газов высок. чистоты. Ионно-плазмен.и ионно-лучевое травл-еосн на удалении мат-ла при бомбардировке пов-сти высокоэнергет ионами инертных газов. Этот проц назыв. распылением , т.к.эти м-ды исп-ся также д/получения пленок . Д/такого трав-ния хар-но: универсальность и возм-сть локал.обр-ки. Плазмо-хим.травление осн. на разрушении мат-ла ионами активн.газов, кот.образ-ся в плазме газового разряда. Обл-ти прим-я –обр-ка кремния и др.п/п, SiO2, Si3N4, удаление фото- резистов и некот.мет-лов. В плазме ВЧ разряда такие соед-ния как CF4, SF6, фреоны, O2 выделяют ионы, электроны, радикалы, кот. взаимод-ют с обрабат-й пов-стью и травят ее с образованием летучих соед-ний. Три последних гр-пы м-дов назыв.сухими-наиб.эф-ны д/очистки и локал.обр-ки. В техн-гии изделий с малыми топологич. размерами. По бол-ву технолог.возм-стей они превосходят мокрые м-ды, но оборудование д/их реализации сложное и дорогое.
11.Формирование пленочных структур методами испарения (термического и электронно-лучевого).
Основными методами в этой группе явл. термическое испарение и вакуумные методы распыления. Они основаны на образовании потока атомных частиц из напыленных материалов их перенос и осаждение на поверхность подложки. При термическом испарении поток частиц образуется за счет прямого или косвенного нагрева напыляемого материала до температуры испарения. Обычно температура испарения больше температуры плавления вещества, но некоторые материалы подвержены сублимации –испарению из твердого состояния (цинк, натрий). Испарители могут быть различной конструкции, но в основном используются резистивные, разогреваемые током, т.к. для большинства используемых в технологии ИС материалов температуры испарения высокие, их изготавливают из тугоплавких металлов и сплавов(вольфрам, рений). Резистивные испарители обладают высокой инерционностью, а т.к. температура испарения элементов, входящих в сплавы, различные, то при таком методе состав пленок сильно отличается от состава испаряемого материала. Этот недостаток отсутствует при электронно-лучевом испарении, для которого характерно очень быстрый нагрев до температуры испарения, возможность получать пленки любых мат-лов, в т.ч. тугоплавких. Скорость роста, структура и свойства пленок, полученных вакуумным испарением, зависят от природы испаряемого материала, вида и состояния поверхности подложки, степени вакуума, температуры и др.факторов. Его применяют для получения резистивных и проводящих пленок из медных, алюминиевых, никелевых и др. сплавов. Достоинства: простота и универсальность. Недостатки: высокий вакуум, энергоемкость, неоднородность пленок по толщине, невысокая адгезия.
12.Формирование пленочных структур методами распыления (катодного, магнетронного, ионно-лучевого и др.).
Ионное распыление основано на разрушении твердых материалов при бомбардировке их поверхности ускоренными ионами разряженного газа. Его осн. виды: 1.катодное (по диодной схеме); 2.ионно-плазмен.распыление; 3.Магнитронное распыление.
Катодное. Катод изгот-ся из распыленного мат-ла и явл. мишенью на подложку, кот. явл. анодом, осаждается пленка. После откачки вакуумная камера заполняется инертным газом (g=10-3-10-4Па обычно аргон) до давления 1-10 Па. М/д электродами при напряжении 1-3 кВт возникает тлеющий разряд. Он возбуждается эмиссией электронов из катода. Эти электроны получают энергию от электр. поля и при столкновении с атомами аргона их ионизуют. Ионы аргона ускоряются на пути к катоду и выбивают из него атомы распыленного в-ва, кот. осаждаются на подложку.
Ионно-плазмен. распыление осуществляются в трехэлектродных системах при более низких давлениях за счет газоразрядной плазмы, возникающей при дуговом разряде м/д катодом и анодом. Источник электронов –термокатод. Мишень не связана с поддержанием разряда, Ее распыление начинается при подаче опред. потенциала. Т.к.плотность плазмы больше, чем в 10 раз выше, а давление ниже, то объем распыления больше и адгезия пленок к подложке лучше. Магнитрон. распыление –вариант диодной системы, но при этом используются скрещенные электрические и магнитные поля. За счет этого добиваются больших пробегов электронов. Увеличивается степень ионизации рабочего газа, т.е.объем напыления. Это самый распространенный м-д получения пленок. Пленки диэлектриков получают ВЧ-распылением ионным. Смена потенциала на мишени предотвращает ее поляризацию, кот. происходит при ее распылении ионами. Методы ионного распыления имеют преимущества: 1.высокая адгезия пленок к подложке из-за большой энергии распыленных атомов; 2.соответствие состава пленки и мишени; 3.малая инерционность процесса (не нужно разогревать); 4. пленки по толщине из-за большой площади мишени; 5.длительный срок службы мишени и других элементов конструкции.