Введение к работе
Актуальность темы. Процедура подготовки поверхности
Si подложки является наиболее часто встречающимся этапом в
технологической цепочке производства интегральной
микросхемы . Качество эпитаксиального роста тонких пленок
на Si подложке в значительной мере определяется
предэпитаксиальной подготовкой поверхности подложки. Фундаментальная задача всякой процедуры подготовки поверхности Si подложки состоит в контроле следующих параметров: шероховатость поверхности, присутствие на ней окисла, ионов металлов, органического загрязнения, микрочастиц.
Все процедуры подготовки поверхности Si, используемые в электронной промышленности на данном этапе, основаны на процедуре "мокрой" химической подготовки поверхности, предложенной в 1970 году Керном и др.. (В зарубежной литературе - процедура RCA.) В настоящее время разработка ULSI с субмикронной топологией выдвигает качественно новые требования к поверхности Si подложки: речь теперь идет об атомарно-чистой поверхности. Процедура химической подготовки поверхности подложки должна гарантировать присутствие ионов металлов - не более 1()10 1/см2, шероховатость - не более 50 А, присутствие механических частиц - не более 1 частицы диаметром 0.1 мкм на 100 см^. Для достижения такой сверхчистой поверхности необходимо точное представление о процессах изменения структуры и свойств приповерхностного слоя Si подложки при различных химических обработках; для сохранения такой сверхчистой поверхности необходимо владеть методами эффективной пассивации поверхности Si и методами in-situ удаления пассивирующего слоя с поверхности подложки при низких температурах.
В настоящее время предложено несколько вариантов улучшения процедуры RCA. Во всех этих улучшенных
процедурах для пассивации подложки Si водородом используется финишная обработка поверхности в HF кислоте. Но HF - кислота средней силы: насыщение водородом "оборванных" химических связей кристаллического Si на его поверхности после финишной обработки в HF не является полным. В этой связи представляется перспективным применение в качестве пассивирующих агентов сред с более высокой активностью протона - кислот и суперкислот: HBF4, SbF5-HF, HS03F-SbF5.
Цель настоящей работы заключается в оптимизации
процесса химической подготовки поверхности Si для
улучшения структуры и химического состава приповерхностного слоя подложки и разработке нового метода защиты (пассивации) чистой поверхности Si подложки с использованием фторсодержащих кислот.
В диссертациоішой работе можно выделить следующие
Разработка процедуры "мокрой" химической подготовки поверхности Si с применением HBF4 кислоты.
Разработка модели, адекватно описывающей изменение структуры приповерхностного слоя подложки Si при различных обработках поверхности, и оптимизация процедуры подготовки поверхности Si с использованием фторсодержащих кислот.
Научная новизна работы.
-
Разработана новая процедура "мокрой" химической подготовки поверхности Si: впервые для протонирования поверхности Si использована HBF
-
Впервые с помощью туннельного микроскопа с нанометровым разрешением получено изображение пассивированной водородом поверхности Si подложки после 18
часов хранения на воздухе.
-
Показано, что рост Si02 на поверхности Si подложки, обработанной в HBF4 кислоте, при хранении на воздухе происходит медленнее по сравнению с ростом Si02 на поверхности Si подложки, обработанной в HF кислоте.
-
Показано, что в особых условиях происходит травление кристаллического кремния водными растворами HF и HBF4. Впервые получены образцы пористого Si химическим травлеішем монокристаллической подложки в водном растворе HF и HBF4 кислоты. Скорость формирования пленок пористого кремния при травлении в водном растворе HBF4 на порядок больше скорости формирования пористого кремния при травлении в водном растворе IIF кислоты.
5. В рамках зллипсометрической модели поверхности Si
с "интерфейсным слоем" показано, что структура
"интерфейсного слоя" при различных химических обработках
претерпевает значительные изменения: толщина "интерфейсного
слоя" увеличивается, а оптические свойства приближаются к
оптическим свойствам кристаллического Si. Эти изменения
модельного "интерфейсного слоя" указьшаїот на улучшение
кристаллической структуры поверхности Si.
1. Разработанная в диссертации процедура подготовки
поверхности Si с фгашшной обработкой в водных растворах
HBF4 может быть использована: в технологии ULSI для
предокислительной обработки, когда "паразитным" фактором
является межоперационное время нахождения пластины Si в
атмосфере чистых помещений; при подготовке поверхности Si
для туннельно - микроскопических исследований.
-
Показано, что метод "мокрой" химической подготовки поверхности Si для технологии ULSI и зпитаксиалъного наращивания является более технологичным, чем широко используемый метод глубокого термического окисления с последующим стравливанием.
-
Представленный способ получения пленок пористого Si химическим травлением монокристаллического Si в водных
растворах HF и HBF4 хорошо совместим с традиционной планарной технологией производства интегральной микросхемы и позволяет формировать заданные области пористого Si субмикронных размеров.
Основные положения, выдвигаемые на защиту.
1. При обработке поверхности Si подложки в HBF4
кислоте достигается более полное насыщение водородом и
фтором "оборванных" химических связей кристаллического Si по
сравнению с поверхностно, обработанной в HF.
Протонированная поверхность Si в обоих случаях представлена
гидридами: Si-H, Si-H2 и Si-Нз.
2. Рост на воздухе оксидной пленки Si02 на поверхности
Si, обработанной в HBF4 кислоте, происходит медленнее по
сравнению с ростом Si02 на поверхности подложки,
обработанной в HF.
3. Двухкратное повторение цикла "мокрой" химической
обработки поверхности Si приводит к насыщению оптических
параметров приповерхностного слоя подложки.
Публикации: Основные "результаты диссертации опубликованы в 6 печатных работах.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав с вьшодами и заключешія. Общий объем диссертации - 91 страница, включая 12 рисунков, 6 таблиц, список литературы (94 наименования) и приложение.
