Modul_2_3_Mekhanicheskaya_i_khimiko-mekhanicheskaya_o (Лекции Цветкова), страница 3

На приготовленный таким образом полировальник по-мещают рабочие головки с наклеенными на них пластинами. Частота вращения полировальника не должна превышать 30—40 об/мин для исключения перегрева пластин.Далее процесс повторяется с новым покрытием полировальника и применениемалмазного порошка зернистостью 1 мкм.На заключительном этапе окончательной тонкой полировки снова меняется полировальник, а в качестве абразивного материала используется, например, оксид хрома свеличиной зерна менее 1 мкм.

Обычно применяют оксид хрома двух сортов: грубый сразмером зерна 0,6—0,8 мкм и тонкий с размером зерна 0,2—0,4 мкм.Наиболее производительным является процесс полировки с использованием на последнем этапе в качестве абразивного материала диоксидов кремния или циркония.Обычно используют диоксид кремния с размером зерна не более 0,1 мкм.Постепенное уменьшение размеров абразивного материала позволяет свести к минимуму толщину нарушенного слоя на поверхности пластины и повысить класс ее шероховатости (табл. 2):Таблица 2Размерабразива, мкмТолщинанарушенного слоя, мкмКласс шероховатости поверхности1420…3071015…258…92…39…1112…130,5…15…7130,3…0,5Менее 313…140,1…0,3Менее 314Химико-механическая полировка (Chemical-mechanical polishing- CMP) – этопроцесс окончательной планаризации поверхности пластин и полного удаления нарушенного слоя с использованием как механического воздействия абразива, так и химическоговоздействия применяемых реактивов.

Химикаты реагируют с кремнием, разрыхляют егои способствуют удалению абразивными частицами с минимальными усилиями.Схема реализации процесса показана на рис. 19.абРис. 19. Химико-механическая полировка пластина – схема процесса, б – компоновка блока держателей пластинПолировальная суспензия (смесь частиц SiO2 размером около 100 Ǻ и реактиваокислителя NaOH) подается на вращающийся плоский стол, покрытый полировальнымматериалом.Подложка закрепляется в металлическом держателе шпинделя через промежуточную прокладку.

Стол и шпиндель вращаются, при этом шпиндель совершает еще и осциллирующие движения. Полировальник выполняется из пористого полимерного материалас размерами пор в диапазон 30…50 мкм. Периодически полировальник подвергаетсяправке с помощью правильного круга.Под действием теплоты от трения пластины о полировальник поверхность пластины окисляется (химический этап процесса), а затем частицы оксида кремния счищаютокисленный кремний с поверхности пластины (механический этап).Процесс проводится в две стадии.

Сначала используется суспензия высокой концентрации, процесс длится около 30 мин со скоростью удаления кремния 1 мкм/ мин.Вторая стадия проводится с очень разбавленной суспензией, более мягким полировальником в течение 5…10 мин для удаления всего 1 мкм с поверхности пластины.С учетом активной химической реакции между кремнием и химикатом суспензии,немедленно после завершения процесса пластины должны промываться в деионизованнойводе. Это поможет предотвратить появления матовых и оксидных пятен.Скорость и качество химико-механической полировки зависит от многих факторов.В их числе усилие прижима пластины к полировальнику, температура в зоне обработки, скорость вращения стола, pH суспензии и ряд других, которые должны экспериментально подбираться для заданных условий обработки.Заметим, что химико-механическая полировка не влияет на плоскостность пластины и предназначена для удаления остатков нарушенного слоя.Финишная очистка.

Изготовленные на предыдущих операциях пластины отвечают всем требованиям спецификации и могут использоваться для создания микроструктур.Однако для запуска их в технологический процесс, предусматривающий нанесение фоторезиста, выполнение высокотемпературных операций (оксидирования, диффузии и др.)пластины должны быть тщательно очищены от всех видов загрязнений.В случае значительных загрязнений органическими веществами или металламикремниевую подложку следует многоступенчато очистить кислотой Каро и затем подвергнуть очистке смесями RCA (Radio Corporation of America).Кислота Каро названа так в честь получившего ее немецкого химика Генриха Каро(Caro), RCA процесс - по имени фирмы, на которой он был разработан.Обработка кислотой Каро проводят при температуре 130 0С в течение 10-15 минут.Эта стадия часто носит название Пиранья-травление из-за способности кислоты Каро"прожорливо" удалять органические примеси.

Кислота Каро представляет собой смесь25%-ой перекиси водорода (H2O2) и 98%-ой серной кислоты (H2SO4) в соотношении 1:2.При воздействии серной кислоты органические примеси восстанавливаются до углерода. Углерод взаимодействует с кислородом, образующимся при диссоциации перекиси водорода. В результате выделяется окись углерода СО2, вязкость раствора в травильном резервуаре увеличивается.При травлении кислотой Каро нарастает окись кремния (SiO2) вглубь кремния(естественный окисел).

Этот окисел следует удалить в разбавленном растворе HF (1-5%) втечение нескольких минут.Смесь Каро удаляет органические слои, но не удаляет металлы. По этой причинепластину следует обработать в смеси RCA-1 при температуре 70-75 0C в течение 10 минут.Смесь RCA-1 представляет собой раствор, состоящий из 25%-ой H2O2, 25%-ой NH4OH иH2O в соотношении 1:1:5.

При обработке смесью RCA-1 вновь нарастает окисел кремниятолщиной примерно 10-15 ангстрем.Образовавшийся окисел кремния следует удалить разбавленным HF.Следующая стадия обработка пластины смесью RCA-2 при температуре 80 0С в течение 10 минут. Смесь RCA-2 представляет собой раствор, состоящий из 30%-ой HCI,25%-ой H2O2 и H2O в соотношении 1:1:8Последняя стадия удаление появившегося окисла кремния (SiO2) погружением вразбавленный раствор HF.Следует отметить, что после каждой стадии очистки необходимо осуществлятьтщательную отмывку пластин деионизованной водой..