Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Введение

При производстве изделий микро и наноэлектроники осуществляется прохождение полупроводниковых пластин по определенному технологическому маршруту. После различных процессов (удаления фоторезиста, травления технологических слоев и др.) проводится химическая обработка подложек для очистки поверхности от различных загрязнений, и подготовка подложек к последующим технологическим операциям (ионному легированию, нанесению эпитаксиальных слоев, высокотемпературным диффузионным операциям и др.) [1, 2]. Химическая обработка проводится также при изготовлении структур без проведения предварительных операций, например, при подготовке подложек к соединению (сращиванию) при изготовлении структур "кремний на изоляторе" [3].

Необходимым условием получения изделий высокого качества и точности является четкое выполнение всех операций при их производстве. Относительно технологий микроэлектроники все требования принимают особо важный характер. Помимо необходимости поддержания чистоты помещения при производстве микроэлектронных устройств, также необходимо уделять повышенное внимание предварительной подготовке их оснований, т.е. подложек.

Чистота поверхности подложек играет огромную роль при изготовлении устройств микроэлектроники. Во время производственного процесса наличие на поверхности пластины разного рода загрязнений неизбежно, что препятствует получению высокой адгезионной прочности наносимого покрытия. Получение высокой адгезии тонкопленочных покрытий к подложке является необходимым требованием, т.к. данный фактор влияет на работоспособность и срок службы приборов. Поэтому знания о способах повышения адгезии, а также о факторах, влияющих на нее, крайне важны при изготовлении таких элементов микроэлектроники, как микрокоммутационные, гибридные и др. платы, полупроводниковые приборы (диоды, коммутаторы) и т.д. Таким образом, получение высокой адгезии покрытия к подложке является важной технологической задачей при производстве микроэлектронных приборов.

Адгезия (лат. adhaesio – прилипание, сцепление, притяжение) – поверхностное явление, которое заключается в возникновении механической прочности при контакте поверхностей двух разных тел (конденсированных фаз). Причиной адгезии является молекулярное притяжение контактирующих фаз или их химическое взаимодействие [4].

Основные факторы, влияющие на адгезию:

• Характеристика состояния поверхности(шероховатость, наличие пор и др.);

• Химическая чистота поверхности;

• Остаточные напряжения в поверхностном слое.

Т.е. при решении проблемы обеспечения адгезии необходимо учитывать шероховатость, чистоту и степень активации поверхности подложки.

Требования к чистоте поверхности зависят от уровня реализуемой технологии и параметров изготавливаемого изделия. К примеру, размер механических загрязнений на пластине должен быть на порядок меньше минимального топологического размера элементов. По мере снижения размеров загрязнений сложность их удаления с поверхности резко увеличивается, поэтому в мировом производстве микроэлектронных изделий проводится непрерывный поиск оптимальных процессов химической обработки подложек [5].

Цель лабораторной работы – освоение процесса жидкостной очистки стеклянных подложек в ультразвуковой ванне и анализ влияния разных растворов на чистоту поверхности путем контроля краевого угла смачивания на гониометре.

Основные источники загрязнений

Для определения оптимальных режимов очистки подложек сначала необходимо понять, с какими видами возможных загрязнений сталкиваются при производстве. На рисунке 2 представлены основные источники микрочастиц пыли на производстве. Таблица 1 показывает типичные виды загрязнений для полупроводниковых пластин и их возможные источники.

Рисунок 2 – Основные источники микрочастиц пыли

Таблица 1 – Типичные загрязнения полупроводниковых пластин и их источники

Загрязнения	Возможные источники
1	2
Волокна (нейлон, целлюлоза и т.д.)	Одежда, ткани, бумажные изделия
Силикаты	Горные породы, песок, почва, зола, пепел
Окислы и окалина	Продукты окисления некоторых металлов
Масла и жиры	Масла от машинной обработки, отпечатки пальцев, жиры с открытых участков тела, средства для волос, мази, лосьоны
Силиконы	Аэрозоли для волос, кремы, лосьоны после бритья, лосьоны для рук, мыло
Металлы	Порошки и отходы машинной обработки и шлифовки, изготовление металлических частей, частицы из металлических банок для хранения и металлических контейнеров
Ионные примеси	Продукты дыхания, отпечатки пальцев (хлорид натрия), примеси из очищающих растворов, содержащие ионные детергенты, некоторые флюсы, примеси от предварительной химической операции, такой как травление или металлизация
Неионные примеси	Неионные детергенты, органические материалы для обработки
Растворимые примеси	Очищающие растворители и растворы

Методы очистки

В соответствии с применяемыми средствами очистку делят на жидкостную и сухую. Классификация методов очистки приведена на рисунке 1 [6].

Рисунок 1 – Классификация методов очистки подложек

При очистке в первую очередь необходимо удалить молекулярные, органические и химически связанные с поверхностью загрязнения, а затем — остаточные ионные и атомарные. При физической ЖО происходит десорбция адсорбированных поверхностью загрязнений без изменения их состава, то есть без химических реакций, путем простого растворения. Поскольку возможно обратное загрязнение поверхности из очищаемой жидкости, необходимо следовать принципу ее непрерывного обновления (освежения) [6].

Химическая очистка предусматривает разрушение загрязнений или поверхностного слоя очищаемого объекта в результате химических реакций.

Травление — очистка, при которой удаляется приповерхностный слой пластины или подложки. Травление обычно проводится после обезжиривания, так как только в этом случае травитель хорошо смачивает всю поверхность пластин и верхний слой удаляется равномерно [6].

Термообработка (ТО) применяется для удаления адсорбированных поверхностью примесей, разложения поверхностных загрязнений и испарения летeчих соединений. Как правило, отжиг проводится в вакуумных и термических установках непосредственно перед процессами оксидирования, эпитаксии и др [7].

Ионное травление (ИТ) — процесс удаления распылением слоя вещества с находящимися на его поверхности загрязнениями и адсорбированными газами. Травление выполняют в вакуумных установках путем бомбардировки пластин или подложек (мишений) ускоренными положительными ионами инертных газов [7].

Сущность процесса газового травления (ГТ) заключается в химическом взаимодействии обрабатываемого материала с газообразным веществом и образовании при этом легко удаляемых летучих соединений. Загрязнения при ГТ удаляются вместе с поверхностным слоем пластин или подложек. В качестве газов-реактивов для травления кремниевых пластин можно применять галогены, галогеноводороды, соединения серы, пары воды. Небольшие количества этих газов добавляют к газу-носителю (водороду или гелию) и транспортируют в камеру установки [7].

Плазмохимическое травление (ПХТ), как и ионное, проводят в вакуумных установках и также используют плазму газового разряда. ПХТ (в отличие от чисто физического распыления при ионном травлении) имеет химическую природу. Оно основано на использовании обладающих большой реакционной способностью химически активных частиц, получаемых в плазме газового разряда [7].

В лабораторных условиях кафедры «Электронные технологии в машиностроении» возможно осуществление жидкостной очистки и ионного травления. Учитывая простоту выполнения жидкостной очистки основное внимание будет уделено на данном методе.

Жидкостная очистка

Жидкостная очистка (далее ЖО) выполняется органическими растворителями; разнообразными составами, содержащими щелочи, кислоты, пероксид и другие реактивы, водой. Подобрать жидкое средство, одновременно удаляющее все возможные поверхностные загрязнения, практически невозможно, поэтому ЖО включает ряд последовательных операций. Нерастворимые в воде органические жировые загрязнения делают поверхность гидрофобной, то есть плохо смачиваемой водой и большинством растворов. Для равномерной очистки поверхность подложек (пластин) необходимо перевести в гидрофильное, то есть хорошо смачиваемое водой, состояние. Операция удаления жировых загрязнений, сопровождаемая переводом поверхности из гидрофобного в гидрофильное состояние, называется обезжириванием (обезжиривание – первая операция при ЖО) [6].

Основные этапы жидкостной очистки:

1. Обезжиривание (удаление полярных и неполярных загрязнений);

2. Отмывка водой.

Каждый из этапов может состоять нескольких операций, поэтому жидкостная очистка не ограничивается лишь обработкой подложек двумя последовательными операциями.

Обезжиривание в органических растворителях применяется для удаления с поверхности пластин (подложек) жиров животного и растительного происхождения, минеральных масел, смазок, воска, парафина и других органических и механических загрязнений. В качестве растворителей наиболее часто применяют четыреххлористый углерод, бензол, толуол, изопропиловый спирт, фреон и др., в которых эффективно растворяется большинство жировых загрязнений [6].

При выборе обезжиривающего состава необходимо учитывать, что большинство органических растворителей неполярны, они растворяют только неполярные органические загрязнения. Поэтому вначале неполярными или слабополярными растворителями (бензолом, толуолом, четырехлористым углеродом) удаляют неполярные загрязнения (парафины, вазелины, минеральные масла). Затем ацетоном, спиртами, трихлорэтиленом и другими полярными растворителями удаляют полярные загрязнения (жиры, белки, следы поверхностно активных веществ – ПАВ). Для интенсивного одновременного удаления полярных и неполярных органических загрязнений в промышленном производстве широко применяют смеси различных растворителей [6].

Определяющими параметрами процесса являются температура и время. Растворимость жиров увеличивается с повышением температуры. Поэтому обезжиривание осуществляют в горячих или кипящих растворителях [6].

Ультразвуковое обезжиривание выполняют в специальных ваннах, дно и стенки которых совершают механические колебания с ультразвуковой (УЗ) частотой( > 20 кГц) [6].

Эффективность очистки зависит от частоты и мощности УЗ-колебаний, температуры и времени обработки, а также от состава раствора, характера и степени загрязнений [6].

С повышением частоты увеличивается проникающая способность жидкости за счет уменьшения длины волны УЗ колебаний, уменьшается вероятность разрушения образцов за счет уменьшения размеров кавитационных пузырьков. С повышением мощности УЗ колебаний до определенных значений интенсивность кавитации возрастает. Повышение температуры повышает растворимость загрязнений и влияет на условия возникновения кавитации. Для каждой жидкости существует оптимальная температура обработки [6].

Обработку пластин и подложек обычно ведут при УЗ колебаниях, когда кавитация отсутствует и очистка интенсифицируется за счет вихревых акустических протоков жидкости [6].

УЗ колебания значительно повышают производительность и улучшают качество не только обезжиривания, но и других операций жидкостной обработки [6].

Отмывка водой применяется для очистки от остатков полярных растворителей после обезжиривания, от остатков травителей, флюсов, кислот, щелочей, солей и других загрязнений. Так же, как и в органических растворителях, отмывка в воде сопровождается растворением загрязнений или механическим смыванием пылинок, ворсинок и других частиц [6].

Отмывку выполняют в подогретой до 50–60 °С деионизованной воде. При меньших температурах отмывка недостаточно эффективна, при больших температурах возможно закрепление на обрабатываемой поверхности остатков некоторых загрязнений, например остатков щелочных растворов в результате гидролиза щелочных солей. После отмывки в подогретой воде пластины (подложки) отмывают в холодной воде, чтобы на поверхности не осталось следов перешедших в воду загрязнений, что имеет место при быстром испарении воды (когда пластины подогреты) [6].

Описание лабораторного оборудования

Очистка подложек производится в УЗВ «Водолей» (рисунок 3, таблица 2).

Рисунок 3 – УЗВ «Водолей»

Таблица 2 – Технические характеристики УЗВ «Водолей»

Характеристика	Значение
Объем УЗВ, л	1,3
Частота, кГц	35
Потребляемая мощность, Вт	205
Регулировка нагрева, ◦С	20…70
Регулировка времени, мин	0…99

Контроль степени очистки в лабораторных условиях часто осуществляется путем измерения краевого угла смачивания на специальном приборе – гониометре.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов книги