Тимошенків С. П., Дягілєв В. В., Калугін В. В. Московський інститут електронної техніки (Технічний університет) Москва – 124498, Зеленоград Графутін В. І., Прокоп’єв Е. П. ФГУП ГНЦ РФ Інститут теоретичної та експериментальної фізики ім. А. І. Аліханова Вул. Б. Черемушкинская, 25, Москва – 117218, Росія

Анотація – Smart-cut – технологія отримання структур кремнію на ізоляторі (КНІ) – знаходить широке застосування в розробці і виробництві нової елементної бази мікроелектроніки, спеціальних радіаційно- і термостійких ІС, СВЧ приладів, різного роду датчиків. Останні досягнення в технології виробництва структур КНІ дозволили підвищити їх досконалість і знизити ціну, що привело до істотного збільшення обсягів їх виробництва.

Побудована модифікована схема процесу виготовлення структур КНІ в рамках smart-cut технології та визначено напрямки досліджень [1]. Встановлено ключові операції процесів: підготовка пластин, зрощування, режими обробки поверхні і термообробки. Досліджено процеси хіміко-механічної, хімічної, електрохімічної, плазмохимической обробки кремнієвих пластин і структур. Досліджено процеси іонної імплантації та перспективи використання епітаксійного нарощування. Визначено режими обробок. Проведені дослідження підтвердили перспективність вибраного напряму і дозволили визначити необхідні методи контролю параметрів структур.

Нами розглянуті особливості і дано аналіз різних технологій виробництва структур КНІ. Особлива роль в даний час належить технологіям smart-cut (газового сколювання в процесі термообробки), заснованих на контрольованого використання таких основних процесів: створення за допомогою іонної імплантації іонів водню мікроскопічних об’ємних дефектів, що містять водень; трансформація цих створених дефектів за допомогою термообробок; сколювання тонкого шару матеріалу підкладки по системам таких дефектів по всій площі пластини [1]. У зв’язку з цим в даній роботі розглядаються сучасні подання про ці процеси, які використовуються в технології smart-cut, за допомогою дослідження зрощування пластин кремнію у вологих умовах [1]. У даному повідомленні особливе значення приділено дослідженням процесів хіміко-механічні-кой обробки кремнієвих пластин і структур КНІ.

Існують численні варіанти стоншення робочої пластини в зрощеної структурі. Для цього використовують методи хіміко-механічного полірування, електрохімічного, плазмового, селективного, хімічного травлення, а також комбінації цих та ряду інших методів.

Отримання заданої товщини монокрісталліче-ського кремнію досягається при використанні установок прецизійного локального стоншення і устаткування контролю товщини. Широко використовують формування механічних, хімічних (електрохімічних) стоп-шарів, а також індикаторних міток, що дозволяють візуально контролювати товщину тоншає шару. Незважаючи на велику кількість нових методів стоншення, традиційна хіміко-механічним чна обробка залишається основною і поки не замінної операцією (як при обробці вихідних кремнієвих пластин, так і при виготовленні структур КНІ). Метод хіміко-механічного стоншення робочої пластини кремнію широко використовується для отримання структур з товщиною ізольованого моно-кристалічного кремнію від менш ніж 1 мкм до товщини 70 мкм. На рис. 1 представлені фотографії розрізу бінарних структур, отриманих: а) методом зрощування кремнієвих пластин через склоподібний шар товщиною 6 мкм і б) структура, отримана твердоадгезіонним зрощенням кремнієвих пластин, ізольованих шаром ЕЮг.

Рис. 1. Структури, отримані зрощенням кремнієвих пластин: а) зрощування через склоподібний шар, б) зрощування через шар Si02.

Fig. 1. Samples of SOI structures obtained by a method of wafer bonding: a) bonding through glass layer; b) direct bonding through Si02 layer

Розробляються методи стоншення і вирівнювання поверхні важливі і для структур кремній на кварці, і кремній на кремнії. Очікувані тенденції зміни ціни на структури КНІ діаметром 200 мм такі, що в найближчі роки вартість таких структур може наближатися до вартості епітаксіальної кремнієвої структури. Таким чином, розвиток технології обробки пластин і структур та вдосконалення (розробка) обладнання для виготовлення структур КНІ визначають успіхи в досягненні якості виробництва структур, що є найважливішим фактором при отриманні граничних значень параметрів виготовлених ІВ.

У проведених роботах [1] розглянуто технологічний процес хіміко-механічного стоншення частини робочої пластини в кремнієвих структурах з повною діелектричною ізоляцією компонентів. Структури КНІ були виготовлені методом з’єднання кремнієвих пластин, одна з яких опорна, інша – робочий, що має сформовану бічну ізоляцію у вигляді витравлених хімічним анізотропним травленням v-подібних канавок, а також з використанням методів плазмохімічного травлення. На витравлених канавках сформований ізолюючий шар Si02 і, в деяких випадках, для планарізаціі поверхні платини осідав шар полікристалічного кремнію.

Хіміко-механічна обробка поверхні структури включала потоншення основної частини робочої пластини кремнію методом шліфування й наступне травлення в розчині КОН при температурах до 110 ° С, і потім первинне полірування і фінішне полірування структури. Структури стоншує до появи вершин ізолюючих канавок, що дозволяють візуально (за допомогою індикаторних міток та оптичного мікроскопа) контролювати товщину ізольованого монокристалічного шару кремнію.

Основна складність виготовлення структури КНІ полягає в отриманні заданої товщини ізольованого монокристалічного кремнію з параметрами шару і підкладки, що задовольняють жорстким вимогам по однорідності товщини, прогину, клину та іншим геометричним параметрам. Використання стопорних шарів, уповільнюють швидкість стоншення при хіміко-механічному поліруванні структури, дозволяє отримувати однорідність товщини ізольованого монокристалічного кремнію на рівні +2 мкм. Як стопорних верств нами використаний шар Si02 товщиною від 1,2 до 3 мкм, а також шар Si3N4. При поліруванні («розтині») структур КНІ необхідне використання жорсткого полірувальником (використано покриття типу СК-4 з поліуретановим просоченням, що володіє щільністю близько 0,3 г / см3, А також поліруючі матеріали типу Suba-4 з щільністю 0,33-0,35 г / см3). Поліруюча суспензія складалася з водного розчину КОН з додаванням етілендіаміна і алюмосіл і катно ого порошку. Розмір твердих частинок не перевищував величину 0,2 мкм. Відносно висока твердість порошкових компонентів, а також лужна середа (РН = 11,2 –

11, 6) забезпечували високу швидкість знімання порушеного шару кремнію при первинному поліруванні. Остаточне полірування при розтині ізольованих острівців монокристалічного кремнію і Суперфінішна полірування проводили з використанням суспензії на основі плазмового порошку з розміром частинок менше 0.1 мкм і розчину лугу з додаванням етілендіаміна. При цьому PH розчину знаходилася в межах 10,2-10,8. Для отримання надтонких структур використовувалася суспензія на основі колоїдного розчину оксиду кремнію (сили-Казоле, діоксид кремнію).

Кристалографічні досконалість ізольованих шарів кремнію оцінювали методом рентгенівської діфрактоскопіі по кривих гойдання. Півширина кривих гойдання дифракційних піків від поверхні вихідних пластини і структур, отриманих методом зрощування кремнієвих пластин з наступним хіміко-механічним потоншенням робочої пластини, складає відповідно величини 18 мін та 36 хв.

Список літератури

[1] Богданович Б. Ю., Гоафутін В. І., Калугін В. В., Не-стеровіч А. В., Прокоп’єв Є. П., Тимошенків С. П., Чаплигін Ю . А. Технології та методи дослідження структур КНІ. – М.: 2003.

INVESTIGATION, RESEARCH AND MANUFACTURE OF SOI STRUCTURES TO PRODUCE INTEGRATED CIRCUITS AND DIFFERENT DEVICES OF MICROELECTRONICS

Timoshenkov S. P., Dyagilev V. V., Kalugin V. V.

The Moscow Institute of Electronic Technology (Technical University)

Moscow – 124498, Russia Prokop’ev E. P., Grafutin V. I.

State Science and Research Center of the Russian Federation,

Alikhanov Institute for Theoretical and Experimental Physics Moscow -117218, Russia

A quota of high technologies in general industrial potential is about м 30-40% from overall manufacture volume in the developed countries. Special Microelectronics that determines a level of modern manufacture development plays a particular role. New element base of electronic industry allows creating many kinds of special devices, integrated circuits, sensors, gauges and micro-electromechanical systems for many branches of industry. In the future Special Microelectronics solutions will allow developing separate segments of commercial electronics on the world level.

As a result of researches the manufacturing route is developed and samples of SOI structures are obtained by a method of bonding and gas splitting. Silicon wafer surfaces and instrument layers obtained by methods of bonding are investigated. Results of samples characteristics research allow asserting perspective availability of the chosen technological process of wafer clearing process in manufacturing of SOI structures and expediency of similar manufacture at microelectronics enterprises.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»