Обработка кремниевых пластин

Кремний — твердый, хрупкий п/п материал, поэтому для его обработки и резки используются искусственные алмазы, абразивные материалы из SiC и ЛЬОз (корунд).

Как правило, путь от кремниевого слитка к полированным подложкам включает 6 операций механической обработки, две операции травления и 1−2 операции полирования. В промежутках осуществляется целый набор операций контроля оценки качества обработки.

Механическая обработка

Первая операция — отрезания затравочной и хвостовой частей слитка; участков слитка, удельное сопротивление которых выходит за рамки допусков; части слитков содержащие дефекты кристаллической структуры.

Отрезанные куски вторично используются как металлургический кремний.

Вторая операция — обдирка боковой поверхности слитка до требуемого диаметра на токарных станках (Рис. 1.16).

Получение подложек с точным диаметром 100 и 125 мм необходимо для многих видов технологического оборудования и является основой для конструирования различных типов технологических оснасток.

Третья операция — создание базовых срезов. После обдирки слитков вдоль образующей кристалла шлифуют один или несколько базовых срезов. Самый большой базовый срез называют основным (Рис. 1.17). Его обычно располагают определенным образом относительно некоторого кристаллографического направления и положение определяют рентгеновским методом.

Основной базовый срез служит для:

• — ориентации подложек одинаковым образом в технологических установках с автоматизированным ориентированием;
• — ориентации ИС относительно кристаллографических направлений строго определенным образом.

Малые базовые срезы предназначены для распознавания ориентации и типа проводимости подложек при их случайном перемешивании.

Рис. 1.16. Схема процесса обдирки слитков. 1 — направление относительного перемещения, 2 — слиток, 3 — овальный алмазный резец.

Четвертая операция — резка слитка на пластины. Она обуславливает четыре основных параметра подложек: ориентацию поверхности; толщину; плоскопараллельность; прогиб.

Ориентация поверхности отрезаемых пластин определяется рентгеновским методом. Подложки с ориентацией (100) отрезаются точно по этой ориентации. Подложки с ориентацией (111) чаще всего разрезают разориентированными на несколько градусов, что необходимо для эпитаксиальной технологии.

Основной задачей процесса резки является создание подложек с высокой степенью плоскопараллельности по всей поверхности. Пила (алмазный круг с внутренней режущей кромкой) представляет собой тонкое плоское металлическое кольцо, на внутренней кромке которого закреплены алмазные зерна. Кольцо (диск) изготавливается из не ржавеющей стали толщиной 100… 125мкм. Толщина алмазной кромки составляет.

325 мкм. Диск вращается со скоростью 2000 об/мин. Скорость резанья обычно составляет 0,05 см/с. Схема процесса резки показана на Рис. 1.18.

Рис. 1.17. Маркировка кремниевых пластин с помощью основного и дополнительного базовых срезов. А — основной базовый срез, В — дополнительный базовый срез.

Питая операция — шлифовка пластины. Отрезание пластины имеет разброс толщины. В связи с этим необходимо проводить двухстороннюю шлифовку отрезанных пластин, используя в качестве абразива суспензию АЬОз в глицерине. Шлифованные пластины имеют высокую степень плоскопараллельности и малый разброс геометрических параметров ~ 2 мкм.

Двустороннее шлифование обеспечивает достижение необходимой для фотолитографических операций плоскостности поверхности при последующих операциях полирования. В ходе шлифования с каждой стороны пластины удаляется ~ 20 мкм материала.

Рис. 1.18. Схема резки слитков на пластины пилой с алмазной внутренней режущей кромкой. 1 — слиток, 2 — отрезаемая подложка, 3 — алмазная режущая кромка, 4 — полотно алмазного круга, 5 — направление перемещения круга.

Шестая операция — формообразование. Снятие фаски с боковой поверхности пластин (Рис. 1.19). Снятие фаски с краев подложек снижает вероятность образования сколов на краях пластин и предотвращает образования утолщения фоторезиста на краях подложек при его нанесении центрифугированием.