К.В. Фролов - Технологии, оборудование и системы (1062200), страница 144
Текст из файла (страница 144)
5.1.1 приведены требования к пласпгнам кремния, предназначенным дпя изготовления динамических оперативных запоминающих устройств. Терминология и определения основных параметров пластин соответствует стандарту 5ЕМ1 М1-96. С точки зрения структурных и химических характериоппс в пластинах диаметром 200 мм концентрация кислорода должка быль порядка 24 - 33 ррша (! ррша - это одна часть на МИЛЛИОН ИЛИ 10 ЕЛГЭ Гдв гга - ЧИСЛО атОМОВ В 1 смз кремния в 5.10~ ат/смз) и контролироваться с точностью я 2 ррпы. При этом радиальный разброс концентрации кислорода должен быль не более 5 %.
Дислокации должны отсутствовать. Плотность окиспительных дефектов упаковки (ОДУ) не должна превышать 20 см т после окисления пластин при 1000 'С в стазшартном процессе. Объемная концентрация железа не должна превышать 10н ат/смз, чтобы обеспечить в создаваемых приборах рекомбинационное время жизни порядка 150 мкс, а'генерационное время жизни - 500 мкс. Механические характеристики пластин диаметром 200 мм должны отвечать требованиям прецизионной микролитографии. Отклонение от локальной плоскостности должно составлять не более 2/3 минимального размера элемента в пределах площади кристыша. Это состаюшет 0,23 мкм на кристалле размером 22 и 22 мм при минимальном размере элемента 0,35 мкм и степени юпеграции 64 М.
Микро- шероховатость поверхности не должна при этом превьппать 2 нм. Высокопрецизионные методы микролитографии накладывают определенные ограничения и по размеру и числу посторонних частиц на поверхности пластины. Размер этих частиц не должен превышать 1/3 минимального размера элемента, что составляет 0,12 мкм дпя пластин диаметром 200 мм. Зто означает, что изготовление гшастин кремния диамецюм 200 мм должно заканчиваться в чистых помещениях класса 1 (ом. гл, 3.3), в отличие ог пластин диаметром 150 мм, которое может быль завершено в чистых помещениях класса 10. Высокив требования выдюпаются и по концентрации тяжелых металлов на поверхности кремниевой пластины.
Чтобы не ухудшить рекомбинационное и генерационное время жизни носителей зарядов в создаваемых приборах, суммарная концентрация тяжелых металлов не должна превышать 5.10'в ат/смз для пластин диаметром 200 мм. 460 Глав 5.1. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН 5.1.1. Требования к иваствлам яремная, врвввазвачеввым для пзгстевлевня дввамичесвих оперативных запоминающих устройств Харахзерлстяхя ннгеграгьных схем, монекрвстаалса л пластин 150 Интегральные охемы: минимальный размер элеменш, мкм степень интеграции, бнт 0,8 16 М. 0,35 64 М 0,18 256 М - 1 Г Структурные и химические характеристики монокристалла: концентрация кислорода, ррпю плотность окислигельных дефектов упаковки, см т обьемнал концентрация железа, ат/емз в 23 х2 в 26 52 я 20 я 50 2 ° 101е 5 10п 725 10 65 75 775 25 75 75 675 10 60 60 0,5 0,23 0,1 0,1 0,3 Чистота поверхности пластины: поверхностная концентрация металлов (Ре, Тч!, Сп, Ел), ат/смг число частиц на поверхности пластины размер частил.
мкм 2 ° 1010 5 . 101е 5 10п э 10 в 0,12 51 с 0,05 < 50 в 0,3 Механические характеристики платолщина, мкм изменение толщины, мкм прогиб, мкм коробление, мкм локальное опглонение ст плоскостности, мкм, на участке плошадью, мм г мм: 15 х 15 22 х 22 32 х 32 микрошероховатость, нм Механическая обработка полупроводниковых материалов на любом из этапов, начиная с резки монокристаллического слитка иа пластины и заканчивая финишным полированием пластин, заключается во взаимодействии абразивных частиц с приповерхностными слоями материала и отводе образующихся продуктов взаимодействия из активной зоны. В отличие от металлов полупроводниковые материалм имеют преимущественно ковалентный тнп овязи, пластичны при температуре, большей 2/3 температуры плавления, а при 20 'С характеризуются повышенными твердостью и хрупкостью.
Поэтому в качестве абразивных материалов в ннсгруыентах для нх обработки - резания, шлифования и полирования - используют твердые и сверхтвердые материалы (алмаз, карбид кремния, окснд алюминия, оксид циркония, диоксид хремния и др,). Абразивные частицы при обработке либо закрепляют на поверхности нли в объеме специального инструмента, либо они находятся в свободном (незакрепленном) состоянии. Концентрация одновременно хонтахтирующих с обрабшъпюемой поверхностью полупроводникового материала абразивных часпщ может состаюспь 10а - 10е емт.
Следовательно, в процессе механической обработки полупроводниковый материал подвержен одновременному воздействию большого числа локальных центров деформации. Абразивное изнашивание предстаюшет собой соединение боковых трещин, возникающих под действием множества единичных инденторов, скользящих по поверхности обрабатываемого материала (рис. 5.1.1). Объем, характеризующий скорость съема материала ВИДЫ И РЕКИМЫ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ 451 Хг, = 0,115Р / сз/2. (5.1.3) К1, = (0,15кХа/ Ь)(с/а) / . (5.1.2) Рггу б б 7 б У Ряс. 5.1.1. Схеме гммраввв родведьамх в Воеоемх треегнн о материале по шйеномм нишшорм 1- медиеннед (радиальная) трещина; 2- пдестичмлш деформированная эона; У - поеерзность; 4- инденгор; 5- боковае трещина; б - отпечаток индентора; 7- след радиальной трещины не поверхности; Р— нагрузка на индентор Рне. 5.1.2.
Зависимость мезпп данной с тгммин и негрузной ва ивдевтор Р дав ариеявя ПГе Хге - коэфФициент интенсивности напркжений в вершине трещины (вязкость разрушения); .Х - микротвердость; Ж - концентрация частиц абразива; р - среднее давление; Р- средний путь, проходимый частицей за время обработки. Из формулы (5.1,1) следует, что износ или скорость съема материала при постоянных времени обработки, давлении и концентрации абразивных частиц определяется характеристиками материала — Кг и Н.
Коэффициент Хг, рассчитывают по эмпирической формуле Здесь к = 3,2 - коэффициент, учитывающий влияние наклонных трещин; Н - микротвердость; при вдавливании пирамиды Виккерса Н = 0,47Р/ а2, где Р - прилохгенная ншрузкы а — полудишонаяь отпечатка; Ь вЂ” коэффициент, учитывающий поперечное скатке при мнкровдавливании; Ь = 1,93 для решетки сфалернта; с - усредненная длина трещины. С учетом значений величин формула (5.1.2) принимает вид На рис. 5.1.2 приведена зависимость Р = /(с~/2) . Тангенс угла нахлона линии пропорционален К1 . Соотношение (5.1. 3) монне использовать ддя большинства полупроводниковых и диэлектрических материалов. В табл.
5.1.2 приведены свойспа полупроводников ТУ группы Периодической системы и некоторых наиболее часто применяемых в полупроводниковых приборах соединений АшВУ: модуль Юнга Е, микротвердость Н (сопротивление деформации), коэффициент Кг, отношение Н / Хг, отношение Н/Е и относительная скорость съема материала у „при абразивной обработке.
Вязкость разрушения определяет сопротивление материала образованию и распростРаненшо тРещин. Чем больше Кге, тем больше сопротивление материала разрушению и тем меньше вероятность образования трещин при механической обработке материала. Чем больше Н / Кг, тем больше прочность материала. Отношение Х/Е характеризует склонность либо к упругой, либо к пластической деформации. Для чисто упругой деформации Х/Е = 0,15, лля совершенно пластичного материала Н/Е = О. Таким образом, чем меньше Н/Е, тем более пластичен материал. бг уб-~ Г б 4 б б 7ВУЮ-~ С™~э~ 462 Глава 5.1. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПЛАСТИН 5ГН2.
Свойства попупроводввкев Тв грузим Периодической евстемы и вовуиреводиэмещщ сеедщщщй АшВУ Хга, МПа м'Л Н / Е1с ° мкм гд Е, Н, Е эВ Н/Е 17,15 5,30 1200 96 5,60 0,080 12,20 2,70 ГИС 3,20 2,5 33 0,075 440 0,075 160 81 1,12 11,65 10 12,0 1,03 0,75 130 7,0 0,64 10,90 0,054 18,5 0,327 0,57 18,9 2,26 3,5 103 8,5 14,90 0,082 0,078 23,2 1,43 0,310 85 6,6 0,51 12,95 1пр 1,35 0,427 61 10,25 0,069 34,3 4,2 0,41 4,5 0,36 8,60 0,060 1пАа 0,35 0,357 52 3,1 43,9 5.1.3. Свойства основных абразвввых мате(щапов, всщавьэуеюах ври ебрабсггке крмвщщ В табл. 5.1.2 переменными параметрами являкпся ширина запрещенной зоны Е, характеризующая прочность связей в полупроводниковом материале, степень ионности связи /; и степень метвллиэации связи л, выраженная через среднее значение главных квантовых чисел валентных оболочек атомов А и В по Пирсону: л = (л,а, + лВ) / 2 .
В пределах групп полупроводниковых материалов (Гв' группы и группы соединений Аггг- Вч) существует корреляция между механическими свойствами, шириной запрещенной зоны и степенью метаплиэацвн оил овязи. Корреляция со степенью ионности в силах овязи существует лишь в пределах изокатионных (Пар, Оэдэ) и (1вР, 1пАз) рядов.
С увеличением степени метющиэацни связи модуль Юнга и микротвердосп уменьшаются, а скорость съема увеличи- В табл. 5.1.3 представлены показатели механических свойств основных абразивных материалов, используемых в базовом технологическом процессе изготовления пластин кремния. Так как модуль Юнга, твердость, коэффициент интенсивности напряжения алмаза, карбида кремния, оксида алюминии, оксида циркония больше, чем у кремния, то эти материалы служат основой дэя абразивного инструмента, предназначенного ддя калибравания, формирования срезов, резки монохристалла, шлифования пластин и создания закруглений (фаски) на краях пластины.
Диоксзсд кремния по твердости, коэффициенту юпенсыаности нютряввний и скорости съема близок к кремнюо, а модуль упругости его досщточно высок, поэтому он широко ислользущся дпя созэания колщоидно-дисперсэгых сред дпя окончательного химико-механического полирощния поверхности пластин кремния. Базовый процесс изготовления кремниевых пластин вюпочает химико-механическое полирование, очиспсу поверхности и контроль качества пластин, которые проводат в помещениях с классом чистоты 100, а для начальной части технологического процесса не требуется помещений высокого класса чистоты (как правило, приемлемы классы 10 000 и 1000). Механическую обработку монокристюгла и пластин можно условно разделить на два этапа: обработку монокристалпа и пластин инструментом со связанным абразивом; обработку поверхности пластин свободным абразивом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
