5. Методы окисления и оборудование

Термическое окисление обычно проводят в трубе из плавленного кварца в печи с электрическим нагревом. Схематическое изображение типичной установки для окисления представлено на рис.4. При окислении в сухом О₂ кислород высокой степени чистоты подается в печь через соответствующие регуляторы, клапаны, ловушки, фильтры и расходомеры. Кремниевые подложки обычно устанавливаются вертикально на кварцевом стеклянном держателе, вмещающем несколько сотен подложек.

Типичные температуры окис­ления лежат в интервале 800—1200 °С и должны поддерживать­ся в процессе окисления с точностью ±1 °С для обеспечения однородности формируемых пленок. В стандартном технологиче­ском процессе подложки подвергают очистке, сушке, размещают в лодочке и автоматически вдвигают в печь, нагретую до тем­пературы 800—900 °С, после чего температуру постепенно повы­шают. Такое повышение температуры необходимо для предот­вращения коробления подложек. По окончании процесса окис­ления температура в печи постепенно снижается и подложки вы­нимают наружу.

Рис.4. Схематическое изображение типичной окислительной системы.

Выбор метода окисления определяется необходимой толщи­ной и свойствами формируемого окисла. Относительно тонкие окисные пленки и те окислы, для которых поставлено условие получения минимального заряда на границе раздела, обычно выращиваются в сухом кислороде. Когда критичным парамет­ром является содержание ионов натрия в пленках окисла, пред­почтение отдается методу окисления в системе НС1 +О₂. При формировании толстых окисных пленок (>0,5 мкм) использу­ют окисление во влажном кислороде (как правило, при p 1 атм либо при повышенном давлении до 25 атм). Более высокое дав­ление позволяет выращивать толстые окисные пленки при сред­них температурах и приемлемых затратах времени.

Наиболее распространенный метод окисления при атмосфер­ном давлении реализуется в кварцевых или кремниевых диффу­зионных трубах, где подложки кремния располагаются в верти­кальном положении в пазах специальной подставки (лодочки), сделанной из кварца или кремния. Типичные температуры окис­ления лежат в интервале 800—1200 °С и должны поддерживать­ся в процессе окисления с точностью ±1 °С для обеспечения однородности формируемых пленок. В стандартном технологиче­ском процессе подложки подвергают очистке, сушке, размещают в лодочке и автоматически вдвигают в печь, нагретую до тем­пературы 800—900 °С, после чего температуру постепенно повы­шают. Такое повышение температуры необходимо для предот­вращения коробления подложек. По окончании процесса окис­ления температура в печи постепенно снижается и подложки вы­нимают наружу.

6. Очистка подложек перед окислением

Перед помещением подложек в высокотемпературную печь необходимо провести их очистку для уничтожения как органи­ческих, так и неорганических загрязнений, появляющихся на предыдущих этапах технологического процесса или во время переноса подложек с одной технологической линии на другую. Если такие загрязнения не удалить, то возможно ухудшение электрических характеристик приборов, а также понижение на­дежности ИС. Пылеобразные частицы удаляют либо механической кисте­вой, либо ультразвуковой отмывкой. Ранее наиболее распро­страненными были методы очистки с погружением пластин в химические реактивы. К настоящему моменту разработаны ме­тоды с использованием центробежных струй, которые снимают имеющиеся на поверхности загрязнения. Процедура химиче­ской очистки обычно заключается в удалении органических за­грязнений; ее проводят после удаления неорганических ионов и атомов.

Обычная процедура очистки выполняется в смеси H₂O-H₂O₂-NH₄OH, которая обеспечивает удаление органиче­ских соединений за счет сольватирующего действия гидроокиси аммония и окисляющего действия перекиси водорода. Современные диффузионные печи (используемые также и для окисления) управляются с помощью микропроцессоров, ко­торые обеспечивают необходимую последовательность процесса, осуществляют контроль температуры и расхода газов. Вся описанная ранее процедура, от загрузки подложек в лодочку до извлечения их оттуда, полностью программируется. Микро­процессорное управление обеспечивает обратную связь для сравнения величин различных параметров с заданными значе­ниями этих же параметров и для введения соответствующих изменений. Например, при изменении расхода газового потока температура процесса может изменяться. Путем непосредствен­ного цифрового контроля проводится сравнение этой температу­ры с заданным значением и необходимые изменения автоматиче­ски вводятся в систему нагрева .