- 1. Калибровка монокристалла Si заключается в его шлифовке для формирования цилиндрической поверхности заданного диаметра с допусками 0.2-0.5 мм и создание плоских срезов — базового и дополнительного. Базовый срез необходим для идентификации ориентации подложек; дополнительный срез меньшей ширины — типа проводимости.
- 2. Резка на пластины осуществляется ленточными или дисковыми пилами, свободным или связанным абразивом.
- 3. Формирование фаски. Фаска формируется на периферийной части пластины после резки или шлифовки. В поперечном сечении фаска имеет форму овала. Фаску формируют шлифовкой, полировкой или травлением. Для формирования фаски используют только автоматизированные системы. Наличие фаски предотвращает образование линии скольжения, царапание фотошаблонов, износ автоматизированного оборудования, трудности установки пластин в кварцевые и другие лодочки, скопление фоторезисторов по краю подложки, скол края и износ алмазного инструмента при скрайбировании. Существенное увеличение прочности края пластин с фаской демонстрирует такой пример: после тысячи операций загрузки и выгрузки в кварцевую лодочку 95% пластин с фаской не имеют сколов, в то время как пластины без фаски практически все непригодны.
- 4. Шлифовка и полировка. Шлифуются пластины свободным либо связанным абразивом, полируются же только свободным абразивом, чаще суспензией. Обычно выход годных от резки монокристаллов до полировки пластин ~90 %. Остальные пластины забраковываются или обрабатываются повторно.
- 5. Травление пластин обычно осуществляется между операциями резки, шлифовки и полировки. Наибольшую производительность этой операции обеспечивают групповая технология в кассетах или специальных корзинах.
- 6. Полировка обычно имеет две стадии — предварительную и финишную. Предварительная полировка удаляет нарушенный слой до глубины ~25 мкм в течении менее 20 мин. Финишные — снимают малое количество материала до полного удаления нарушенного слоя.
- 7. Введение геттера в подложку осуществляется для устранения быстро диффундирующих примесей и кластеров точечных дефектов из приповерхностной рабочей зоны подложки. Геттер может быть расположен с рабочей, нерабочей стороны подложки и внутри ее. Соответственно он называется внешним и внутренним. Последнее время отдается введению внешнего геттера путем внесения нарушений шлифования, лазерным лучом, а также внутреннему оксидному геттеру.
- 8. Очистка поверхности пластин. Это обычно очистки кистями, промывка, центробежная сушка и обдувка азотом.
- 9. Упаковка и хранение пластин. Для предохранения пластин от влияния внешней среды используется герметичная упаковка типа «FLIP-TRAN». Кассету герметично упаковывают в металлическую банку, заполненную чистым азотом при повышенном давлении. Если пластины сразу же идут в дальнейшую работу, то их не герметизируют.
В настоящее время существует 4 уровня автоматизации технологического процесса изготовления пластин и обработки: — перенос пластин; — обработка (оператор загружает кассеты и устанавливает параметр ТП); — контроль и выбор режимов операций (оператор загружает кассеты, управляет работой, включая выбор режима работы ЭВМ); — полный цикл, включая перенос кассет и отдельных пластин, а также выбор режима и последовательности операций. Важной частью автоматизации является исключение операции ручного манипулирования, т.к. масса пластин велика (25 пластин Si диаметром 150 мм в кассете весят ~2 кг). При ручном манипулировании точность установки пластин в лодочку или другую оснастку снижается, при этом на оснастке или пластине появляются сколы. Исключение этого повышает выход годных на 2%. В ряде фирм реализуется два варианта автоматизации и транспортировки пластин и подложек от одного рабочего места к другому:
- 1. Транспортер с дорожками, по которому перемещаются пластины (в кассетах или без них) в потоке фильтруемого воздуха.
- 2. Использование робота для подъема передачи и опускания пластин на рабочих участках.
Последняя схема наиболее предпочтительна, т.к. позволяет разместить оборудование в нужном месте. Обе системы используют ЭВМ для контроля и записи перемещения пластин.
Основными целями технохимических процессов являются: — получение чистой поверхности пластин (подложек); — удаление с поверхности подложек механически нарушенного слоя; — снятия с полупроводниковой пластины слоя исходного материала определенной толщины; — локальное удаление исходного материала с поверхности подложек; — создание определенных электрофизических свойств подложки; — выявление структурных дефектов кристаллической решетки подложки; — получение мезаструктур и профилированных поверхностей; — осаждение гальванических покрытий. Чистая поверхность необходима для качественного проведения процессов диффузии, эпитаксии, окисления и др. Поэтому основной целью технохимических процессов является удаление с поверхности исходных подложек различного рода загрязнений. Получение технологически чистой. поверхности достаточно сложный процесс, который достигается проведением комплекса различных процессов: промывка в Н2О, УЗК-промывка в растворителях и т.д. Технологически чистой считается поверхность, которая имеет концентрацию примесей, не препятствующих воспроизводимому получению требуемых значений и стабильности параметров ИС. Для нежестких требований к ИС эта величина концентрации составляет 105-80 — 105-70 г/см2. Удаление нарушенного слоя, образовавшегося в результате шлифовки и полировки, необходимо для получения атомарно-совершенной структуры поверхностного слоя. Именно в этом слое затем формируются активные элементы ИС и других изделий. Удаление механически нарушенного слоя можно осуществить химическим и газовым травлением, а также ионно-плазменной и плазмохимической обработкой. Удаление с поверхности пластин слоя определенной толщины проводят для получения нужных толщин подложек. Требуемая толщина подложек определяется конкретным типом ИМЭ.
Наиболее часто для цели удаления используют химическое травление полупроводниковых материалов в различных травителях. Локальное удаление полупроводниковых материалов проводят для создания рельефа, который дает возможность решать конкретные вопросы конструирования и технологии. Локальное удаление обычно осуществляют электрохимической обработкой в электролите либо химическим травлением через защитную маску.
Технохимические процессы дают возможность регулировать и изменять электрофизические свойства поверхности полупроводниковой подложки такие как: поверхностную проводимость и скорость поверхностной рекомбинации. Наиболее эффективны при этом процессы химического травления, плазменной и плазмохимической обработки. Технохимические процессы позволяют выявлять структурные дефекты полупроводниковых материалов на различных этапах обработки. К таким дефектам относятся: дислокации, дефекты упаковки, двойники и др. Их выявление проводят селективным химическим или ионным травлением. Получение мезаструктур («меза» — mesa — плато) — широко распространенный технологический прием при получении большого класса дискретных полупроводниковых приборов. Это касается mesa приборов с повышенным быстродействием т.к. площадь p-n-перехода, а значит и Cp-n снижается. Форма и геометрические размеры мезаструктур определяются локальной маской, а глубина типом, составом и режимом процесса травления.
Осаждение гальванических покрытий из металлов и сплавов позволяет создавать на поверхности полупроводниковой пластины токопроводящие дорожки, невыпрямленные контакты и пассивные элементы.