Глава 1. Химико-механическое полирование пластин кремния большого диаметра.

1. Факторы и основные показатели процесса химико-механического полирования.

Кремний относится к твердым хрупким материалам, что создает определенные трудности при механической обработке, особенно пластин малой толщины и большого диаметра. Это связано с возможностью поломки или скалывания краев пластины, корме того, на пластине большого диаметра сложнее выполнить требования по точности формы.

В таблице 1 приведены параметры точности геометрической формы поверхностей подложек диаметрами 100, 150, 200 мм в соответствии с отечественными техническими условиями (ОАО “Элма”, г.Зеленоград).

Процесс изготовления пластин кремния состоит из ряда последовательных этапов:

• выращивание монокристаллов;

• калибровка монокристаллов до заданного диаметра;

• ориентация монокристалла с помощью рентгеновского гониометра;

• разрезание монокристалла на пластины;

• формирование фаски по периферии каждой пластины;

• шлифование пластины;

• глубокое травление поверхности пластины;

• полирование рабочей стороны пластины, либо двустороннее полирование;

• очистка поверхностей пластины;

• контроль пластины по геометрическим параметрам, шероховатости поверхности, электрическим параметрам;

• упаковка в тару для транспортирования на изготовление интегральных схем.

Различия в схемах обработки обусловлены требованиями к свойствам и материалам подложек в зависимости от назначения ИС (эпитаксиальные структуры, К-МОП и N-МОП БИС, ИС на биполярных транзисторах и др.), конструкцией технологического оборудования, ассортиментов применяемых инструментов и вспомогательных материалов[1].

В качестве основной формообразующей операции применяется двухстороннее шлифование (доводка) свободным абразивом. Однако заключительной операцией, влияющей на точность формы рабочей поверхности пластины, является химико-механическое полирование. Операция полирования необходима в первую очередь для улучшения качества поверхности. Во время процесса полирования производят съём приповерхностного слоя материала с обработкой поверхности на глубину 20-30 мкм. Поэтому в целях экономии материала, а также в связи с менее жесткими требованиями к качеству поверхности нерабочей стороны, обычно применяется одностороннее химико-механическое полирование рабочей стороны пластины[2].

Удаление значительного слоя материала химико-механическим полированием осуществляется как правило, при относительно высоком избыточном давлении в пневмосистеме станка (до 500 кПа) с использованием плотных (>=0.2 г/см³) полировальных полотен без пористого полиуретанового покрытия. В качестве полировальных составов используют коллоидно-дисперсные системы, эффективный диаметр зерен дисперсной фазы которых находится в пределах 20-100 нм, а дисперсионная среда содержит реактивы, химически взаимодействующие с полируемой поверхностью[2]. При полировании в условиях, описанных выше, сложнейшей проблемой является обеспечение равномерного удаления материала с полируемой поверхности с целью сохранения плоскопараллельности поверхностей пластины. Чем толще слой, удаляемый в процессе полирования, тем больше отклонение поверхностей пластины от плоскопараллельности.

Во избежание ухудшения плоскопараллельности поверхностей полированной пластины обычно применяются более плотные полировальные материалы, особые составы, специальные материалы для изготовления план-шайб и полировальных столов, особые технологические приемы для закрепления пластин на план-шайбах и др. меры. Их проведение эффективно в том случае, когда оборудование, предназначенное для закрепления пластин на план-шайбах и для химико-механического полирования пластин, позволяет обеспечить равномерное распределение и плавное изменение нагрузки на пластину и температуры в зоне полирования, а также исключить деформацию план-шайбы и пластин в процессах закрепления и полирования пластин.

Полирующие составы, применяемые в производстве материалов электронной техники, можно подразделить на четыре типа[3]:

1. Химически активные жидкие смеси, не содержащие твердой фазы (не применяются в производстве кремниевых подложек);

2. Дисперсные системы с инактивной дисперсионной средой (суспензия -Al₂O₃);

3. Дисперсные системы с химически активной дисперсионной средой (финишное полирование кремния суспензией окислов ZrO₂ и SiO₂);

4. Дисперсионные системы с химически или трибохимически активной дисперсной фазой.