Спосіб очищення кварцової оснастки, використовуваної при дифузії бору

Спосіб очищення кварцової оснастки, використовуваної при дифузії бору, що включає хімічну очистку оснастки в концентрованій плавиковій кислоті і наступне промивання у воді, який відрізняється тим, що перед ХІМІЧНОЮ очисткою оснастку обробляють водяною парою при Т =700-800°С протягом 15-30 хвилин Запропонований винахід відноситься до області очищення кварцових виробів Кварцова оснастка широко застосовується у виробництві напівпровідникових приладів та інтегральних схем, наприклад, у вигляді труб, реакторів, касет, гаків у процесах дифузії домішок Очищення кварцової оснастки представляє значну проблему, тому що поверхня кварцу має велику шорсткість та інтенсивно адсорбує різноманітні домішки, гази і пари При нагріванні домішки, що утримуються в кварці, інтенсивно проникають у р-п-структури, що виготовляються, знижуючи їхній вихід Особливо важкорозчинними є окисли на поверхні кварцу (наприклад, плівки окису бору і боросиликатного скла), що містять різноманітні небажані для р-п-структур домішки Для видалення плівок окислів звичайно використовують комплексне очищення стосування спеціального дорогокоштовного устаткування Найбільше близьким по своїй технологічній сутності до запропонованого способу є спосіб очищення кварцової оснастки, що складається з очистки оснастки в концентрованій плавиковій кислоті і наступному промиванні у дистильованій воді (Мокеев О К , Романов А С Химическая обработка и фотолитография в производстве полупроводниковых приборов и микросхем - М Высшая школа, 1979 -с 140), Основним недоліком відомого способу є те, що його застосування для очищення кварцової оснастки не забезпечує повного видалення з поверхні кварцу плівки боросиликатного скла, що утворюється в процесі дифузії, тому що остання є важкорозчинною у подібних травителях, особливо у випадках, коли до складу боросиликатного скла входить важкорозчинна фаза типу Si - В Задачею запропонованого винаходу є створення способу очищення кварцової оснастки, використовуваної при дифузії бору, технологічні можливості якого забезпечили б можливість підвищення ефективності очистки Поставлена задача вирішена тим, що в способі очищення кварцової оснастки, використовуваної при дифузії бору, що включає хімічну очистку оснастки в концентрованій плавиковій кислоті і наступне промивання у дистильованій воді, перед ХІМІЧНОЮ очисткою оснастку обробляють водяною парою при Т = 700 - 800°С протягом 1 5 - 3 0 хвилин Істотною ВІДМІННІСТЮ запропонованого способу очищення кварцової оснастки від відомого способу Відомий двостадійний спосіб очищення кварцової оснастки (Маслов А А Технология и конструкции полупроводниковых приборов - М Энергия, 1970 -с 53-54) На першій стадії провадиться хімічна очистка оснастки в царській горілці протягом часу, промивання в дистильованій воді і сушіння спиртом Другим етапом є нагрівання оснастки до 1100 - 1500°С у суміші хлору, хлористого водню і чотирьоххлористого вуглецю До недоліків способу варто віднести застосування способу не забезпечує видалення з поверхні кварцу плівок (окису бору, боросиликатного скла), що містять небажані домішки, тому що вони є практично нерозчинними в подібних травителях, висока токсичність способу в результаті застосування газів, що містять хлор, що потребує за О о> со сч ю 52390 є те, що до проведення хімічної очистки оснастки в плавиковій кислоті, останню обробляють водяною парою при Т = 700 - 800°С протягом 15 -ЗО хвилин У відомому способі очищення кварцової оснастки проводять у плавиковій кислоті без її попередньої обробки водяною парою У результаті цього відомий спосіб не забезпечує повного видалення плівок, що містять борта різні домішки, з поверхні оснастки Після завершення ХІМІЧНОГО очищення на поверхні кварцової оснастки залишаються ділянки з важкорозчинними плівками, звичайно забрудненими домішками металів та інших домішок При наступному проведенні дифузії бору небажані домішки потрапляють на р-п - структури, які виготовляються, знижуючи їхній вихід У запропонованому способі до початку ХІМІЧНОГО очищення проводять обробку кварцової оснастки водяною парою При цьому відбуваються такі процеси 1 Зміна властивостей плівок, що містять бор, під впливом водяної пари, що забезпечує повне їхнє підбурення при наступній обробці в плавиковій кислоті (очевидно в середовищі водяної пари відбувається окислювання важкорозчинної плівки типу Si-B, що входить до складу боросиликатного скла, що різко покращує її розчинність у плавиковій кислоті) 2 Водяна пара, глибоко проникаючи в пори кварцу, забезпечує їхнє очищення від плівок боросиликатного скла і, отже, від домішкових забруднень У порівнянні з відомим способом очищення кварцової оснастки, позитивний ефект досягається за рахунок зміни властивостей плівок , що містять бор, під впливом водяної пари, що забезпечує їхнє повне підбурення в процесі хімічної обробки, а також очищення пір у кварці від домішкових забруднень Експериментальне установлено, що проведення обробки кварцової оснастки водяною парою при Т 800°С) істотно не позначається на ефективності обробки Дослідницьким ШЛЯХОМ установлено, що мінімальний час обробки кварцової оснастки водяною парою, що забезпечує ефективну обробку, складає 15 хвилин Збільшення часу обробки до ЗО хвилин підвищує її ефективність Проте, подальше збільшення часу обробки практично не позначається на ефективності обробки Приклади конкретного здійснення запропонований спосіб очищення кварцової оснастки був випробуваний у виробництві кремнієвих ДІОДІВ Очищенню були піддані кварцові труби, що використовувалися при проведенні дифузії бору в кремнієві дюдні структури з джерела BN Приклад 1 Кварцову трубу 1 підключають до парогенератора 2 (див фіг 1), проводять обробку внутрішньої поверхні труби водяною парою з метою впливу на плівку окису бору 3 і боросиликатного скла 4 При цьому кварцова труба знаходилася в дифузійній печі при Т = 700°С Тривалість обробки труби водяною парою склала ЗО хвилин Після цього кварцову трубу поміщають у ванну з концентрованою плавиковою кислотою, і обертаючи навколо подовжньої осі, витримують у ній протягом 25 хвилин Потім промивають трубу проточною деюнізованою водою на протязі ЗО хвилин і продувають сухим азотом для видалення крапель вологи Оброблену трубу (див фіг 2) поміщають у дифузійну піч і відпалюють при температурі дифузії (Т = 1000°С ) в середовищі аргону на протязі 2 годин з метою остаточного видалення вологи Приклад 2 Очищення труби проводять за технологією, описаною в прикладі 1, із тієї різницею, що при обробці водяною парою кварцова труба знаходилася при температурі 750°С, а тривалість обробки склала 20 хвилин Приклад З Очищення кварцової труби проводять ВІДПОВІДНО до технологи, описаної в прикладі 1 На відміну від прикладів 1 і 2 температура кварцової труби при її обробці водяною парою склала 800°С, а тривалість обробки труби водяною парою - 15 хвилин Для іспиту запропонованого способу очищення кварцових труб були обрані шість кварцових труб, що до цього на протязі місяця використовувалися при проведенні дифузії бору в кремнієві структури Три труби були оброблені запропонованим способом ВІДПОВІДНО до режимів, приведених у прикладах 1, 2, 3 Інші три труби оброблялися відомим способом Якщо порівняти технологію очищення відомим і запропонованим способами то, очевидно, що ВІДМІННІСТЬ двох способів очищення складається тільки в додатковій обробці труб водяною парою перед ХІМІЧНОЮ ОЧИСТКОЮ (запропонований спосіб) Ефективність використання запропонованого способу очищення кварцової оснастки визначалася таким чином Кремнієві пластини п- типу провідності з питомим опором 2ом*см окисляють у трубі термічного окислювання (Ток = 1050°С) до одержання на їхній поверхні плівки двоокису кремнію товщиною 0,15 - 0,2мкм Пластини з вирощеною плівкою поділяють навпіл Одну з половинок кожної пластини відпалюють в одній з труб, оброблених відомим способом, іншу - в одній з труб, оброблених запропонованим способом Режим відпалювання відповідав режиму проведення процесу дифузії бору Т = 1000°С, час - ЗО хвилин, середовище - суміш кисню й аргону (1 60) Потім на відпалені половинки пластин наносять алюміній Проводять фотолітографію по ньому На отриманих М ОН-структурах S1-S1O2-AI стандартним методом визначають середню величину сумарного заряду окислу Qss і ЩІЛЬНОСТІ поверхневих станів Nss на межі поділу S1-S1O2 Порівняння «зарядових» характеристик відпаленого окисла і явилося оцінкою якості відомого і запропонованого засобів очищення кварцової оснастки Результати виміру «зарядових» характеристик окислу на пластинах, відпалених у шести виробовуваних кварцових трубах, приведені в таблицях 52390 1, 2 і 3 Причому результати, приведені в таблицях 1, 2 і 3 для пластин, відпалених у кварцових трубах, очищених запропонованим способом, нале жать режимам очищення труб ВІДПОВІДНО прикладів 1, 2 іЗ Таблиця 1 іи M Qss* 10 ,Кл 3,8 1,9 Nss*10 , с м ' 3,0 "ел Спосіб очищення кварцової оснастки Відомий спосіб очищення Запропонований спосіб очищення Примітка Qss і Nss - ВІДПОВІДНО сумарний заряд окислу і ЩІЛЬНІСТЬ поверхневих станів на межі поділу Si - S1O2 Таблиця 2 Іи Спосіб очищення кварцової оснастки Відомий спосіб очищення Запропонований спосіб очищення M Qss* 10 , Кл Nss*10 , с м ' 4,5 3,6 1,4 1,7 Таблиця 3 Спосіб очищення кварцової оснастки Відомий спосіб очищення Запропонований спосіб очищення Qss* 10 Як видно з таблиць 1, 2 і 3, використання запропонованого способу очищення кварцової оснастки дозволяє значно зменшити значення сумарного заряду Qss і ЩІЛЬНОСТІ поверхневих станів Nss, що є найважливішими характеристиками захисних плівок S1O2 і визначаючих якість електрич З , Кл NSS*10,CM' 3,3 1,6 4,2 2,0 них параметрів напівпровідникових приладів і їхню стабільність Отже, використання запропонованого способу очищення кварцової оснастки дозволяє істотно підвищити ефективність очистки, що обумовлює його промислову застосовність 4 кгштіт Фіг.2 ФігД ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71