Общая характеристика полупроводникового производства

ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Производства полупроводниковых приборов и ИМС

Разработала преподаватель Некрасова И.А.

 

 

Минск 2000 г.

 

 

Урок

Основы ЭВГ.

Электронно-вакуумная гигиена - это комплекс технических и санитарных мероприятий, обеспечивающих высокую чистоту производства, которая необходима для получения качественной продукции.

Исключительно важное значение для обеспечения высокого процента выхода годных ИМС имеют стабильность климатических параметров производственных помещений (температура и влажность), а также высокая чистота производственной атмосферы, технологических газов и жидкостей, использование сверхчистых материалов.

С точки зрения ЭВГ воздушная среда производственного помещения характеризуется запыленностью. Присутствие в воздухе механических частиц (пыли) является одной из причин брака ИМС.

По степени запыленности производственные помещения подразделяют на 6 классов:

 

Класс чистоты	Максимальное число частиц размером > 0,5 мкм на 1 литр воздуха	Участки
	0,035	обеспыленная зона установки
	0,35	обеспыленная зона установки
	3,5	обеспыленная зона установки
		чистая комната
		чистое помещение
		сборка

Особенно тщательно оборудуются помещения 1 - 1000 классов, которые называют чистыми комнатами или гермозонами.

Чистая комната - это рабочее помещение, где размещается технологическое оборудование и выполняются технологические операции. В чистой комнате обеспечиваются не только определенные температура (22° ± 0,5°С), влажность (45 ± 5% относительной влажности), запыленность, давление, но и определенные скорость и направление перемещения воздуха, способствующие эффективному удалению пыли, образующейся при работе оборудования и движениях персонала.

Высокая степень обеспыленности достигается в ограниченных, локальных рабочих объемах – обеспыленных зонах установки.

 

В производстве ИМС в больших количествах используется вода. В воде не должно быть механических частиц, растворенных солей и газов, примесей металлов, микроорганизмов. Процесс очистки воды называется деионизацией, а получаемая при этом вода - деионизованной. Удельное сопротивление такой воды достигает 18 Мом • см (для сравнения: водопроводная вода имеет удельное сопротивление 3 - 6 КОм • см, а идеально чистая (теоретически) вода - 25 МОм • см.).

Урок

Микроскопы.

Назначение оптических приборов заключается в том, чтобы дать на сетчатке глаза увеличенное изображение удаленных или близких, но малых по размерам, предметов.

Для получения больших увеличений (до 2000 ) применяется оптический прибор, называемый микроскопом. Онсостоит из двух оптических систем - объектива и окуляра, разделенных значительным по сравнению с их фокусными расстояниями промежутком.

Окуляр

Рассматриваемый предмет ОР помещается перед фокусом объектива F₁ в непосредственной близости от него. Объектив дает увеличенное, действительное, перевернутое изображение предмета О'Р', которое рассматривается через окуляр как через лупу. Изображение О'Р' располагается между окуляром и его фокусом F₂ на небольшом расстоянии от него. В этом случае получается прямое, увеличенное, мнимое изображение 0"Р", которое рассматривается глазом. Положение окуляра подбирается так, чтобы расстояние от изображения до глаза равнялось расстоянию наилучшего зрения Lнз т.е. наименьшему расстоянию, на котором предмет можно рассматривать без утомления. Для нормального глаза Lнз = 25 см.

Для получения больших увеличений нужно уменьшать фокусные расстояния объектива и окуляра. Более сложные микроскопы состоят из нескольких линз.

На базовом предприятии НПО "Интеграл" оператор кристального производства обязан контролировать качество проведенного им технологического процесса. Этот контроль проводится на отечественных микроскопах МБС-9; МБС-10 (предназначен для визуального наблюдения, увеличение 100); ММУ-3 (предназначен для визуального наблюдения и для измерения линейных размеров; увеличение от 80 до 476); МИИ - 4 (предназначен для контроля размеров элементов микросхем и определения высоты их рельефа; увеличение 500), а также на зарубежных микроскопах ERGOLUX (предназначен для визуального наблюдения и для измерения линейных размеров, увеличение до 2000, производство - Германия); JENATECH (предназначен для визуального наблюдения и для измерения линейных размеров, увеличение до 1600, производство - Германия); Wild (предназначен для визуального наблюдения и для измерения линейных размеров, увеличение до 1600, производство - Швейцария) и некоторых других.

 

Все типы микроскопов можно систематизировать и выделить унифицированные узлы и детали, имеющиеся в каждом из них:

1. предметно- располагающая система - часть конструкции микроскопа, предназначенная для расположения и фиксации объекта наблюдения;

2. осветительная система - часть конструкции микроскопа, обеспечивающая освещение объекта наблюдения;

 

3. центральная оптическая система - часть конструкции микроскопа, содержащая большую часть оптических узлов и обеспечивающая увеличение объекта наблюдения;

4. крепежно-монтажная система - это крепежные и стопорные винты, которые соединяют и стопорят узлы и детали микроскопа;

5. настраивающая и фокусирующая система;

6. наблюдательная система - часть конструкции микроскопа, обеспечивающая
наблюдение объекта.

Тема: Общая характеристика полупроводникового

Производства.

Урок

Общая характеристика полупроводникового производства.

Отечественная и зарубежная промышленность выпускают самые разнообразные ИМС. Вместе с тем в технологии изготовления любой микросхемы можно выделить основные этапы, общие для всех микросхем:

1. изготовление пластин (подложек) из монокристаллических слитков
полупроводникового материала;

2. изготовление кристаллов ИМС;

3. сборка микросхем;

4. испытания и измерения;

5. заключительные операции.

Монокристаллические слитки полупроводникового материала (кремния, германия, арсенида галлия и др.) имеют форму цилиндров диаметром от 60 до 150 мм и более. Из слитков резкой получают пластины, толщина которых составляет доли миллиметров.

Процесс изготовления кристаллов ИМС на полупроводниковой пластине состоит из множества технологических операций, основными из которых являются:

1. химическая обработка

2. эпитаксия

3. окисление

4. фотолитография

5. диффузия

6. ионное легирование

7. металлизация и ряд других.

Технологические операции выполняются в определенной последовательности, неоднократно повторяются и составляют маршрут изготовления ИМС. Чем сложнее ИМС, тем больше технологических операций нужно выполнить и тем длиннее маршрут ее изготовления.

После изготовления кристаллов ИМС на пластине каждую пластину разрезают на отдельные кристаллы, а затем каждый кристалл заключают в корпус.

Процесс изготовления ИМС сопровождается контрольными операциями и завершается испытаниями. После испытания и измерения параметров удовлетворяющие всем требованиям ИМС проходят заключительные операции (окраска, лакировка, маркировка, упаковка) и поступают на склад готовой продукции для передачи заказчику - изготовителю электронной аппаратуры.

Цель курса «Обшей технологии»:

1. более подробно познакомиться с этапами изготовления ИМС и детально изучить основные технологические операции кристального производства;

2. изучить основные технологии и маршруты изготовления ИМС.

Тема: Механическая обработка.

Урок

Требования, предъявляемые к полупроводниковым пластинам.

Технология современных микросхем предъявляет жесткие требования к геометрическим параметрам и качеству поверхности пластин.

Геометрические параметры пластин:

1. Диаметр пластин определяется размерами полупроводникового слитка. Стандартные диаметры- 60, 76, 100, 150 мм. На пластинах большего диаметра можно изготовить большее количество кристаллов ИМС.

2. Толщина пластин определяется стойкостью к механическим нагрузкам и способностью сохранять форму при проведении термических операций. Чем больше диаметр пластины, тем большей должна быть ее толщина. Стандартные толщины- 350, 380, 460, 700 мкм.

3. Профиль кромки пластин должен быть скругленным, а не прямоугольным с целью предотвращения появления сколов и трещин при перекладывании пластин в кассеты и при межоперационной транспортировке.

4. Базовый срез необходим для ориентированной установки (базирования) пластин в оборудование на участке фотолитографии. Одна из сторон кристалла ИМС всегда параллельна базовому срезу.

5. Дополнительные (маркировочные) срезы служат для визуального определения марки пластины.

6. Непараллельность

 

7. неплоскостность

8. прогиб

Непараллельность, неплоскостность, прогиб должны быть в заданных допустимых пределах (Δ h ₁ < 10 мкм; Δ h ₂ < 5 мкм; Δ h ₃ < 15 мкм).

Качество поверхности пластин характеризуется глубиной механически нарушенного слоя, шероховатостью и качеством очистки от загрязнений.

Механически нарушенный слой состоит из трех частей:

1. наружный рельефный слой - имеет хаотически

расположенные выступы, трещины, выколки;

2. трещиноватый слой - имеет идущие вглубь

микротрещины;

3. деформированный слой - имеет продолжения

микротрещин и расположенные вокруг них зоны

механических напряжений.

4. ненарушенная структура пластины

Рабочая сторона пластин должна быть без нарушенного слоя, высокой степени структурного совершенства, на ней не должно быть механических и химически связанных с поверхностью загрязнений.

Урок

Резка слитков на пластины.

Резка слитка обеспечивает необходимую толщину полупроводниковой пластины, плоскостность и параллельность ее сторон, минимальный прогиб.

Основным промышленным методом резки полупроводниковых слитков на пластины является резка диском с внутренней алмазосодержащей режущей кромкой.

Этот метод в сравнении с другими методами резки обеспечивает лучшее качество пластин и большую производительность процесса.

1 - основа диска 4 - полупроводниковый слиток

2 - режущая кромка 5 - полупроводниковая пластина

3 - держатель слитка

 

Во время резки алмазные зерна, закрепленные в режущей кромке, разрушают обрабатываемую поверхность, срезают микровыступы. Частота вращения диска 4000 -5000 об/мин, скорость резания пластины - 40 мм/мин, разброс по толщине пластин ± 20 мкм, отходы материала - небольшие. Основной недостаток - сложность установки алмазного диска и его центровки.

Пластины после резки очищают от клеющих, смазочных материалов, частиц пыли и других загрязнений.

После контроля пластины передают на шлифование.

Шлифовка и полировка.

Шлифовка и полировка обеспечивают минимальную шероховатость поверхности пластин, удаляют нарушенный в процессе резки поверхностный слой.

Под шлифовкой понимают процесс обработки поверхности пластин на шлифовальниках (твердых дисках из чугуна, стали, латуни или стекла) с помощью абразивной суспензии - обработка свободным абразивом.

В промышленном производстве наиболее часто применяют двустороннюю шлифовку свободным абразивом. По сравнению с другими методами шлифовка этим методом более производительна, обеспечивает высокую точность обработки поверхностей, не требует наклейки пластин.

1 - верхний шлифовальник

2 - нижний шлифовальник

3 - полупроводниковая пластина

4 - прослойка абразивной суспензии

5 - отверстия для поступления суспензии

Для двусторонней шлифовки применяют водные и глицериновые суспензии микропорошков SiC (карбид кремния) или В₄С (электрокорунд). Шлифовку проводят в несколько этапов, постепенно уменьшая зернистость порошка от 28 мкм до 3 мкм.

Разрушение обрабатываемой поверхности происходит за счет перекатывания зерен абразива между поверхностями пластин и шлифовальника. После шлифовки пластины очищают от загрязнений, контролируют и передают на полировку.

Полируют пластины на мягких полировальниках. Для этого тканые и нетканые материалы (сатин, батист, сукно, велюр, замшу и др.) натягивают на обычный шлифовальный круг и закрепляют. Полировку выполняют в несколько этапов, постепенно уменьшая размер зерна и твердость абразива, а на последнем этапе полностью исключают абразив.

Полировка может быть односторонней и двусторонней.

Механическая предварительная полировка выполняется алмазными суспензиями и пастами с размером зерен микропорошка от 3 мкм до 1 мкм.

Окончательная (тонкая) полировка выполняется мягкими полировальными составами на основе оксидов алюминия, кремния, хрома и других с размером зерна менее 1 мкм.

Полировка по своей сущности не отличается от шлифовки, отличие состоит лишь в применяемых абразивных материалах, их зернистости, материале полировальника и режимах обработки. Механическую полировку иногда называют тонкой шлифовкой.

После полировки пластины очищают от загрязнений и контролируют.

 

Тема: Химическая обработка.

Урок