Описание решения и конечных устройств
Качество полупроводниковых подложек — это фундамент конечного устройства, во многом определяющий успешность последующих процессов формирования микро- и наноструктур. Представленное решение — интегрированная производственная линия для выпуска подложек класса Epi-Ready микроэлектронного уровня. Линия полностью соответствует актуальным отраслевым стандартам и охватывает весь цикл производства: от выращивания монокристаллического слитка до финишной обработки, инспекции и упаковки пластин.
Линия может обеспечивать производство подложек из ключевых полупроводниковых материалов, таких как: кремний (Si — до Ø300 мм), германий (Ge — до Ø200 мм), карбид кремния (SiC — до Ø200 мм), арсенид галлия (GaAs — до Ø150 мм) и прочих материалов, которые предназначены для проведения на них последующих технологических операций: эпитаксии, напыления, литографии, травления, ХМП и т. д. Для обеспечения высоких характеристик будущих структур (как в пределах одной пластины, так и в рамках партии) и минимизации дефектов к параметрам поверхности подложек предъявляют строгие требования по:
- шероховатости: параметры Ra, Rms;
- плоскостности: глобальной (GBIR / TIR) и локальной (SFQR);
- толщине: вариации толщины (TTV), параллельности поверхностей;
- геометрии пластины: короблению (Warp), изгибу (Bow);
- чистоте и дефектности: плотность дефектов кристаллического происхождения (COP), уровень внешних частиц и металлических загрязнений;
- оптическим характеристикам: рассеяние света (Haze).
Поскольку материал подложки часто является активной частью устройства, критически важно обеспечить его высокое качество уже на этапе выращивания кристалла. Материал пластин должен характеризоваться:
- химическим совершенством: контролируемый уровень и высокая однородность легирования, минимальное содержание посторонних примесей и включений;
- структурным совершенством: низкая плотность дислокаций, вакансий и их комплексов, отсутствие микропор, трещин, дефектов упаковки и двойников.
Полупроводниковые подложки востребованы в производстве интегральных схем, силовой и СВЧ-электроники, МЭМС, светодиодов, датчиков, детекторов излучения и других высокотехнологичных устройствах. Каждое применение диктует уникальные требования к параметрам подложки. Конфигурация производственной линии позволяет гибко настраивать процессы роста слитков и механической обработки в зависимости от:
- типа материала и типоразмера подложки;
- требований к последующим технологическим этапам (литография, эпитаксия, травление);
- целевых рабочих характеристик конечных устройств.
Внешний вид подложек для микроэлектронного производства
Общий маршрут производства
Рост слитков
Установка роста слитков методом Чохральского (Cz/MCz)
Установка роста слитков методом бестигельной зонной плавки (БЗП, FZ – Float Zone)
Установка роста слитков методом VGF
Установка роста слитков SiC методом PVT
Раскрой слитков
Установка однопроволочного раскроя слитков
Калибровка торцов
Плоскошлифовальный станок для шлифовки торцов цилиндра
Калибровка диаметра цилиндра и шлифовка ориентационных меток
Установка цилиндрической шлифовки
Приведение боковой поверхности цилиндра к идеальной цилиндрической форме путём её шлифования, а также шлифование базового среза или V-notch. Необходим контроль усилий шлифовки и крепления цилиндра для исключения повреждённых слоёв и точность кристаллографической ориентации для формирования ориентационных меток..
Проволочная резка на пластины
Установка многопроволочной резки
Закреплённый на держателе цилиндр нарезается при помощи намотанной на барабаны проволоки с применением СОЖ. Резка может осуществляться как алмазной проволокой со связанным абразивом, так и гладкой проволокой с алмазной суспензией. Для исключения сколов и трещин, а также минимизации нарушенного слоя на пластинах для конкретного материала и размера слитка необходим правильный подбор типа и натяжения проволоки, а также грамотный выбор СОЖ.
Отклейка от носителя и отмывка пластин
Установка отклейки и отмывки пластин
Отклейка нарезанных пластин от полимерного носителя и их групповая обработка в растворах химических реагентов. Для данного этапа важным является как правильный подбор самой химии, так и её концентрации и режимов обработки для эффективного травления нарушенного слоя и ликвидации металлических остатков после мехобработок.
Шлифовка фаски
Установка шлифовки фаски
Шлифовка фаски на кромках пластин с обеих сторон для минимизации сколов при последующих механических обработках.
Лазерная маркировка
Установка лазерной маркировки пластин
На задней стороне пластин при помощи лазера наносится номер партии и пластины.
Отжиг пластин
Установка отжига пластин
Пластины отжигаются в инертной атмосфере для выравнивания удельного электросопротивления и устранения дефектов структуры. Критичен подбор температурных режимов и времени обработки для исключения возрастания коробления пластин и увеличения концентрации сторонних примесей (например, кислорода).
Двухсторонние черновая и тонкая шлифовки
Установка двухсторонней шлифовки/полировки пластин (лэппинга)
Пластина обрабатывается с обеих сторон при помощи металлических дисков и шлифовальной суспензии на основе Al2O3. На данном этапе преимущественно определяются показатели плоскостности и параллелизма пластины, поэтому нужно обращать внимание на усилие зажима пластин между дисками, биение элементов системы, скорость движения сепараторов (планетарных держателей), а также их материал (с точки зрения его жёсткости и химической стойкости).
Отмывка пластин после шлифовки
Установка групповой ЖХО пластин
Групповая обработка пластин в растворах химических реагентов с целью отмывки пластины от частиц шлифовальной суспензии и металлов, а также травления нарушенного микротрещиноватого слоя после механической обработки. Подбор времени обработки, типов и концентрации химических реагентов в ваннах обработки влияет на степень отмывки и параметры микрогеометрии поверхности пластин.
Односторонние первая и финишная полировки пластин
Установка односторонней химико-механической полировки
Автоматическая установка полировки пластин
Производится химико-механическое полирование рабочей стороны пластин при помощи полировальных салфеток (pad) и химически активных суспензий на основе щелочных растворов и абразива CeO. На данных последних этапах мехобработки достигается минимальное значение шероховатости поверхности и придание ей зеркальной гладкости. Особо важен грамотный подбор суспензии, силы прижима полировальных голов и времени обработки, а также контроль качества закрепления пластин на носителях, так как иначе на данном этапе может быть оказано влияние на показатели плоскостности и TTV пластин.
Финишная отмывка
Установка финишной отмывки
Обработка пластин в растворах химических реагентов для финального удаления частиц полировальной суспензии и загрязнений разного рода, а также травления с целью химической полировки поверхности, что позволяет получить конечный вид готовой подложки. Подбор времени обработки, типов и концентрации химических реагентов в ваннах обработки влияет на качество финишной поверхности.
Финальная инспекция
Установка контроля дефектности поверхности пластин
Установка контроля геометрии поверхности пластин
Выполняется оптическая инспекция дефектов (количества частиц, царапин и т. д.) и параметров геометрии поверхности готовой подложки. Необходимо учитывать факторы внешней среды при измерениях: состояние воздуха, вибраций, электромагнитных излучений и т. д.
Критическими технологическими операциями, определяющими разброс параметров, уровень выхода годных и экономику проекта, являются рост слитков, проволочная резка на пластины, шлифовка, полировка и ЖХО пластин.