Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Технология изделий интегральной техники - файл Конспект лекций_«Технология изделий интегральной техники».doc


Загрузка...
Лекции - Технология изделий интегральной техники
скачать (17097.2 kb.)

Доступные файлы (1):

Конспект лекций_«Технология изделий интегральной техники».doc18720kb.21.06.2006 09:24скачать

Конспект лекций_«Технология изделий интегральной техники».doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14
Реклама MarketGid:
Загрузка...

^ Требования к кремниевым пластинам. Групповая кремниевая заготовка всегда представляет собой круглую плоскопараллельную пластину диаметром до 150 мм и толщиной (в зависимости от диаметра) до 1 мм. Последующие термическая и фотолитографическая обработки для создания структур ИМС обусловливают определенные требования, предъявляемые к геометрическим и структурным параметрам пластин:

1) необходимо, чтобы пластины имели совершенную кристаллическую решетку как по объему, так и в поверхностном слое, так как нарушения структуры в поверхностном слое, будучи следствием механической обработки, могут вызвать появление дефектов (дислокации, дефектов упаковки) в эпитаксиальном слое или исказить фронт диффузии. Плотность дислокации должна быть не более 10 см-2;

2) шероховатость поверхности пластины должна быть не ниже 14б—14в классов (Rz=0,05…0,032 мкм). Высота микронеровностей — в несколько раз меньше толщины пленки фоторезиста, наносимого на этапе фотолитографии: это уменьшает вероятность появления локальных дефектов вытравленного рисунка;

3) прогиб пластин должен быть не более 8 — 10 мкм. Прогиб обычно обусловлен разностью остаточных напряжений на сторонах пластины и проявляется после разрезания слитка на пластины. Возникающий в результате зазор между пластиной и фотошаблоном при контактной фотолитографии приводит к дифракции света и искажению рисунка фотомаски. При эпитаксиальном наращивании неплотный контакт подложки с нагревателем приводит к неравномерному ее нагреву и соответственно к неодинаковым свойствам эпитаксиального слоя в пределах пластины;

4) неплоскостность и неплоскопараллельность (клиновидность) пластин должна быть выдержана в пределах ±10 мкм. Влияние этих параметров такое же, как и прогиба;

5) разориентация поверхности относительно заданной кристаллографической плоскости должна быть не хуже ±1°. Кристаллографическая ориентация определяет скорость эпитаксии, диффузии, окисления, травления и, следовательно, воспроизводимость результатов этих процессов. Перед разрезкой на пластины монокристаллический слиток должен быть достаточно точно ориентирован относительно режущего инструмента;

6) разнотолщинность пластин в пределах партии не должна превышать ±(5…8) мкм, отклонение по диаметру ±0,5 мм. Эти параметры обеспечивают идентичность геометрии пластин при многоместной их обработке в газовых потоках (эпитаксия, диффузия, окисление и т. п.) и определяют воспроизводимость результатов в пределах партии. Идентичность геометрии облегчает также автоматизацию подачи и ориентирования пластин при выполнении некоторых операций;

7) пластины должны иметь технологические элементы: базовый срез и фаску. ^ Базовый срез указывает направление наивыгоднейшего расположения кристаллов с точки зрения качества разделения пластины, получения канавок заданного профиля при анизотропном травлении. На втором и последующих циклах совмещения с фотошаблоном он служит ориентиром для правильной установки пластины. Базовый срез образуется в результате снятия лыски с цилиндрического слитка и последующей разрезки его на пластины.

Фаска по контуру подложки повышает качество выполнения ряда операций. В частности, на операциях эпитаксиального наращивания и нанесения фотослоя центрифугированием уменьшаются размеры (или полностью исключается образование) краевого валика, что обеспечивает более плотное прилегание фотошаблона к пластине.

^ Схема технологического процесса. На рис. 19 представлена укрупненная схема технологического процесса производства ИМС на примере эпитаксиально-планарной структуры со скрытым слоем (с транзисторами n-р-n-типа). Отдельные этапы технологического процесса — фотолитография, диффузия, контроль и испытания — включают от 3 до 10 операций, выполняемых по типовым операционным процессам и технологическим инструкциям. Например, каждый этап диффузии, указанный на схеме, в действительности состоит из предварительного внедрения примеси в поверхностный слой, снятия окисла, измерения поверхностного сопротивления и глубины диффузионного слоя на контрольной пластине, перераспределения примеси (с одновременным окислением), контроля вольт-амперных характеристик перехода (на контрольной пластине). Таким образом, общее число операций изготовления ИМС (без учета заготовительного этапа получения пластины) приблизительно равно 150, а продолжительность полного цикла обработки составляет около 100 ч.





Рис. 19. Схема технологического процесса изготовления — ИМС

эпитаксиально-планарной структуры со скрытым слоем


Из схемы видно, что основная часть технологического процесса связана с получением структур в групповой пластине. Цикл групповых процессов обработки ИМС заканчивается получением межсоединений на поверхности групповой пластины. Межоперационный контроль параметров диффузионных и эпитаксиальных слоев, выполняемый на контрольных пластинах, имеет целью слежение за стабильностью технологического процесса и корректировку режимов обработки (температуры, концентрации, времени) в случае недопустимых отклонений. По данным межоперационного контроля партия пластин может оказаться забракованной и снятой с дальнейшей обработки.

При нормальном протекании процесса часть кристаллов в составе групповой пластины оказываются дефектными, например, из-за проколов в защитных масках. Принцип интегральной технологии исключает возможность обнаружения дефектных ячеек на ранних стадиях формирования структур. Лишь на завершающем этапе групповой обработки — получения межсоединений и периферийных контактов — становится возможным контроль ИМС на правильность функционирования. Начиная с этой контрольной операции дальнейшая обработка может быть групповой либо индивидуальной.

^ Зондовый контрол осуществляется на автоматических установках путем перемещения групповой пластины под головкой, несущей контактные щупы (зонды), с шагом, соответствующим размерам ячейки, и последовательного контактирования зондов с периферийными контактами каждой ячейки. При наличии годной ячейки вырабатывается сигнал на очередное перемещение на шаг, в противном случае — сигнал на маркировочное устройство, наносящее цветную метку на дефектную ячейку. В дальнейшем на групповой пластине наносятся риски по границам ячеек (операция скрайбирования), пластина разламывается на отдельные ячейки-кристаллы и дефектные кристаллы (несущие метку) отбраковываются.

Монтаж кристалла в полых корпусах сводится к его установке и фиксации с помощью приклеивания или пайки на основании корпуса, а в сплошных (полимерных) корпусах — на промежуточном носителе. Затем периферийные контакты кристалла соединяют с внешними выводами корпуса. Способ монтажа выводов, так же как и способ герметизации ИМС (пайка, сварка, заливка и др.), зависят от конструкции корпуса. Монтажно-сборочные операции чередуются с межоперационным контролем, имеющим цель не пропустить бракованные изделия на дальнейшую обработку и выявить нарушения в технологическом процессе. На завершающем этапе производятся электрический контроль ИМС по статическим и динамическим параметрам, их классификация и маркировка, а также выборочные механические и климатические испытания.

Основную часть производственного цикла по длительности составляют этапы формирования структуры ИМС. Однако групповая обработка, а также возможность многоместной обработки (одновременно нескольких групповых пластин) на ряде операций (диффузия, эпитаксия, окисление, химическая обработка) снижают трудоемкость в пересчете на одну ИМС, поэтому особое внимание должно быть обращено на снижение трудоемкости операций индивидульной обработки. На этой стадии процесса производства необходимо использовать автоматические средства сборки и контроля, что, в свою очередь, требует разработки конструкций корпусов, до­пускающих возможность применения группового контактирования, многоместной обработки при установке кристалла и герметизации, автоматической подачи и ориентации изделий при сборке и электрическом контроле и других прогрессивных технологических методов.

Экономическая целесообразность автоматизации операций данной группы подкрепляется единообразием технологических операций и применяемого оборудования, которые для определенной конструкции корпуса практически не зависят от структуры ИМС и ее функционального назначения. На этом основании может оказаться эффективным выделение процессов третьей группы в специализированные предприятия.

Микроклимат и производственная гигиена. Исключительно важное значение для обеспечения высокого процента выхода годных ИМС и воспроизводимости их параметров имеют стабильность климатических условий производства, а также высокая чистота производственной атмосферы, технологических газов и жидкостей в сочетании с использованием сверхчистых основных материалов (полупроводниковых, легирующих, изолирующих и др.).

К климатическим параметрам производственных помещений относят температуру и влажность, совокупность которых определяет понятие микроклимата. Определенная и стабильная температура необходима прежде всего для фотолитографических операций и операций, связанных с изготовлением фотошаблонов. В условиях жестких требований к точности элементов топологического слоя ИМС (десятые и сотые доли микрометра) существенным является стабильность линейных размеров пластины, фотошаблона и элементов технологической установки для совмещения и экспонирования. Аналогичные требования имеют место при изготовлении фотооригиналов, при фотосъемках и других операциях по изготовлению фотошаблонов.

Для ряда технологических процессов (диффузия, эпитаксия и др.) требуется рабочая температура 800-1200°С, стабилизированная с точностью до десятых долей градуса. Создание определенных условий теплообмена технологического оборудования с окружающей средой облегчает задачу поддержания рабочей темпе­ратуры процесса в этих пределах. Наконец, стабилизация температуры помещений обеспечивает высокую точность измерений при межоперационном контроле и окончательных электрических испытаниях ИМС.

Из-за влажности воздуха производственных помещений происходит адсорбция паров воды поверхностью пластин, кристаллов, а также элементами рабочих объемов технологических установок, что при нагреве может приводить к образованию нежелательных окислов. Следует отметить, что адсорбция паров воды поверхностью изделий происходит более активно, чем кислорода воздуха, вследствие малых размеров молекул воды, поэтому влажность в производственных помещениях должна быть минимальной (но не ниже 30 %, установленных санитарными нормами). По температурно-влажностным параметрам соответствующим отраслевым стандартом устанавливается три класса производственных помещений (табл. 2).


Табл. 2 - Параметры воздушной среды производственных помещений (по ОСТ 4.091.172—81)

Характеристика воздушной среды

Класс помещения

1

2

3

4

5

Температура, °С

летом

22±0,5

20±1

20±2

По ГОСТ 12.1.005-76

зимой

22±0,5

23±1

23±2

Относительная влажность, %

45±5

50±5

50±10

Максимальное число частиц размером

≥0,5мкм на 1 л воздуха

4

35

350

1000

3500


^ Производственная гигиен комплекс технологических и организационно-технических мероприятий, направленных на обеспечение чистоты воздушной среды производственных помещений и чистоты технологических сред и имеющих целью повышение качества выпускаемых изделий.

С точки зрения производственной гигиены воздушная среда производственного помещения характеризуется запыленностью. Присутствие в воздухе механических частиц — аэрозолей является одной из причин появления проколов в защитном слое окисла и выхода из строя элементов и ИМС в целом. Частицы пыли, осевшие на поверхности готовых структур, могут привести к пробоям и коротким замыканиям при электрических испытаниях ИМС или ее эксплуатации.

Запыленность воздушной среды принято оценивать количеством частиц размером не менее 0,5 мкм, приходящихся на единицу объема (1 л или 1 м3). По степени запыленности производственные помещения (или ограниченные рабочие объемы) подразделяют на пять классов (табл. 2).

Для обеспечения обеспыленности производственной воздушной среды предприятия микроэлектронного производства стараются размещать в зеленых зонах вдали от других промышленных предприятий. Для промышленных зданий и помещений используются материалы, легко поддающиеся очистке и не загрязняющие окружающий воздух. Перед подачей в помещения воздух проходит специальную систему фильтрации, а производственные помещения оборудуются системами кондиционирования. Давление воздуха внутри зданий должно несколько превышать атмосферное для уменьшения самопроизвольного проникновения наружного воздуха (минуя фильтр и вентилятор). Особо тщательно оборудуются помещения 1-3-го классов, которые принято называть чистыми комнатами или гермозонами.

Чистая комната имеет рабочее помещение, где размещается технологическое оборудование и выполняются операции; гардеробные помещения для подготовки обслуживающего персонала к ра­боте; переходные и обдувочные шлюзы; помещения для обработки приточного воздуха. Пример планирования чистой комнаты приведен на рис. 20. В чистых комнатах обеспечиваются не только определенные температура, влажность, запыленность, но и определенные скорость и направление перемещения воздуха, способствующие эффективному удалению пыли, образующейся при работе оборудования и движениях персонала.

Обеспечение необходимых требований по микроклимату и чистоте воздушной среды связано со значительными материальными затратами, поэтому целесообразно отдельные операции, к которым предъявляются единые требования, группировать в общем помещении. Рекомендуемые для различных операций классы микроклимата и чистоты производственных помещений приведены в таблице 3.





Рис. 20. Пример планировки помещений чистой комнаты:


а — участок диффузии;

б — участок фотолитографии;

в — участок химической обработки;

г — участок напыления;

д — коридор-шлюз;

е — обдувочный шлюз;

ж — гардероб чистой одежды;

з — гардероб общецеховой одежды;

и — туалетная комната;

1, 2, 3, 4 — оборудование для диффузии, фотолитографии, химической обработки и вакуумного напыления соответственно


Табл. 3. Классы производственных помещений и рабочих объемов для выполнения различных операций

Наименование технологических операций

Класс помещения

Класс рабочего объема по запыленности

Класс помещения

Класс рабочего объема по запыленности

Наименование технологических операций

Фотолитографические

1

3

1

Вакуумное напыление

3

2

2

Химическая обработка пластин и подложек, окисление пластин, диффузия примесей

3

3

2

Скрайбирование и разделение пластин, монтаж кристалла в корпус, присоединение выводов

3

5

5

Герметизация и контроль герметичности, изготовление толстопленочных ИМС

3

5

-





Рис. 21. Схемы рабочих боксов для операций без выделения (а)

и с выделением (б) продуктов химических реакций:


^ 1 — лампы освещения;

2 — фильтр;

3 — воздухозаборная решетка с фильтром;

4 — вентилятор;

5 — подъемная стеклянная шторка;

6 — щель для отвода воздуха;

7 — патрубок для отвода воздуха

Достичь высокой степени обеспыленности проще в ограниченных, локальных рабочих объемах — боксах или скафандрах. На рис. 21 представлены некоторые варианты рабочих боксов. Внутри бокса может быть установлено то или иное технологическое оборудование небольших размеров (центрифуга для нанесения фотослоя, установка совмещения и экспонирования, установка для микросварки, установки межоперационного контроля, ванны для химической обработки и т. д.). Такой бокс может обслуживать и крупногабаритное оборудование, например диффузионную печь, а также служить для перегрузки пластин из герметичной цеховой тары. Оператор сообщается с рабочим объемом через лицевой проем при поднятой шторке. Достоинством боксов является возможность создать в них необходимую для выполнения операции среду (воздух высокой степени осушенности, заполнение инертным газом и т. д.).

Для фотолитографического цикла операций целесообразно создавать поточные линии из герметизированных боксов — скафандров (рис. 22). В этом случае необходимые манипуляции оператор осуществляет с помощью резиновых перчаток, герметично вмонтированных в скафандр, а передача изделий с одного рабочего места на другое производится через шлюзовые окна, соединяющие смежные скафандры.

Определенные требования предъявляют к содержанию помещений, рабочим местам, инструменту, технологической таре, технологической документации, специальной одежде персонала.

К технологическим средам относятся прежде всего технологические газы и технологическую воду.

Технологические газы в производстве ИМС используют в разных целях. ^ Защитные газы (азот, аргон, гелий) применяют для исключения процессов окисления и коррозии на операциях с высокой температурой (пайка, сварка, герметизация, продувка реакторов эпитаксиальных и диффузионно-окислительных установок, транспортировка газов-реагентов и т. п.). Газы-реагенты используются в качестве диффузантов, окислителей, травителей, восстановителей и т. д. Такие газы, как аргон, азот, кислород, могут применяться в качестве плазмообразующих в процессах ионно-плазменного распыления, плазмохимической обработки, вакуум-плазменного травления. В таблице 4 приведены требования к чистоте технологических газов, наиболее широко используемых при производстве ИМС.





Рис. 22. Общий вид, скафандра:


1 — шлюзовое окно; 2 — смотровое стекло; 3 — резиновые перчатки


Табл. 4. Требования к чистоте технологических газов

Газ

Содержание примесей (не более)


кислород, об. %


водород, об. %


пары воды, °С (по точке росы)


аэрозоли размером ≥0,5 мкм, част./л


Азот





-65

4

Аргон





-65

4

Водород



-

-75

4

Кислород

-



-65

4


Промышленно выпускаемые газы не имеют достаточной чистоты (например, аргон высшего сорта по ГОСТ 10157—79 содержит до 0,001% кислорода и имеет точку росы -58 °С), поэтому необходима их очистка непосредственно на предприятии (централизованно) с использованием серийно выпускаемых газоочистительных установок (УОГА-25, УОГВ-25 и др.). Установка ЖК.30.21, например, позволяет снизить содержание кислорода в аргоне до об. % и точку росы до -70 °С. Особенно тщательно осушать и очищать от водорода и кислорода технологические газы нужно для процессов эпитаксии: в газовой смеси, содержащей водород и кислород, при температурах свыше 550 °С протекает процесс гидрирования, т. е. образования паров воды; при температу­ре 1200 °С (типичной для процесса эпитаксии) окисление кремния начинается в газовой смеси с точкой росы -40 °С, что приводит к структурным нарушениям выращиваемой эпитаксиальной пленки.

Для межоперационного хранения изделий используют боксы или специальные емкости (эксикаторы) с активным влагопоглотителем (силикагелем).

В производстве ИМС в больших количествах используется вода. Она применяется для отмывки пластин-подложек от следов различных химических реактивов (травителей, проявителей и т. п.), ионы которых способны проникать в поверхностный слой полупроводника и изменять его электрофизические свойства. Вода служит растворителем при получении различных технологических растворов, а также выступает в роли химического реагента (например, термическое окисление кремния в парах воды). Во всех перечисленных случаях требуется, чтобы в воде не было механических частиц (гидрозолей), растворенных солей и газов, примесей металлов, микроорганизмов и т. п.

Предварительно воду очищают от взвешенных и коллоидно-растворенных частиц. Для этого используют методы дистилляции, сорбции с помощью специальных фильтров, коагуляции и др. Предварительно очищенная вода содержит в основном растворимые соли, поэтому окончательная очистка воды осуществляется с помощью ионно-обменных смол путем связывания катионов и анионов диссоциированных в воде солей, в результате чего в воду поступают ионы водорода Н+ и гидроксильных групп ОН-. Такой процесс очистки получил название деионизации, а получаемая вода — деионизованной.

Основным показателем чистоты воды является ее объемное удельное сопротивление. Различают деионизованную воду марок А. Б и В, для которых удельное сопротивление составляет соответственно 18, 10 и 1 МОм [для сравнения укажем, что водопроводная вода имеет сопротивление 3-6 кОм, вода двойной дистилляции — 0,3…0,6 МОм, а идеально чистая вода (теоретическое значение при 20 °С) — 25 МОм].

Кроме удельного сопротивления для деионизованной воды определяют содержание органических примесей и кремниевой кислоты, а в особых случаях (для сложных ИМС) — микрочастиц, микроорганизмов и др.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14



Скачать файл (17097.2 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru