RU2658105C1 - Method for preliminary preparation of surface of silicon substrate for technological processes - Google Patents

Method for preliminary preparation of surface of silicon substrate for technological processes Download PDF

Info

Publication number
RU2658105C1
RU2658105C1 RU2017121479A RU2017121479A RU2658105C1 RU 2658105 C1 RU2658105 C1 RU 2658105C1 RU 2017121479 A RU2017121479 A RU 2017121479A RU 2017121479 A RU2017121479 A RU 2017121479A RU 2658105 C1 RU2658105 C1 RU 2658105C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon substrate
preliminary preparation
technological processes
molar concentration
isopropyl alcohol
Prior art date
Application number
RU2017121479A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Карина Кадировна Абдулхаликова
Фаат Хасанович Вахитов
Дмитрий Алексеевич Пузанков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ)
Priority to RU2017121479A priority Critical patent/RU2658105C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2658105C1 publication Critical patent/RU2658105C1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching

Abstract

FIELD: electrical engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the methods of processing of semiconductor devices or parts thereof and can be used for preliminary preparation of the surface of the silicon substrate for technological processes. In the method of preliminary preparation of the surface of a silicon substrate for technological processes, the cleaning of the surface of the silicon substrate from organic contaminants is carried out with dimethylformamide. Further, the oxide film from the surface of the silicon substrate is removed by immersing the silicon substrate in an aqueous solution of hydrofluoric acid (HF) with a molar concentration of 0.05–0.09 mol/l, after which the surface of the silicon substrate is washed in isopropyl alcohol C3H8O with a molar concentration of 0.01–0.0125 mol/l. Further, the surface of the purified silicon substrate is coated with 40±5 % rosin solution in isopropyl alcohol by centrifugation, as a result of which a passivating film is formed on the surface of the silicon substrate.
EFFECT: technical result of the invention consists in obtaining a clean and oxidation-stable surface of a silicon substrate with no hydroxyl groups.
1 cl

Description

Изобретение относится к технологии обработки полупроводниковых приборов или их частей для изменения физических свойств или формы их поверхности и может быть использовано для предварительной подготовки поверхности кремниевой подложки к технологическим процессам.The invention relates to a processing technology for semiconductor devices or their parts to change the physical properties or shape of their surface and can be used for preliminary preparation of the surface of a silicon substrate for technological processes.

Известен способ очистки кремниевой подложки с помощью воздействия УФ-излучения [Технологии производства и методы исследования структур «кремний на изоляторе» (КНИ) /А.Л. Суворов, Б.Ю. Богданович, А.Г. Залужный и др. - С. 89]. Способ заключается в термическом разложении и удалении органических загрязнений с помощью УФ излучения и дальнейшем травлении образовавшегося слоя оксида кремния водным раствором плавиковой кислоты. В результате данной очистки поверхность кремниевой подложки пассивируется водородом. Недостатком данного способа является неустойчивость поверхности кремниевой подложки к окислению.A known method of cleaning a silicon substrate using UV radiation [Production technologies and methods for the study of structures "silicon on the insulator" (SOI) / A.L. Suvorov, B.Yu. Bogdanovich, A.G. Zaluzhniy et al. - P. 89]. The method consists in thermal decomposition and removal of organic contaminants using UV radiation and further etching of the formed silicon oxide layer with an aqueous solution of hydrofluoric acid. As a result of this cleaning, the surface of the silicon substrate is passivated by hydrogen. The disadvantage of this method is the instability of the surface of the silicon substrate to oxidation.

Ближайшим из известных способов к данному изобретению относится способ химической обработки в растворах RCA [Технологии производства и методы исследования структур «кремний на изоляторе» (КНИ) /А.Л. Суворов, Б.Ю. Богданович, А.Г. Залужный и др., с. 81-82], включающий две стадии очистки поверхности. Посредством первой стадии удаляют органические загрязнения и ионы металлов с помощью раствора серной кислоты в пероксиде водорода, после чего осуществляют травление образовавшегося слоя оксида кремния водным раствором плавиковой кислоты. Вторая стадия необходима для удаления механических частиц и органических загрязнений, посредством водного раствора гидроксида аммония и пероксида водорода, после чего осуществляют травление образовавшегося слоя оксида кремния в водном растворе плавиковой кислоты. На протяжении процесса очистки производят отмывку в деионизованной воде поверхности кремниевой подложки после обработки в каждом из реагентов.The closest known methods to this invention relates to a method of chemical treatment in RCA solutions [Production Technologies and Methods for the Study of Structures of "Silicon on an Insulator" (SOI) / A.L. Suvorov, B.Yu. Bogdanovich, A.G. Zaluzhniy et al., P. 81-82], including two stages of surface cleaning. Through the first stage, organic contaminants and metal ions are removed using a solution of sulfuric acid in hydrogen peroxide, and then the formed layer of silicon oxide is etched with an aqueous solution of hydrofluoric acid. The second stage is necessary to remove mechanical particles and organic contaminants through an aqueous solution of ammonium hydroxide and hydrogen peroxide, after which the resulting layer of silicon oxide is etched in an aqueous solution of hydrofluoric acid. During the cleaning process, the surface of the silicon substrate is washed in deionized water after treatment in each of the reagents.

Недостатком способа очистки поверхности кремниевой подложки по прототипу является неустойчивость очищенной поверхности подложки к окислению и присутствие на поверхности кремниевой подложки мономолекулярного слоя воды.The disadvantage of the method of cleaning the surface of the silicon substrate according to the prototype is the instability of the cleaned surface of the substrate to oxidation and the presence on the surface of the silicon substrate of a monomolecular layer of water.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в получении чистой и устойчивой к окислению поверхности кремниевой подложки с отсутствием гидроксильных групп.The technical result of the invention is to obtain a clean and oxidation-resistant surface of the silicon substrate with the absence of hydroxyl groups.

Технический результат в предлагаемом способе предварительной подготовки поверхности кремниевой подложки к технологическим процессам, включающем очистку поверхности кремниевой подложки от органических загрязнений, обработку поверхности кремниевой подложки раствором плавиковой кислоты, отмывку поверхности кремниевой подложки, достигается тем, что очистку поверхности кремниевой подложки от органических загрязнений осуществляют с помощью диметилформамида, далее оксидную пленку с поверхности кремниевой подложки удаляют посредством погружения кремниевой подложки в водный раствор плавиковой кислоты HF с молярной концентрацией 0,05-0,09 моль/л, после чего осуществляют отмывку поверхности кремниевой подложки в изопропиловом спирте C3H8O с молярной концентрацией 0,01-0,0125 моль/л, далее поверхность очищенной кремниевой подложки покрывают 40±5%-ным раствором канифоли в изопропиловом спирте центрифугированием для образования пассивирующей пленки.The technical result in the proposed method for the preliminary preparation of the surface of the silicon substrate for technological processes, including cleaning the surface of the silicon substrate from organic contaminants, surface treatment of the silicon substrate with a solution of hydrofluoric acid, washing the surface of the silicon substrate, is achieved by cleaning the surface of the silicon substrate from organic contaminants using dimethylformamide, then the oxide film is removed from the surface of the silicon substrate by m immersion of the silicon substrate in an aqueous solution of hydrofluoric acid HF with a molar concentration of 0.05-0.09 mol / l, and then the surface of the silicon substrate is washed in isopropyl alcohol C 3 H 8 O with a molar concentration of 0.01-0.0125 mol / l, then the surface of the purified silicon substrate is coated with a 40 ± 5% solution of rosin in isopropyl alcohol by centrifugation to form a passivating film.

Рассмотрим осуществление предлагаемого способа предварительной подготовки поверхности кремниевой подложки к технологическим процессам. Перед вводом кремниевой подложки, например 102 КДБ 10 с диаметром 76 мм и ориентацией (111), в технологический процесс проводят очистку поверхности кремниевой подложки от органических загрязнений с помощью диметилформамида. Далее производят удаление естественной оксидной пленки с поверхности кремниевой подложки посредством погружения кремниевой подложки в водный раствор плавиковой кислоты HF с молярной концентрацией, например, 0,08 моль/л на 20 минут. Данную молярную концентрацию следует применять в соответствии с соотношением парциальных паров плавиковой кислоты и законом Оствальда, который гласит, что разбавление раствора ведет к повышению степени диссоциации, то есть активности вещества в растворе. После чего осуществляют отмывку поверхности кремниевой подложки в изопропиловом спирте С3Н8O молярной концентрацией, например 0,0125 моль/л, исходя из техники безопасности. Далее поверхность очищенной кремниевой подложки покрывают 40±5%-ным раствором канифоли в изопропиловом спирте центрифугированием, в результате чего на поверхности кремниевой подложки образуется пассивирующая пленка с необходимой равномерностью и толщиной. Выбор пределов молярной концентрации плавиковой кислоты обусловлен соотношением парциальных паров плавиковой кислоты и законом Оствальда. Выбор пределов молярной концентрации изопропилового спирта обусловлен техникой безопасности. Выбор пределов допуска массовой доли канифоли в растворе обусловлен оптимальным соотношением равномерности и толщины образовавшейся пленки канифоли.Consider the implementation of the proposed method for preliminary preparation of the surface of the silicon substrate for technological processes. Before introducing the silicon substrate, for example, 102 KDB 10 with a diameter of 76 mm and orientation (111), the surface of the silicon substrate is cleaned of organic contaminants using dimethylformamide in the technological process. Next, the natural oxide film is removed from the surface of the silicon substrate by immersing the silicon substrate in an aqueous solution of hydrofluoric acid HF with a molar concentration of, for example, 0.08 mol / L for 20 minutes. This molar concentration should be used in accordance with the ratio of the partial vapors of hydrofluoric acid and the Ostwald law, which states that dilution of the solution leads to an increase in the degree of dissociation, i.e., the activity of the substance in the solution. After that, the surface of the silicon substrate is washed in isopropyl alcohol With 3 H 8 O molar concentration, for example, 0.0125 mol / l, based on safety precautions. Next, the surface of the purified silicon substrate is coated with a 40 ± 5% solution of rosin in isopropyl alcohol by centrifugation, as a result of which a passivating film is formed on the surface of the silicon substrate with the required uniformity and thickness. The choice of the limits of the molar concentration of hydrofluoric acid is due to the ratio of the partial vapors of hydrofluoric acid and the Ostwald law. The choice of the limits of molar concentration of isopropyl alcohol is determined by safety precautions. The choice of tolerance limits for the mass fraction of rosin in the solution is due to the optimal ratio of uniformity and thickness of the resulting rosin film.

Технический результат предлагаемого изобретения, заключающийся в получении чистой и устойчивой к окислению поверхности кремниевой подложки с отсутствием гидроксильных групп, по сравнению с прототипом достигается за счет того, что используется сочетание химического травления поверхности кремниевой подложки и последующей отмывки поверхности кремниевой подложки в изопропиловом спирте. Уравнения процессов, происходящих на поверхности кремниевой подложки, следующие:The technical result of the invention, which consists in obtaining a clean and oxidation resistant surface of a silicon substrate with the absence of hydroxyl groups, is achieved in comparison with the prototype due to the combination of chemical etching of the surface of the silicon substrate and subsequent washing of the surface of the silicon substrate in isopropyl alcohol. The equations of the processes occurring on the surface of a silicon substrate are as follows:

SiO2+4HF=Si+2F2+2Н2OSiO 2 + 4HF = Si + 2F 2 + 2H 2 O

Si+2F2=SiF4↑Si + 2F 2 = SiF 4 ↑

CH3CH(OH)CH3+OH=СН3CH(ОН)СН2(ОН)CH 3 CH (OH) CH3 + OH = CH 3 CH (OH) CH 2 (OH)

Предлагаемое сочетание обеспечивает удаление естественной оксидной пленки и гидроксильной группы на поверхности кремниевой подложки. После очистки предлагаемым способом на поверхность кремниевой подложки наносят пленку канифоли, защищающую поверхность от окисления посредством того, что граница раздела фаз кремний - кислород отсутствует. Структура пленки канифоли является плотной, что не позволяет молекулам кислорода проникать через пленку канифоли к кремнию. Тогда как в прототипе очистку осуществляют посредством водного раствора гидроксида аммония и пероксида водорода и последующего травления образовавшегося слоя оксида кремния в водном растворе плавиковой кислоты, после чего производят отмывку в деионизованной воде, что приводит к появлению на поверхности кремниевой подложки гидроксильных групп. Дополнительные преимущества предлагаемого способа предварительной подготовки поверхности кремниевой подложки к технологическому процессу заключаются в повышении технологичности, а именно снижении этапов химической отмывки, отсутствии необходимости создания температурного градиента, так как технологический процесс происходит при нормальных условиях.The proposed combination ensures the removal of the natural oxide film and hydroxyl group on the surface of the silicon substrate. After cleaning by the proposed method, a rosin film is applied to the surface of the silicon substrate, which protects the surface from oxidation by the fact that the silicon – oxygen phase boundary is absent. The structure of the rosin film is dense, which prevents oxygen molecules from penetrating through the rosin film to silicon. Whereas in the prototype, purification is carried out by means of an aqueous solution of ammonium hydroxide and hydrogen peroxide and subsequent etching of the formed silicon oxide layer in an aqueous solution of hydrofluoric acid, after which they are washed in deionized water, which leads to the appearance of hydroxyl groups on the surface of the silicon substrate. Additional advantages of the proposed method for preliminary preparation of the surface of the silicon substrate for the technological process are to increase manufacturability, namely, lowering the stages of chemical washing, there is no need to create a temperature gradient, since the technological process occurs under normal conditions.

Claims (1)

Способ предварительной подготовки поверхности кремниевой подложки к технологическим процессам, включающий очистку поверхности кремниевой подложки от органических загрязнений, обработку поверхности кремниевой подложки водным раствором плавиковой кислоты, отмывку поверхности кремниевой подложки, отличающийся тем, что очистку поверхности кремниевой подложки от органических загрязнений осуществляют с помощью диметилформамида, далее оксидную пленку с поверхности кремниевой подложки удаляют посредством погружения кремниевой подложки в водный раствор плавиковой кислоты HF, с молярной концентрацией 0,05-0,09 моль/л, после чего осуществляют отмывку поверхности кремниевой подложки в изопропиловом спирте C3H8O с молярной концентрацией 0,01-0,0125 моль/л, далее поверхность очищенной кремниевой подложки покрывают 40±5% -ным раствором канифоли в изопропиловом спирте центрифугированием для образования пассивирующей пленки.The method of preliminary preparation of the surface of the silicon substrate for technological processes, including cleaning the surface of the silicon substrate from organic contaminants, treating the surface of the silicon substrate with an aqueous solution of hydrofluoric acid, washing the surface of the silicon substrate, characterized in that the surface of the silicon substrate is cleaned from organic contaminants using dimethylformamide, further the oxide film is removed from the surface of the silicon substrate by immersion of the silicon substrate ki in an aqueous solution of hydrofluoric acid HF, with a molar concentration of 0.05-0.09 mol / l, after which the surface of the silicon substrate is washed in isopropyl alcohol C 3 H 8 O with a molar concentration of 0.01-0.0125 mol / l , then the surface of the purified silicon substrate is coated with a 40 ± 5% solution of rosin in isopropyl alcohol by centrifugation to form a passivating film.
RU2017121479A 2017-06-19 2017-06-19 Method for preliminary preparation of surface of silicon substrate for technological processes RU2658105C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017121479A RU2658105C1 (en) 2017-06-19 2017-06-19 Method for preliminary preparation of surface of silicon substrate for technological processes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017121479A RU2658105C1 (en) 2017-06-19 2017-06-19 Method for preliminary preparation of surface of silicon substrate for technological processes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2658105C1 true RU2658105C1 (en) 2018-06-19

Family

ID=62620071

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017121479A RU2658105C1 (en) 2017-06-19 2017-06-19 Method for preliminary preparation of surface of silicon substrate for technological processes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2658105C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750315C1 (en) * 2020-11-02 2021-06-25 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Method for deep cleaning surface of silicon wafers

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5662743A (en) * 1994-05-19 1997-09-02 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method of cleaning silicon wafers in cleaning baths with controlled vertical surface oscillations and controlled in/out speeds
US6878578B1 (en) * 2002-04-26 2005-04-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for forming a high quality chemical oxide on a freshly cleaned silicon surface as a native oxide replacement
US20050139231A1 (en) * 2003-12-31 2005-06-30 Commissariat A L'energie Atomique Method of wet cleaning a surface, especially of a material of the silicon-germanium type
RU2323503C2 (en) * 2006-06-05 2008-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Кристалл" (ООО "Кристалл") Method for treatment of single-crystalline silicon wafer surface
RU2614080C1 (en) * 2015-12-16 2017-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе", ООО "НТЦ ТПТ" Silicon wafer surface passivation by magnetron sputtering

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5662743A (en) * 1994-05-19 1997-09-02 Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. Method of cleaning silicon wafers in cleaning baths with controlled vertical surface oscillations and controlled in/out speeds
US6878578B1 (en) * 2002-04-26 2005-04-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method for forming a high quality chemical oxide on a freshly cleaned silicon surface as a native oxide replacement
US20050139231A1 (en) * 2003-12-31 2005-06-30 Commissariat A L'energie Atomique Method of wet cleaning a surface, especially of a material of the silicon-germanium type
RU2323503C2 (en) * 2006-06-05 2008-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Кристалл" (ООО "Кристалл") Method for treatment of single-crystalline silicon wafer surface
RU2614080C1 (en) * 2015-12-16 2017-03-22 Общество с ограниченной ответственностью "НТЦ тонкопленочных технологий в энергетике при ФТИ им. А.Ф. Иоффе", ООО "НТЦ ТПТ" Silicon wafer surface passivation by magnetron sputtering

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2750315C1 (en) * 2020-11-02 2021-06-25 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт физических измерений" Method for deep cleaning surface of silicon wafers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2787788B2 (en) Residue removal method
US20010053585A1 (en) Cleaning process for substrate surface
CN103464415B (en) Solar monocrystalline silicon slice cleaning fluid and cleaning method
RU2658105C1 (en) Method for preliminary preparation of surface of silicon substrate for technological processes
JP5432180B2 (en) Reduction of watermarks in HF processing of semiconductor substrates
KR20120092501A (en) Method for treating a semiconductor wafer
US20210024858A1 (en) Washing method, manufacturing method, and washing device for polycrystalline silicon
EP1852901A1 (en) Method for manufacturing a layered structure
EP0171186A1 (en) Method of manufacturing a semiconductor device involving the etching of a polycrystalline silicon layer
WO2013155775A1 (en) Method for realizing isolation among active regions of germanium-based mos device
RU2483387C1 (en) Method for pre-epitaxial treatment of surface of germanium substrate
RU2265255C2 (en) Method for producing silicon-on-insulator structure
RU2419175C2 (en) Method of processing substrates in liquid etching agent
CN111916347B (en) Phosphorus diffusion doping method for SOI (silicon on insulator) wafer
KR900001065B1 (en) Surface treatment of semiconductor device
RU2750315C1 (en) Method for deep cleaning surface of silicon wafers
JP2906416B2 (en) Silicon etching method
KR102275790B1 (en) Quartz member surface treatment and quartz member
JPWO2005013374A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP4351497B2 (en) Semiconductor device manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus
JP5340169B2 (en) Method for processing synthetic quartz glass jig, synthetic quartz glass jig obtained and method of using the same
RU2386188C1 (en) Method of treating quartz equipment for semiconductor production
RU2359357C1 (en) Methods for treatment of plate surface prior to application of polyimide
KR19980084217A (en) Wafer cleaning method
CN104779155A (en) Treatment method of silicon-aluminum growth interface, and silicon wafer used for aluminum growth

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200620