Производство полупроводниковых подложек

Рост монокристаллических слитков

Выращивание монокристаллических слитков (булей) является фундаментальным этапом производства полупроводниковых приборов. От качества монокристаллического материала напрямую зависят характеристики формируемых на нём микросхем, силовых транзисторов и оптоэлектронных компонентов.

Основные коммерческие полупроводники на сегодняшний день делятся на три группы:

• I поколение: кремний (Si), германий (Ge) — основа классической микроэлектроники и силовых приборов.
• II поколение: арсенид галлия (GaAs), фосфид индия (InP) — материалы для высокочастотной и оптоэлектронной техники.
• III поколение: нитрид галлия (GaN), карбид кремния (SiC) — широкозонные полупроводники для высоковольтной и высокотемпературной электроники.

Описание основных процессов роста

1. Метод Чохральского (Czochralski, Cz)

Наиболее массовая технология (до 95 % всего получаемого кремния), основанная на вытягивании монокристалла из расплава при контролируемом переохлаждении в области изогнутого фронта кристаллизации. Метод обеспечивает получение слитков больших диаметров (до 300 мм) и значительной длины при относительно низкой себестоимости, позволяет выращивать малодислокационные кристаллы с точным легированием и гибко управлять геометрией процесса. Расплав контактирует с кварцевым тиглём, что приводит к насыщению кристалла кислородом и углеродом. Для подавления конвективных потоков, ухудшающих однородность, применяется модификация Magnetic Czochralski (MCz) со сверхпроводящими магнитами (NbTi, YBCO), а для стабилизации состава расплава — модификация CCz с непрерывной подпиткой и двойным тиглем, на данный момент используемая преимущественно в производстве слитков для солнечной энергетики. Методом Чохральского также выращивают германий и арсенид галлия (последний — в модификации LEC с флюсом B₂O₃ для предотвращения испарения мышьяка).

2. Метод зонной плавки (Float-Zone, FZ)

Применяется для получения особо чистого кремния для силовой электроники. Расплавленная зона перемещается вдоль поликристаллического стержня без контакта с тиглем, что исключает загрязнение кислородом и углеродом и позволяет достигать удельного сопротивления более 10 000 Ом·см. Метод обеспечивает рост бездислокационных кристаллов и возможность рафинирования материала. Легирование осуществляется нейтронно-трансмутационным методом (только n-тип) или подачей газов-прекурсоров (PH₃, AsH₃, B₃H₆). Основные ограничения: меньшие диаметры слитков (до 200 мм), высокая сложность и стоимость оборудования, трудоёмкость подготовки заготовок.

3. Метод вертикального градиентного замораживания (Vertical Gradient Freeze, VGF)

Широко используется для выращивания соединений A3B5 (GaAs, InP) и германия. Расплав в тигле охлаждается снизу вверх при строго контролируемом вертикальном температурном градиенте, что обеспечивает низкие термические напряжения и минимальную плотность дислокаций. Ключевые преимущества такой методики — сверхнизкая плотность дислокаций и точный контроль стехиометрии при росте. Метод, между тем, требует сложной системы управления температурными полями и герметичных камер со строго контролируемой атмосферой. Применяется для подложек оптоэлектроники, СВЧ-приборов и детекторов.

4. Метод физического транспорта паровой фазы (Physical Vapor Transport, PVT)

Основной промышленный метод выращивания карбида кремния (SiC), который не имеет стабильной жидкой фазы при атмосферном давлении. Исходное сырьё (порошок SiC) сублимируется при температуре ~2300—2500 °С в инертной атмосфере, и пары переносятся к более холодной затравке, где происходит кристаллизация. Метод позволяет получать кристаллы чистого политипа 4H-SiC с полуизолирующими свойствами, необходимые для силовой электроники. Основные сложности: низкая скорость роста (0,3–0,5 мм/ч), контроль политипной чистоты, минимизация микротрубок и дислокаций. Современные установки обеспечивают рост слитков высокого качества диаметром до 200 мм.

В таблице приведены основные применения слитков и соответствующие им методики роста слитков полупроводников.

Процесс роста представляет собой компромисс между производительностью и качеством. Требуется поддержание температуры расплава и градиентов с точностью до долей градуса, т. к. отклонения приводят к колебаниям диаметра и нарушению однородности. Кристаллографическая ориентация задаётся затравочным кристаллом (например, плоскость (100) для КМОП-технологий обеспечивает высокую подвижность носителей). Современные установки используют автоматические системы контроля диаметра на основе оптического или рентгеновского сканирования мениска.

Основные проблемы при процессах роста

В методе Чохральского кислород и углерод попадают из кварцевого тигля при высоких температурах. Кислород может образовывать термические доноры или преципитаты, ухудшающие электрические параметры. Для управления состоянием кислорода применяется термообработка пластин (внутреннее геттерирование). В том же методе коэффициент распределения легирующих элементов между твёрдой и жидкой фазами отличен от единицы, поэтому концентрация примеси меняется вдоль слитка. Это называется сегрегацией примеси и ограничивает полезную длину слитка (например, при общей длине ~2 м годная по удельному сопротивлению зона может достигать ~1—1,5 м). Для выравнивания сопротивления по слитку также применяют модификацию Чохральского CCz или метод зонной плавки.

Также вакансии и межузельные атомы при охлаждении объединяются в комплексы: COP-дефекты (Crystal Originated Particles) — микропоры 0,1–0,2 мкм из вакансий, критичные для тонких затворных диэлектриков (<10 нм) — и D-дефекты — зоны скопления межузельных атомов. Оптимизация соотношения скорости вытягивания и температурного градиента позволяет подавлять образование этих дефектов. Линейные же дефекты решётки, дислокации, возникающие при термоударах или контакте со стенками, являются центрами рассеяния электронов и отрицательно влияют на проводимость слитка. Подавлять их наличие в кристалле можно строгим соблюдением температурных режимов роста и стабильности расплава. Наконец, двойники и поликристаллы возникают на фронте кристаллизации из-за резких колебаний температуры, загрязнений расплава или вибраций установки или внешней среды. Приводят к образованию зёрен с иной ориентацией или зеркальных двойников решётки, что делает материал непригодным для эпитаксии.

Жидкостная химическая обработка пластин (ЖХО)

Процессы механической обработки полупроводникового материала при производстве подложек оставляют на пластине свои следы: частицы суспензии, остатки реагентов, следы реза, нарушенный микроскопический слой. Перед последующими этапами — в том числе и такой же, но более тонкой мехобработки, — которые могут быть несовместимы с подобными нарушающими технологический процесс следами, необходима отмывка и обработка пластин в растворах химических реагентов.

Общее описание процесса

Жидкостная обработка при производстве подложек преимущественно производится в установках групповой обработки пластин с набором оборудованных ванн для химических реагентов (т. н. wet bench). Такие установки обладают специальным загрузочным модулем на входе, в котором робот-манипулятор извлекает пластины из транспортной кассеты и переносит в специальную процессную кассету, либо захватывает при помощи специального бескассетного держателя для дальнейшей транспортировки. Затем пластины перемещаются вдоль установки по ваннам обработки, после каждой ванны кассета попадает в модуль промывки (QDR) для смывки остатков химии перед следующей ванной. Ванны могут обладать трансдьюсером для ультра- и мегазвуковой гидромеханической очистки (ГМО) в диапазоне частот от нескольких десятков до более тысячи КГц в зависимости от требований к размерам удаляемых частиц (чем меньше частицы — тем выше частота). В конце установки находятся модули финишной промывки (OFR) и вращательной сушки (SRD) или сушки Марангони, после чего вновь загружаются в транспортные кассеты.

Первая обработка необходима сразу после отклейки пластин от носителя. Пластины помещаются в кассеты либо вручную, либо при помощи специального загрузчика, который может также быть как отдельным устройством, так и элементом загрузочного модуля установки ЖХО первичной обработки. Первым делом требуется удаление остатков эпоксидного клея при помощи специальных растворителей (в том числе на основе ацетона или изопропилового спирта (IPA), обработка в щёлочи для травления нарушенного слоя пластины и так называемые RCA-очистки — Standard Clean (SC), необходимые для удаления запекшихся на поверхности остатков прочих частиц и металлов, в данном случае — после резки. Ими являются SC1 (водный раствор смеси NH₄OH:H₂O₂) и SC2 (водный раствор HCl:H₂O₂).

Следующий процесс ЖХО необходим после различных ступеней шлифовки и полировки. Он служит для удаления частиц более крупного абразива, чем последующие, а также остатков металла с шлифовальных дисков и химической полировки поверхности. В первую очередь пластины отправляются в ванну DHF — раствор плавиковой кислоты, эффективно удаляющий металл и травящий поверхность пластины: при правильном подборе режимов обработки можно добиться сглаживания ямок и выпуклых дефектов и общего промежуточного уменьшения шероховатости. Применяются и SC1 с SC2 для уже упомянутого удаления частиц абразива и химии из суспензий перед последующими этапами мехобработки. Для эффективного удаления более широкого спектра размеров частиц абразива ванны часто обладают ультра-/мегазвуковым модулем ГМО, причём первые ванны работают на более низких частотах, чем последующие (например, 430 и 950 кГц соответственно), для удаления сначала относительно крупных частиц, потом более дисперсных и т. д.

Финишная химическая полировка пластин требует, соответственно, финишной отмывки от химически активной полировальной суспензии с малым размером частиц. Подобно ЖХО после процессов ХМП на полупроводниковом производстве процесс должен оставить поверхность пластины как можно более гладкой и чистой. Здесь применяются ванны на основе SC1 и SC2 вкупе со сложными системами промывки OFR и медленного извлечения и сушки пластин в среде паров IPA. В самом конце уже готовые к инспекции и упаковке пластины загружаются в SMIF- или FOUP-контейнеры, притом модуль выгрузки часто находится в более чистой зоне (~ISO 4/ISO3), чем остальная установка (~ISO 5).

Области применения

Подобные процессы обработки полупроводниковых подложек применяются в микроэлектронике, где необходимо получение высоких параметров чистоты и бездефектности поверхности полупроводниковых и эпитаксиальных подложек, для устройств ИС, МЭМС, силовой электроники, оптоэлектроники и прочих подобных применений, требующих платформы для формирования множества микро- и наноразмерных топологических элементов в схеме устройства.

Помимо применений для полупроводников такие виды обработки актуальны и для слитков ряда прочих материалов, используемых, например, в оптике. Они применяются в производстве кварцевых / стеклянных фотошаблонов, обработке пластин и изделий из керамик, очистке оснастки установок, точных деталей и т. д.

Основные сложности процесса

Необходим грамотный и точный подбор типов и концентраций реагентов, температурных и гидромеханических (звуковых) режимов мойки для достижения наибольших чистоты и однородности поверхности без ухудшения параметров пластин и существенного увеличения времени процессов.

Более того, ввиду использования в процессах ЖХО сильных кислот, щелочей и прочих токсичных и по иному опасных реагентов для подобных производств, необходима утилизация отходов в виде жидких и газообразных остатков процессных растворов и продуктов реакции. Это вызывает необходимость в герметизации камер с ваннами, наличии скрубберов, поддержании чистоты помещений и дополнительных мерах предосторожности. Для более быстрой, эффективной и качественной автоматической доставки реагентов до POU (Point of Use) применяются системы распределения жидких реагентов (CDS), которые служат также и для их перемешивания и подготовки растворов, термостабилизации и безопасного хранения.

Обработка монокристаллических слитков

Вышедший из ростовой установки слиток не обладает правильной цилиндрической геометрией, как правило, его боковая поверхность неровная, а на концах присутствуют конусы. Перед проволочной резкой на пластины слитку необходимо придать пригодные длину и цилиндрическую форму.

Описание технологического процесса

Для этого слиток, прежде всего, подвергается однопроволочной резке на более малые сегменты-цилиндры —раскрою (cropping), что делает удобной дальнейшую обработку. На данном этапе происходит не только разделение слитка на цилиндры, но и отрезка конусов, а также контрольных шайб. Контрольные шайбы необходимы для получения данных о характеристиках дефектности, химической чистоты и удельного сопротивления слитка на каждом из его участков (известно, что для слитков Чохральского, например, сопротивление вдоль их длины неоднородно).

Полученный «цилиндр» всё ещё не обладает формой правильного цилиндра. Поэтому следующим этапом, при необходимости, проводится калибровка торцевых поверхностей цилиндров путём обработки на плоскошлифовальном станке, где им окончательно придают перпендикулярность требуемому кристаллографическому направлению.

Затем цилиндр перемещается в установку цилиндрической шлифовки, где при зажиме с уже откалиброванных торцов проводится калибровка боковой поверхности слитка по диаметру и, соответственно, выравнивается диаметр будущих пластин. Также на данном этапе шлифуется ориентационная метка, базовый срез (до Ø150 мм) или v-notch (Ø200 мм и более) в зависимости от диаметра пластин. После этого процесса цилиндр, наконец, обретает конечную форму, готовую к последующей резке на черновые пластины.

Области применения

Процессы обработки слитков применяются везде, где необходимо получение полупроводниковых пластин; такой областью может быть как микроэлектроника, где необходимы пластины с высокой однородностью диаметра по партии, а также точностью кристаллографической ориентации и сформированных ориентационных меток, так и солнечная энергетика, где совершенство формы кремниевых пластин может влиять на качество сборки и конечные характеристики фотоэлектрических панелей.

Также такие виды обработки актуальны и для слитков ряда прочих материалов, используемых, например, в оптике. Подобные методики применяют в производстве кварцевых / стеклянных фотошаблонов, оптики из сапфира (а также эпитаксиальных подложек из него) и т. д.

Основные проблемы

На пути к получению цилиндра необходимо контролировать ряд критических параметров. Среди них — кристаллографическая ориентация слитка, её соответствие номинальной. Для этого после раскроя слитка она должна быть проверена при помощи методов XRD — вращения, Лауэ и т. п., подходящих и доступных.

При крупных габаритах слитка (как для слитков Чохральского) возникают сложности с его транспортировкой, потому для его перемещения между установками обработки часто требуется специальное оборудование, такое как автопогрузчики, тележки и т. д.

Резка слитков на пластины

Для получения пластин из подготовленного слитка используют целый ряд методик — проволочную, дисковую, даже лазерную резку. Проволочная резка, а именно — многопроволочная как метод с наиболее оптимальными качеством реза, стоимостью и производительностью в современном производстве зарекомендовал себя как самый распространённый для получения черновых пластин.

Описание технологического процесса

Перед резкой слиток (обработанный цилиндрический сегмент с отшлифованной ориентационной меткой) вручную приклеивается на полимерное основание-носитель при помощи адгезива на эпоксидной основе. После приклейки и перед самой резкой при помощи методов XRD (метод Лауэ, метод вращения кристалла и т. д.) может дополнительно подтверждаться точность кристаллографической ориентации слитка на носителе.

Затем слиток-цилиндр отправляется в установку многопроволочной резки, где крепится за носитель. Затем слиток медленно перемещается по намотанной (с шагом около толщины пластины) на пазы направляющих барабанов проволоки при подаче смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) в области реза. Проволока, в свою очередь, натягивается системой барабанов на величины до нескольких десятков ньютон в зависимости от материала и диаметра слитка. В современной технологии проволока намотана на барабаны таким образом, что весь цилиндр нарезается на несколько сотен пластин целиком за один рез, что даёт наилучшую однородность реза по всем пластинам.

Многопроволочная резка делится на два вида в зависимости от типа проволоки: резка алмазной проволокой со связанными частицами абразива и резка гладкой проволокой с алмазной суспензией. Первый тип резки, как и любая механическая обработка связанным абразивом, даёт наибольшую скорость съёма материала и, соответственно, производительность. Именно поэтому преимущественно такой тип реза применяется при получении пластин Si, Ge, GaAs, InP и ряда других полупроводников, при этом позволяя получать параметры отклонения толщины (TTV), коробления (Warp) и прогиба (Bow) пластин на уровне до нескольких микрон, что является современным стандартом для производств полупроводниковых пластин. Другой тип обработки — резка гладкой проволокой и свободным алмазным абразивом ввиду меньших локальных нагрузок индентора (частицы абразива) на материал — обеспечивает более мягкий и наименее нарушающий поверхностный слой рез, что отлично подходит, например, для точной обработки твёрдых и хрупких материалов, таких как SiC и сапфир, даже несмотря на заметно увеличенное в сравнении со связанной алмазной проволокой время процесса. В целом, для оптимального выбора типа проволоки, СОЖ и режимов обработки необходимо исходить из конкретных требований к материалу, качеству формы и поверхности пластин, а также производительности.

После резки носитель с нарезанными пластинами извлекается из установки и переносится в автоматическую ванну отклейки с горячей водой (около 80-90 °C), и затем пластины обрабатываются в установке жидкостного травления и очистки перед следующими этапами мехобработки.

Области применения

Процессы резки слитков применяются везде в микроэлектронике, где необходимо получение высоких параметров геометрии и поверхности полупроводниковых и эпитаксиальных подложек, так и в солнечной энергетике, для которой также важно соотношение качества и производительности.

Также такие виды обработки актуальны и для слитков ряда прочих материалов, используемых, например, в оптике. Подобные методики применяются в производстве кварцевых / стеклянных фотошаблонов, резке изделий из керамики / камня и т. д.

Основные сложности процесса

Самая важная проблема в процессе проволочной резки — соблюдение баланса между требуемыми качеством реза и производительностью. Увеличение натяжения нити и нагрузки на область реза может давать более быстрый рез, но при этом влиять на параметры геометрии пластин, иногда даже приводя к «волнистости» поверхности. А при отсутствии учёта твёрдости, хрупкости и кристаллографического направления монокристаллического слитка это может приводить к расширению нарушенного трещиноватого слоя, повышенной шероховатости поверхности пластин и образованию на них сколов (чиппинг), не говоря уже об ускоренном износе проволоки.

Также важно обращать внимание на выбор СОЖ. Из-за механического трения при резке происходит значительный нагрев области реза, величина которого зависит также и от теплопроводности материала слитка. Перегрев приводит к нестабильности реза и ухудшению параметров геометрии пластин TTV, Warp и т. д. Поэтому СОЖ должна обеспечивать, во-первых, достаточные смазочные характеристики (для снижения трения), а во-вторых — достаточный тепловой вынос из области реза. Помимо этого, СОЖ не должна химически взаимодействовать с материалом слитка, обладать высокой текучестью для лучшего проникновения в область реза и, желательно, хорошо смываться доступными растворителями. Например, если для кремния используются преимущественно СОЖ на водной основе, для резки GaAs это СОЖ на керосиновой или другой масляной основе.

Инспекция и сортировка пластин

После завершения процессов финишной полировки и жидкостной очистки пластины визуально соответствуют требованиям, однако их скрытые параметры могут варьироваться в пределах партии. Перед отправкой на фабрику необходима окончательная инспекция характеристик. Сортировка позволяет отделить годные подложки от брака, классифицировать их по назначению и обеспечить трассируемость каждой единицы продукции.

Описание технологического процесса

Процесс сортировки производится на автоматизированных измерительных линиях, интегрированных в чистые помещения высокого класса (~ ISO 3 / ISO 4). Пластины из SMIF/FOUP-контейнеров последовательно проходят через станции метрологии. Первым этапом — это контроль геометрии: измеряется толщина, отклонение толщины (TTV), коробление (Warp) и прогиб (Bow) с использованием бесконтактных датчиков и лазерных интерферометров.

Далее следует инспекция поверхности — системы исследования рассеяния света (scattering) и широкополосной визуализации выявляют частицы, царапины, ямки и общий параметр рассеяния света (Haze) на уровне единиц нанометров. Процесс инспекции является неразрушающим и бесконтактным и использует передовые техники для обнаружения мельчайших инородных частиц и микродефектов на поверхности пластины. При помощи лазерной системы выполняется радиальное сканирование по поверхности вращающейся пластины, где рассеянный свет указывает на наличие дефектов. Тёмнопольная инспекция является оптической техникой, которая обнаруживает дефекты путём захвата рассеянного света.

Третьим этапом выполняется электрическое картирование — методом вихревых токов или четырёхзондовым методом строится карта удельного сопротивления и определяется тип проводимости по площади пластины. Бесконтактное картирование (мэппинг) сопротивления коммерческих пластин показывает радиальные изменения удельного сопротивления по площади. Четырёхзондовый метод позволяет измерять сопротивление с высокой точностью, создавая карты распределения по пластине. На основе совокупности данных автоматическая система присваивает класс качества — Prime (для основного производства), Test/Monitor (для отладки процессов), Dummy (для технологических прогонов) или Reject (брак).

Отсортированные контейнеры маркируются и помещаются в защитную атмосферу азота для предотвращения окисления перед транспортировкой. Системы сортировки пластин выполняют детальные инспекции, обнаруживая дефекты поверхности, измеряя размеры и классифицируя пластины на основе заранее определённых критериев.

Области применения Процессы сортировки критичны для микроэлектроники, где использование пластин класса Prime с гарантированной бездефектностью необходимо для производства процессоров, памяти и логических ИС. В силовой электронике допускается использование пластин с специфическими картами сопротивления для оптимизации характеристик IGBT- и MOSFET-структур. Высокоомные подложки играют важную роль в современном производстве полупроводников, особенно в приложениях, требующих высоких электрических характеристик.

Также подобные методики контроля актуальны для оптической промышленности. Сортировка применяется для фотошаблонов из кварца, подложек из сапфира для светодиодов, а также для изделий из специальной керамики и стекла, где требуются строгие допуски на плоскостность и отсутствие внутренних напряжений. В солнечной энергетике требования к сортировке мягче, однако контроль геометрии и трещин остаётся важным для эффективности фотоэлементов. Системы измерения геометрии пластин поддерживают полупроводниковое производство, измеряя параметры толщины, TTV, LTV, BOW, WARP, TIR, SORI и генерируя карты распределения.

Основные сложности процесса

Ключевая проблема — баланс между чувствительностью измерительного оборудования и производительностью линии. Повышение разрешения детекции дефектов (до субнанометрового уровня) неизбежно увеличивает время сканирования, создавая узкое место производства. Ложные срабатывания могут привести к необоснованному отбраковыванию дорогих пластин, тогда как пропуск дефектов ведёт к снижению выхода годных на этапе изготовления чипов.

Кроме того, существует риск вторичного загрязнения пластин при контакте с манипуляторами измерительных установок. Необходима регулярная калибровка сенсоров и поддержание чистоты трактов передачи. Управление большими массивами данных, получаемых с каждой пластины (карты дефектов, геометрии и электрики), требует мощных вычислительных систем для анализа тенденций и оперативной корректировки предыдущих этапов техпроцесса (шлифовки, полировки) в рамках системы автоматизированного управления производством (APC).

Точность измерений зависит как от удельного сопротивления пластины, так и от её однородности, что требует калибровки оборудования под каждый тип материала. Для стабильности параметров необходимы специальные системы распределения и поддержания условий измерения, включая термостабилизацию и защиту от вибраций. Наконец, при работе с различными материалами (Si, SiC, GaAs, сапфир) требуется адаптация методик измерения под их специфические оптические и электрические свойства.

Шлифовка и полировка пластин

После проволочной резки пластины не обладают достаточным качеством поверхности. Она полна дефектов, высоко нарушен приповерхностный слой, сильна шероховатость и нет зеркальной гладкости (имеются явные следы реза), а также параметры геометрии пластины, такие как отклонение толщины (TTV), коробление (Warp) и прогиб (Bow) требуют сильной доводки. Для устранения несоответствия этих параметров и приведения пластин к состоянию Epi-Ready необходимы процессы механической и химико-механической шлифовки и полировки пластин.

Описание технологического процесса

В современном производстве используют ряд процессов, которые позволяют шаг за шагом устранять недостатки поверхностей пластин.

Современные установки резки слитков на пластины позволяют добиваться достаточно высоких показателей однородности толщины, коробления и прогиба. Однако для применяемых сегодня пластин большого диаметра 200 и 300 мм достичь этого при резке всё ещё относительно сложно, и в данном случае может применяться шлифовка пластин специальной головой со связанным абразивом, так называемый grinding. Процесс позволяет наиболее эффективно достигать точности толщины пластин по партии, нивелировать коробление и прогиб, доводя их до уровня нескольких (до 2-3) мкм. Традиционно он проводится с одной стороны пластины, но крупные производители применяют и двухсторонний процесс для серийного выпуска пластин 300 мм.

Острые края кромки при следующих процессах мехобработки могут скалываться из-за биения о частицы абразива, они являются концентраторами напряжений и вызывают появление краевого валика при нанесении на пластину фоторезиста. Для выравнивания кромки и безопасности дальнейших процессов мехобработки окружность пластины шлифуется при помощи специального шлифовального круга с формированием фаски на месте острых краёв, отдельным кругом обрабатывается и ориентационная метка — базовый срез или v-notch. После этого этапа на обратной стороне пластины при помощи лазерного маркировщика наносят номер пластины и партии.

Далее проводится отжиг пластин при высокой температуре (как правило, в диапазоне 700-850 °С). Это обязательный этап, на котором происходит снятие индуцированных мехобработкой механических напряжений на пластине, избавление от влияющих на электрофизические параметры вакансий и вакансионных комплексов внутри материала пластины (ввиду формирования ими термических донорных уровней и центров рассеяния электронов, что пагубно для изделий силовой электроники), а также выравнивание проводимости по пластине при неоднородности легирования.

Пластина становится готовой к так называемому лэппингу — двухсторонней шлифовке и полировке в планетарных держателях (сепараторах) при помощи двух чугунных шлифовальных дисков и свободного абразива, например, на основе частиц Al₂O₃, SiC или алмаза в зависимости от твёрдости материала пластин. Этап позволяет убрать нарушенный предыдущими грубыми механическими обработками микротрещиноватый слой, добиться наилучших показателей TTV, параллелизма и TIR (плоскостности) сразу множества пластин за один цикл. Для наиболее точной и эффективной обработки лэппинг происходит в два-три этапа с понижением размера и/или твёрдости абразива. Затем пластина отмывается от частиц более крупного абразива перед финишной обработкой.

Финишная химико-механическая полировка помогает достигать практически идеальной шероховатости (R_a / S_a) на уровне от нескольких до долей нанометров. Установка односторонней полировки фронтальной поверхности пластин применяет полировальные пады (салфетки) и абразивные суспензии на основе Al₂O₃, SiO₂ или CeO₂ в матрице из щелочного раствора, убирающие почти все имеющиеся дефекты микрогеометрии пластин и придающие ей поверхности зеркальное качество.

Области применения

Подобные процессы обработки полупроводниковых подложек используют в микроэлектронике, где необходимо получение высоких параметров геометрии и поверхности полупроводниковых и эпитаксиальных подложек, для устройств ИС, МЭМС, силовой электроники, оптоэлектроники и прочих подобных применений, требующих платформы для формирования множества микро- и наноразмерных топологических элементов в схеме устройства.

Также такие виды обработки актуальны и для слитков ряда прочих материалов, используемых, например, в оптике. Подобные методики применяют в производстве кварцевых / стеклянных фотошаблонов, обработке пластин и изделий из керамик, производстве точных деталей (в т. ч. из металлов) и т. д.

Основные сложности процесса

Поскольку данный участок производственного маршрута полупроводниковых пластин требует множества различных этапов обработки и единиц соответствующего оборудования, встаёт проблема взаимной совместимости процессов по входным и выходным требованиям и их производительности. Так, например, при расчёте производительности этапов лэппинга необходимо учитывать длительность единичного процесса, необходимость удаления грубых частиц перед более мягкими обработками и обработку в растворах химических реагентов в целом (включая травление), а также изменения в требуемой чистоте производственного помещения в более строгую сторону при приближении к концу техмаршрута.

Также для обработки материалов различной твёрдости и химических свойств необходим подбор оптимальных суспензий и режимов обработки, что крайне важно для достижения конечных параметров пластин при достаточной пропускной способности производственной линии. Для стабильности параметров подаваемых суспензий необходимы специальные системы распределения (SDS — Slurry Distribution System), которые поддерживают в них необходимые для процесса расход, однородность и температуру.