Разделы сайта

Читаемое

Обновления Nov-2017

Промышленность Ижоры -->  Керамические композиционные материалы 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

Таким образом, дефектообразование при распаде пересыщенных твердых растворов избыточных компонентов носит достаточно сложный характер и может сопровождаться появлением в кристаллической решетке соединения микродефектов различной природы. В связи с тем, что существенные пересыщения в твердых растворах избыточных компонентов достигаются при относительно невысоких температурах (в сравнении с пересыщением по равновесным собственным дефектам), образующиеся при их частичном распаде в процессе посткристаллизационного охлаждения монокристалла микродефекты должны иметь существенно меньшие размеры. Тепловые условия выращивания (в первую очередь темп охлаждения выращиваемого кристалла) должны оказывать существенное влияние на характер микродефектообразования. Последующие термообработки таких кристаллов могут приводить к укрупнению микродефектов и изменению их объемной концентрации.

Как и в случае пересыщения по равновесным ( тепловым ) СТД, введение в кристаллы легирующих примесей может оказать существенное влияние на особенности микродефектообразования. В данном случае происходящие изменения обусловлены влиянием легирования на растворимость избыточных компонентов в соответствующих соединениях (на тип образуемых твердых растворов, протяженность и конфигурацию области гомогенности).

Как и для кремния, эффективным способом повышения структурного совершенства монокристаллов соединений, содержащих ростовые микродефекты, является термообработка вырезаемых из таких слитков пластин. В данном случае для контролируемой инжекции в объеме пластины тех или иных вакансий или межузельных атомов может быть использован высокотемпературный отжиг в вакууме, атмосфере водорода или очищенных газов, а также в атмосфере паров летучего компонента соответствующего соединения.

Дефектообразование в малодислокационных монокристалах

Из всего многообразия нашедших достаточно широкое практическое применение полупроводниковых материалов задача получения бездислокационных монокристаллов больших диаметров решается относительно просто лишь для кремния. Связано это, в первую очередь, с тем, что критические напряжения образования дислокаций в монокристаллах кремния существенно выше, чем в других полупроводниках. Для полупроводников с более низкими значениями критических напряжений величины плотности дислокаций в выращиваемых монокристаллах ко-

леблются в пределах 10...10 см. Дислокации являются эффективными внутренними стоками для присутствующих в объеме кристалла неравновесных СТД. Сток СТД на дислокации сопровождается образованием вокруг них симметричных по отношению к линии дислокации областей с резко пониженной (в сравнении с основной матрицей кристалла) концентрацией дефектов. В этих областях практически полностью снимается пересыщение по СТД, что исключает образование в них мйкродефектов, обусловленных распадом соответствующих пересыщенных твердых растворов (в монокристаллах полупроводниковых соединений в определенных случаях возможно образование в непосредственной близости от дислокации или на самой дислокации вьщелений одного из компонентов соединения). Кроме того, так как СТД принимают активное участие в образовании электрически- и рекомбинационноактив-ных центров во всех важнейших полупроводниках, то процесс их стока на дислокации сопровождается появлением в объеме кристалла, вблизи дислокаций, характерных микронеоднородностей в распределении электрических свойств. Все эти явления достаточно подробно исследованы на примере монокристаллов GaAs в [9]. Здесь же мы кратко остановимся лишь на некоторых характерных особенностях происходящих процессов.

Наиболее эффективными стоками (чаще всего рекомбинационными) для избыточных СТД являются дислокации, образующиеся при близких к температуре кристаллизации температурах (так называемые высокотемпературные дислокации). Это вполне объяснимо, так как именно при высоких температурах СТД обладают максимальной подвижностью. Размеры областей с измененными свойствами, формирующихся вокруг дислокаций в процессе стока, определяются природой присутствующих в кристалле СТД и существенным образом зависят от величины плотности дислокаций TVjj и от тепловых условий выращивания, прежде всего от скорости посткристаллизационного охлаждения слитка. В кристаллах GaAs, например, размеры этих областей обычно изменяются в пределах от нескольких десятков до сотен микрометров. Размеры областей, формирующихся вокруг скоплений дислокаций (стенки дислокационных ячеек, малоугловые границы и т. д.), существенно выше, чем вокруг отдельных дислокаций.

При прочих равных условиях, в кристаллах с дислокациями концентрация избыточных СТД в матрице кристалла существенным образом зависит от величины Л. При определенных плотностях достаточно равномерно распределенных в объеме выращиваемого монокристалла дис-



локаций, сферы их влияния перекрываются, и пересыщение по СТД в относительно широком высокотемпературном интервале практически полностью снимается. В выращиваемых методом Чохральского из-под слоя флюса монокристаллах GaAs это обычно наблюдается при плотностях дислокаций Лд > (0,8...1) 10 см2. В таких кристаллах отсутствуют ростовые микродефекты, обусловленные высокотемпературным распадом пересыщенных по СТД твердых растворов, и они, как правило, обладают высокой однородностью распределения электрофизических свойств и повышенной термостабильностью.

Неоднородное распределение дислокаций в объеме выращиваемого монокристалла вызывает появление разницы концентраций присутствующих СТД между областями с различной плотностью стоков. Если при этом подвижность СТД достаточно высока, то непосредственно в процессе выращивания происходит перераспределение дефектов между областями с различной плотностью стоков (дислокаций). В монокристаллах полупроводниковых соединений такое перераспределение приводит к формированию макронеоднородности по составу в пределах области гомогенности соединения, а в монокристаллах элементарных полупроводников - макронеоднородности по плотности вещества. Величина возникающей неоднородности зависит не только от величины разницы в различных участках кристалла, но и от абсолютных значений IV. Перераспределение СТД между областями кристалла с разной является основной причиной возникновения в нем характерной макронеоднородности в распределении электрофизических свойств, хорошо коррелирующей с характером распределения дислокаций. Особенно четко это проявляется в нелегированных полуизолирующих монокристаллах GaAs.

Как и в случае бездислокационных монокристаллов, эффективным способом устранения микродефектов и повышения однородности монокристаллов с дислокациями является термообработка выращенных слитков или вырезаемых из них пластин.

Изготовление пластин и возможности геттерирования загрязняющих примесей

Как отмечалось выше, основной тенденцией в развитии технологии производства пластин большинства полупроводниковых материалов является увеличение их диаметра при одновременном непрерывном ужесточении требований к качеству пластин (общая и локальная неплос-

костность, уровень загрязнения поверхности, структурное совершенство и однородность распределения электрофизических свойств) и их стоимости. Особенно показателен в этом отношении кремний, требования к качеству пластин которого, в связи со стремительным прогрессом в создании кремниевых УСБИС, не имеют аналогов. В развитие производства пластин Si вкладываются огромные средства, поэтому уровень технологии и достигнутое качество кремниевых пластин намного опережают аналогичные показатели для пластин других полупроводниковых материалов. Сегодня производство пластин Si - это своего рода эталон высокого уровня технологических достижений.

Необходимость увеличения диаметра пластин продиктована, прежде всего, экономическими соображениями. Чтобы сделать процесс производства УСБИС рентабельным, необходимо, чтобы в пределах площади одной пластины умещалось по крайней мере сто чипов, размер которых возрастает по мере перехода к УСБИС все большей сложности. Разумные оценки показывают, что, если на смену пластинам диаметром 150 мм пришли пластины диаметром 200 мм, то на смену последним должны прийти уже пластины диаметром 300 мм. Следующим за этим экономически оправданным диаметром пластин должен стать диаметр 450 мм. Ужесточение других качественных показателей пластин связано, с одной стороны, с необходимостью удовлетворения требованршм современных процессов литографии, а с другой - с необходимостью резкого снижения уровня шумов в условиях существенного ограничения допустимых рабочих токов и напряжений в УСБИС повышенной сложности с постоянно уменьшающимися размерами и увеличивающейся плотностью упаковки рабочих элементов.

В табл. 2.1 представлен фрагмент последнего прогноза изменения качественных показателей пластин кремния, опубликованного в 1999 г.

Непрерывное ужесточение требований к качеству пластин заставляет постоянно совершенствовать технологии их резки и последующей обработки. На рис. 2.1 представлена схема последовательных операций, используемых в производстве пластин диаметром 200 мм (на рисунке не показаны операции изготовления фаски и полировки краев пластин) [10]. Для резки пластин диаметром 150...200 мм обычно используют дисковые станки с внутренней режущей кромкой. После последующих операций многократной шлифовки пластины подвергаются химическому травлению, а затем трехступенчатой односторонней полировке с креплением в носителях с помощью воска. Конечными являются операции групповой жидкостной очистки поверхности пластин в различных растворах.



Таблица 2.1. Перспективы изменения качества пластин кремния по мере усложнения УСБИС

Показатели качества

Годы

2000

2004

2008

2012

Объем динамической памяти

256Л 1G

1G/4G

4G/16G

16G/64G

Диаметр пластин, мм

200/300

300/400

300/400

Локальная неплоскостность (SFQR), мкм

0,18

0,13

0,10

0,07

Поверхностное загрязнение примесями металлов, ат/см

2-10

8-10

4-10

2-10

Число посторонних частиц на поверхности

Размер посторонних частиц на поверхности, мкм

0,10

0,06

0,04

0,03

Для сравнения, на том же рисунке представлены различные варианты технологических схем, разработанных и уже опробованных в применении к пластинам диаметром 400 мм [10]. Характерными особенностями технологии изготовления пластин диаметром 300 и 400 мм являются использование проволочных станков резки и операции двухсторонней полировки, предшествующей операции односторонней полировки рабочей поверхности пластины. Зеркальная полировка обратной стороны пластины позволяет исключить образование в ней полос скольжения при проведении последующих высокотемпературных процессов, а также повысить локальную плоскостность.

Для повышения качества поверхности пластин больших диаметров после проволочной резки, увеличивают скорость подачи проволоки до 850... 1000 м/мин и ее натяжение до 70 Н на струну, что, соответственно, в 2 и 3 раза выше, чем в традиционных станках проволочной резки. Новинкой также является использование водорастворимого охладителя на основе полипропиленгликоля с некоторыми добавками, который обеспечивает постоянную вязкость и сохранение высоких эксплуатационных качеств абразивной суспензии на протяжении всего процесса резки, длительность которой для кристаллов диаметром 400 мм достигает 25 ч. Повышению плоскостности отрезаемых пластин способствует контроль за толщиной сдоя суспензии на поверхности режущей проволоки, что достигается оптимизацией скорости движения проволоки и ее натяжения, скорости подачи разрезаемого слитка, размера зерен абразива в суспензии, а также ее температуры и вязкости. В качестве абра-

Стандартный режим

Режим без травления

Режим без шлифовки

Упрощенный режим

Станок с внутренней режущей кромкой


Химическое травление (в ванне)

Односторонняя полировка (крепление на воске)


Одностороняя полировка (безвосковое крепление)


Одностороняя полировка (безвосковое крепление)

Проволочная резка


Поверхностная обточка

Одностороняя полировка (безвосковое крепление)

Проволочная резка Двухстороняя обточка

Поверхностная обточка

Проволочная резка

Двухстороняя обточка 7 V

ы п к

Групповая очистка в растворе

Одностороняя полировка (безвосковое крепление)

Одностороняя полировка (безвосковое крепление)

Ж-

Вращательная индивидуальная очистка


Одностороняя полировка (безвосковое крепление)

Вращательная индивидуальная очистка


Одностороняя полировка (безвосковое крепление)


Одностороняя полировка (безвосковое крепление)

Вращательная индивидуальная очистка


Рис. 2.1. Схемы последовательных операций, используемых в производстве пластин кремния диаметром 200 мм (о) и 400 мм (б - г)



1 2 3 4 5 6 7 8 9 [ 10 ] 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123

© 2003 - 2017 Prom Izhora
При копировании текстов приветствуется обратная ссылка