Спосіб виготовлення кремнійових пластин

Изобретение относится к электронной технике, а именно к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в частности, планерной технологии интегральных схем на кремниевых пластинах с внешними гетерослоями. Известен способ изготовления кремниевых пластин с абразивным гетерослоем [1], который включает операции резки, шлифовки, термообработки, травления и полировки. В этом способе нет взаимосвязи шлифовки и травления, в связи с чем не определены общие условия создания оптимального гетерослоя. Например, при малой глубине травления шлифованного слоя в процессе термообработок возникают дислокации, переползающие с обратной стороны пластины на рабочую поверхность. При большой глубине травления удаляются упругие напряжения, образуемые шлифованным слоем, в результате чего отсутствуе т эффект гетерирования. В способе [2], включающем шлифовку пластин кремния, травление, термообработку, травление на глубину 20 мкм в щелочном травителе, после травления производят осаждение пленки поликремния и полировку рабочей поверхности. Недостаток этого способа состоит в том, что травление в щелочном травителе загрязняет объем пластин ионами щелочных металлов, а большая глубина травления, не связанная с диаметром абразивного зерна, применяемого при шлифовке приводит к малой эффективности абразивного гетерослоя и уменьшает эффективность слоя поликремния. Недостатки, присущие этим способам, устранены в способе-прототипе [3], который включает резку слитка кремния на пластины, шлифовку, травление и полировку. Этот способ отличается тем, что травление шлифованных поверхностей производят на глубину 0,4-0,8 диаметра зерна абразивного порошка, применяемого при шлифовке. В этом диапазоне травления сохраняется максимальный эффект гетерирования с устранением указанных выше отрицательных проявлений шлифованного слоя (дислокации, линии скольжения, прогиб и растрескивание пластин после термообработок). Кроме того, достигается воспроизводимость эффекта гетерирования и полировки рабочей поверхности в условиях серийного производства. Однако, этому способу, как и другим с внешним гетерированием, присуще ослабление гетерирования структурных де фектов и примесей металлов в течение времени термообработок при изготовлении микросхем. Задачей изобретения является увеличение эффективности гетерирования структурных де фектов и примесей металлов путем совместного действия абразивного и поликремниевого гетерослоев и достижение дополнительных эффектов, связанных с наложением этих слоев, а именно, увеличения площади контакта слоя поликремния с поверхностью пластины и очистки объема пластины от примесей металлов в процессе сопутствующи х термообработок при нанесении слоя поликремния. Поставленная задача решается там, что в способе изготовления кремниевых пластин. включающем операции резки двусторонней шлифовки, двустороннего травления, нанесения пленки поликремния, термообработки и полировки, травление производят в селективном кислотном травителе на глубину 0,4-0,8 диаметра зерна абразивного порошка, применяемого при шлифовке, после травления наносят пленку поликремния толщиной 0,4-3,0 мкм, производят термообработку в диапазоне температур 900-1000°С в инертной среде в течение 20-40 мин, после чего выполняют полировку рабочей поверхности на глубину 20-30 мкм. Отличительное свойство данного способа состоит в том, что планка поликремния наносится на абразивный гетерослой, созданный в указанном интервале глубины травления шлифованной поверхности пластины. Созданные упругие напряжения в области абразивного гетерослоя суммируются с упругими напряжениями слоя поликремния, что обеспечивает эффект усиления гетерирования. Другое неявное усиление гетерирования состоит в увеличении площади контакта слоя поликремния с кремнием вследствие более развитой площади шлифованной поверхности в сравнении с полированной. Нижняя граница толщины пленки поликремния 0,4 мкм выбрана исходя из того обстоятельства, что поликремний частично удаляется при окислении, а также в процессе травления в ходе технологических процессов. Верхний предел толщины пленки поликремния 3 мкм ограничен напряжениями, возникающими на границе раздела кремний-пленка поликремния, что приводит к короблению пластин. Кроме того, чем короче процессы роста пленки, тем лучше с точки зрения технологии изготовления микросхем. Третье отличительное свойство способа заключается в том, что после нанесения пленки поликремния производят термообработку в диапазоне температур 900-1000°С в течение 20-40 мин. Эта термообработка приводит к двум положительным эффектам. Первый эффект состоит в том, что происходит отжиг избыточных напряжений, вызванных пленкой поликремния, в результате чего устраняется коробление пластин. Это имеет существенное значение для полировки пластин. Второй эффект заключается в том, что эта термообработка стимулирует ди ффузию примесей металлов и точечных дефектов из объема пластин, которые захватываются границей раздела абразивный слой кремния - поликремний и затем удаляются при полировке рабочей поверхности на глубину 20-30 мкм. Таким образом, происходит очистка объема исходных пластин кремния. Пример осуществления способа изготовления пластин: 1. Резка слитка кремния диаметром 100 мм на пластины толщиной 590 ± 20 мкм; 2. Двусторонняя шлифовка абразивным порошком ЭКН-20 до толщины пластин 530 ± 10 мкм; 3. Травление до толщины 500 ± 10 мкм (съем травлением с каждой стороны ,15 мкм, травитель 1HF + 5НNО3 + 4Η2О); 4. Нанесение пленки поликремния на две стороны по реакции: SiH4 ® Si + 2H2 , давление Ρ = 2 тор (265 ± 2 Па), Т = 630°C, скорость осаждения v = 100 ± 10 А/мин, расход SiH4 80 л/час; 5. Термообработка пластин при температуре 900-1000°С в среде азота в течение 20-40 мин. 6. Химико-механическая полировка рабочей поверхности пластин на глубину 20-30 мкм. Примечание: возможна замена кислотного травителя на щелочной основе, четвертичных аммониевых оснований, не содержащих ионов щелочных металлов (типа холин, фосфазометан, метилгидрид и т.п.). Способ прошел оценку эффективности гетерирования на партиях пластин по значениям релаксации МОП емкости Трел, времени рекомбинации неосновных носителей заряда tрек , точкам утечки p - n-переходов и проценту выхода микросхем. На одной из партий пластин (12 шт.) на обратной стороне было создано четыре сектора. 1 и 3 секторы имели глубин у травления шлифованного слоя D = 15 - 20 мкм , а 2 и 4 секторы D = 5 мкм . В то же время 1 и 2 секторы имели поликремниевый слой Si толщиной 0,4 мкм, а 3 и 4 только абразивный гетерослой (АГС). На рабочей поверхности были созданы варакторы и измерено время релаксации и рекомбинации. Результаты измерений приведены в табл. 1. Изданных табл. 1 видно, что при глубине травления шлифованного слоя 15-20 мкм время релаксации и рекомбинации выше, чем при глубине травления 5 мкм. В то же время пленка поликремния на абразивном гетерослое (сектор 1 и 2) существенно увеличивает эффективность гетерирования примесей металлов и структурных де фектов, что видно по увеличению значений Трел и tрек . Результаты опробования способа в серийном производстве кристаллов микросхем К573РФ5М (репрограммируемая память 16 Кбит) приведены в табл. 2. Из данных табл. 2 видно, что прирост процента выхода годных кристаллов микросхем, изготовленных на пластинах по предлагаемому способу, составляет в абсолютном исчислении +2,6% (в относительном +14,4%).