Описание решения
Решение представляет собой технологическую линию производства монокристаллических полупроводниковых пластин. Производственная линия обеспечивает полный технологический цикл: выращивание монокристаллического слитка, механическую обработку слитка и его резку на пластины, обработку кромки, шлифовку, химическое травление, химико-механическую полировку, финишную очистку, контроль и упаковку. Состав оборудования и технологический маршрут определяются материалом и типоразмером пластин: кремний диаметром до 300 мм, германий и карбид кремния — до 200 мм, арсенид галлия — до 150 мм.
В результате технологического цикла получают монокристаллические полупроводниковые пластины с заданными электрофизическими, кристаллографическими и геометрическими параметрами, в том числе с поверхностью, подготовленной к проведению эпитаксиальных процессов. Контролируются кристаллографическая ориентация, тип и однородность легирования, удельное электрическое сопротивление, дефектность кристаллической структуры, толщина и её неравномерность по площади пластины, плоскостность, прогиб, коробление и шероховатость поверхности. Отдельные требования предъявляются к чистоте поверхности и уровню загрязнения частицами, металлическими примесями и органическими соединениями.
Полупроводниковая пластина служит основой для последующего формирования эпитаксиальных слоёв и приборных структур. Дефектность кристаллической структуры подложки влияет на качество эпитаксиальных слоёв, отклонения геометрии снижают точность фотолитографии и совмещения топологических уровней, а загрязнения и дефекты поверхности ухудшают воспроизводимость процессов осаждения, травления и легирования. Поэтому качество пластин определяет однородность параметров формируемых структур, выход годных кристаллов и стабильность производства от партии к партии.
Применение полупроводниковых пластин в различных сферах
Внешний вид подложек для микроэлектронного производства
Общий маршрут производства
Рост слитка
Установка роста монокристаллических слитков методом Чохральского. Для различных материалов применяются также другие методы роста.
Раскрой слитка
Установка однопроволочного раскроя слитков
Механическая обработка слитка
Комплекс механической обработки слитков. На иллюстрации — установка цилиндрической шлифовки
Многопроволочная резка слитка на пластины
Установка многопроволочной резки
Слиток разрезается многопроволочным способом на пластины заданной толщины. Стабильность процесса резки определяет разброс толщины пластин, глубину повреждённого слоя и качество кромки.
Отклейка и первичная очистка пластин
Установка отклейки и отмывки пластин
Нарезанные пластины отделяются от полимерного держателя и очищаются от остатков клея, абразива и технологических жидкостей. Остаточные загрязнения могут привести к дефектам при последующей обработке.
Обработка кромки пластин и маркировка
Комплекс обработки кромки и маркировки пластин. На иллюстрации — установка шлифовки фаски
На кромке пластины формируется фаска, снижающая вероятность образования сколов и разрушения при последующих операциях. На нерабочую сторону наносится идентификационная маркировка, обеспечивающая прослеживаемость пластины и производственной партии.
Двухсторонняя шлифовка и полировка пластин
Установка двухсторонней шлифовки и полировки пластин
Пластины обрабатываются с двух сторон для получения заданной толщины и геометрических параметров. Равномерность обработки определяет плоскостность, параллельность поверхностей и разброс толщины пластин в партии.
Химическое травление и очистка
Линия жидкостной химической обработки пластин
После шлифовки пластины подвергаются жидкостной химической обработке для удаления загрязнений и повреждённого приповерхностного слоя. Состав травителя и режим обработки выбираются в зависимости от материала пластин.
Односторонняя химико-механическая полировка
Автоматическая установка химико-механической полировки пластин
Рабочая поверхность пластин подвергается химико-механической полировке до достижения заданных параметров шероховатости и плоскостности. Стабильность процесса и отсутствие поверхностных дефектов обеспечивают пригодность пластин для последующей эпитаксии и планарных технологических операций.
Финишная отмывка, контроль, упаковка
Комплекс финишной отмывки и контроля пластин. На иллюстрации — установка контроля дефектности поверхности пластин
После химико-механической полировки с поверхности пластин удаляются остатки суспензии, частицы и химические загрязнения. Затем контролируются дефекты поверхности и геометрические параметры пластин. По результатам контроля подтверждается соответствие готовых пластин заданной спецификации. Годные пластины сортируются и упаковываются в контролируемой чистой среде.
Представленный маршрут охватывает основные этапы производства полупроводниковых пластин. Наиболее критичными операциями являются рост слитка, многопроволочная резка, механическая и химическая обработка, а также химико-механическая полировка. Рост слитка определяет электрофизические параметры и структурную дефектность материала, последующие операции — геометрию и состояние поверхности пластин. Стабильность этих процессов непосредственно влияет на выход годных. В зависимости от материала и требований к пластинам маршрут может дополнительно включать отжиг для снятия остаточных напряжений и стабилизации параметров.