Под финишной (окончательной) очисткой подложек обычно понимают процессы удаления поверхностных загрязнений непосредственно перед выполнением ответственных технологических операций в производстве приборов и интегральных микросхем. Результаты исследований химического состава приповерхностного слоя (толщиной 2-ь5 мкм) кремниевых пластин после первого этапа] очистки показали, что уровень чистоты поверхности не соответствует требуемому в современном производстве полупроводниковых приборов и особенно больших интегральных микросхем на основе МОП-структур.
Так, после обезжиривания кремниевых пластин кипячением в различных органических растворителях (спиртах, ацетоне, четыреххлористом углероде и др.) на их поверхности обнаружено (2-=-4)-10-8 г/см2 остаточных органических загрязнений [74]. Па поверхности подложек кремния адсорбируются спирты! (СН3ОН, С2И5ОЫ, С3Н7ОН) и инертные органические растворители (СС14,| СНС1з, СбНб, С6Н|4); при прогреве достигается полная десорбция молекул этих веществ. Методом радиоактивных индикаторов показано, что органические растворители (СН3ОП, С2Н5ОН, С3Н7ОН, ССЦ, СеН6) адсорбируются и довольно прочно удерживаются на поверхности подложек арсенида галлия и с трудом десорбируются при нагреванни. Величина адсорбции органических растворителей на поверхности уменьшается в следующей последовательности: ацетон, бензол, этанол, метанол, четыреххлористый углерод — 37, 15, 7, 6, 1 (в относительных единицах). Горячая вода десорбирует остаточные загрязнения этими веществами (кроме бензола). Поэтому после обезжиривания пластины полупроводников необходимо тщательно промыть в протоке деионизованной воды. Однако если при промывке в деионизованной воде удаляются молекулы большинства органических растворителей, особенно тех, что неограниченно растворяются в воде, то примеси неорганического характера (адсорбированные ноны и атомы металлов и неметаллов) при этом остаются на поверхности. Содержание их по результатам анализа приповерхностного слоя подложек кремния различными методами составляет (1013-И015) атом/см2 Для удаления — десорбции с поверхности полупроводниковых пластин этих загрязнений (в молекулярном, ионном и атомном состояниях) до уровня реально чистой поверхности полупроводника (для органических загрязнений это доли моно-слоя; для примесей металлов №, К, Л\д, Р, Мп, Сг, Зп, Аи( Ре, N1. Со и др. — (Ю9н--А1012) атом/см2 или нон/см2) необходима комплексная финишная очистка.
Для ряда применений, когда необходимо полностью удалить адсорбированные! ноны металлов (например, ионы Си2 после ХМП нонами) с поверхности кремниевых пластин, проводят их дополнительную обработку в водных! растворах комплексообразующих агентов. Например, в раствор Н2О2+НСЛ вводит комплексообразователь — окснэтилсидифосфорную кислоту. В настоящее время еще нет установившейся технологии применения комплексообразователей для финишной очистки подложек из различных полупроводниковых материалом.
При изготовлении БИС в ряде случаев необходима еще плазмохимическая очистка. Сочетание химических и плазмохимических методов очистки способствует улучшению электрофизических параметров МОП-структур. При получении тонких пленок соединений АШВУ и их твердых растворов методом молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ) необходима очистка подложек АШВУ на атомном (молекулярном) уровне. Для этого используются методы получения атомарно чистых поверхностей, в частности, термическая обработка подложек в сверхвысоком вакууме и ионная очистка их поверхности. При этом очень важно, чтобы поверхность подложек после очистки в сверхвысоком вакууме не содержала примесей углерода (углеродсодержащих соединений), отрицательно влияющих на электрофизические параметры и морфологию получаемых тонких эпитаксиальных пленок.
В таблице приведены сравнительные характеристики эффективности различных методов удаления металлических примесей с поверхности кремниевых пластин. Как видно из таблицы, технологическая схема очистки с использованием аммиачно-перекисных и кислотно-нерекисных смесей обеспечивает удаление большинства примесей металлов до уровня 1012 атом/см2.
Окислительные смеси неприемлемы для финишной обработки пластин соединений АШВУ, так как они могут взаимодействовать с этими растворами, ухудшая морфологию поверхности пластин. Поэтому предэпитаксиальная очистка подложек соединений АП1ВУ (после ХМП и предварительной очистки по описанной ранее схеме) проводится путем удаления поверхностного слоя материала толщиной 5—30 мкм (в зависимости от толщины нарушенного слоя после ХМП) методами ХДП или электрохимического полирования (ЭХП) с последующей финишной очисткой от остатков травителя. Последние удаляют в протоке деионизованной воды с последующей сушкой в центрифуге.
При проведении финишной очистки полупроводниковых пластин весьма важно создать условия, обеспечивающие сохранение достигнутой чистоты пластин и исключающие возможность повторного загрязнения их поверхности при контакте с окружающей средой, технолопическими средами, тарой и т. д. На практике, особенно в условиях крупносерийного производства больших интегральных микросхем (при диаметре пластин 70-100 мм), создание таких условий требует больших усилий. Все технологические процессы финишной очистки должны проводиться в особо чистых помещениях 1-й категории на специальном оборудовании. Для очистки применяются реактивы особой чистоты, деионизованная вода марки А. Высокие требования предъявляются также к технологической дисциплине операторов (четкое выполнение требований производственной гигиены и всей технологической документации), к чистоте технологических сред и тары для хранения пластин. В ряде случаев используется герметическая тара, заполненная особо чистыми инертными газами.
Для финишной очистки полупроводниковых пластин в промышленности применяются автоматические и полуавтоматические линии. Они состоят из отдельных блоков-модулей с программными устройствами для выполнения определенных операций: химической обработки в агрессивных средах, например, в окислительных перекисно-аммиачных или перекисно-кислотных смесях; обработки пластин ультразвуком; промывки в деионизованной воде; сушки; контроля качества очистки и т. д. Все блоки смонтированы в боксах с ламинарным потоком очищенного воздуха.
Наиболее эффективная финишная очистка пластин на стадии промывки в воде достигается методом гидромеханической мойки — обработкой вращающимися щетками из нейлона, тефлона или меха в скрубберах — специальных устройствах с ламинарным потоком воздуха, где пластины обрабатываются щетками под струями деионизованной воды. При сушке на пластины направляется струя сухого очищенного азота. При очистке в скрубберах удаляется не только поверхностные загрязнения, но и заусенцы размером в несколько микрометров, т. е. в целом улучшается качество поверхности. При подаче пластин используют специальные вакуумные -держатели, которые обеспечивают автоматическую поштучную транспортировку пластин из загрузочной кассеты б камеру очистки, а затем после очистки и сушки в кассету для чистых пластин. При использовании скрубберной очистки повышаются требования к качеству деионизованной воды. Вода должна быть чистой не только но содержащую ионных примесей, но и не содержать взвешенных микрочастиц размером до 2мкм. Для фильтрации йоды используют специальные фильтры, например, фильтр «Миллипор». Время хранения пластин, даже в специальной таре, должно быть минимальным. Линия финишной очистки должна находиться и той же, в которой проводят последующие операции производства микросхем.
Это позволяет включать процессы финишной очистки в единый технологический цикл изготовления БИС или других микроэлектронных устройств.