В.Г. Блохин - Современный эксперимент (1062943), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Основная цель работы — выработка навыков у студентов к самостоятельной постановке н вроведенпю исследовашгя и моделирования ТП. В соответствии с эгнм в работе студснг должен решать следующие основные задачи на основании полученного задания построить единую схему органнзации исследования для выбранноп технологической операции (ТО); провести математическое моделирование заданного ТП; проанализировать полученные результаты и сделать выводы. Исходные данные. Технологический процесс.— объект исследования; параметры качесзва изделия, изготавливаемого в данном ТП студенты получают по мере выполнения этапов курсовой работы.
Содержание работы. Курсовая работа должна быть объемом не более 25 — 30 страниц рукописного текста и содержать следующие разделы. !. Анализ выбранной технологической операции. 1.1 Краткое описание тсхьологнчсского процесса. 1.2. Сравнительный анализ входных и выходных параметров, присущих данной операции. 1.3. Обоснованный выбор наиболее существенного выходного параметра качества. !.4. Отбор панболес существенных входных факторов. 2. Построение общей схемы контроля. 2.!.
Для выбранного выходного параметра качества провести анализ конкретных мероприятий по контролю данного технологического процесса по критериям точности и стабильности, настроенности и отлажснностп. 2.2. Описать операционный контроль выбранного параметра качества (методику проведения, оборудование и критерии брака).
3. Провсдсппс математического моделпроваиия данного технолопшсского процесса. 3.1. Обосновать необходимость проведения моделирования выбранного технологического пргпссса и разрабогать план эксперимента. 3.2. На основании полученных данных построить адекватную математическую модель методами статистического планировгошя эксперимента (ПФЭ, ДФЭ, ОПКП, РК!Ц!). -!. Анализ получсппых резул~ та1ов и выводы. !9Б куРООВля РдБОтд Т см а; «Организация контроля и моделирование технологических процессов производства электронных средств» Технологическая опера ци я: термическое окисление кремния. 1. Анализ выбранной технологической операции.
!.1. Краткое описание технологического процесса В плапярной технологии метод термического окисления кремния является основным при получении маскирующих пленок в процессах фотолитографии, легирования и травления кремния и плешьк подзатнорного оксида для МОП-структур. Термический диоксид образуется в результате реакции кремния с кислородом, водой и другими соединениями, имеющими и своем составе кислород 5ь+Оэ=бьОа или Ь|+2Не0=3ьОи+2Нь раз ПССНГЛЕЛЬ лг реакции с рг лхилчврьия рг к лсрсрх лрсьви Л ' Рнс. ЬП.2.
Схема процесса окисления пласхяна кремния !97 На практике термическое окисление кремния проводится как в сухом, так и во влажном кислороде при температурах 850... ...1300'* С. Прн более низких температурах скорости окисления очень малы и производительность процесса резко снижается. Поскольку скорость реакции по второй формуле несколько выше, чем первой, то для повышения производительности целесообразнее использовать в качестве реагента влажный кислород. Механизм окисления 3! складывается нз нескольких последовательных стадий: диффузии кислорода из газового потока к поверхности кремниевой пластины; адсорбции кислорода этой поверхностью; реакции окисления кремния по приведенным уравнениям — образования первоначального слоя Ь!Ох, диффузии кислорода через этот слой к поверхности кремния, где и протекает реакция окисления (рис. 1.
П.2). Для термического окисления применяется высокотемпературное оборудование, например, диффузионные электропечи типа СД0-12513, трех- или шестикамериые автоматизированные системы типа АДС-6-!00. Общая схема установки термического окисления представлена на рнс. 2.П.2. Камера установкц из дважды Рнс. л П.лй Схема установки лля окисления: т -. ротамстр; 3 — работая камера; а — пластала; 4 — кассета: 5 — солотрсаатсла; а — уалст- ясяас; 7 — барбатер; а — аеатяль переплавленного в вакууме кварца проходит через муфель печи с резнстивным нагревателем. Температура в рабочей зоне поддерживается с точностью 0,5'С в диапазоне 700 ...
1250'С, Процесс проводят способом открытой трубы, т. е. через кварцевуку трубу- камеру непрерывно проходит сухой нли влажный кислород. Для обеспечения подачи в камеру строго определенного количества паров воды испарение ведут в стационарном режиме. Для этого через определенное количество воды, залитой в барботер, пропускают кислород, нагретый до 1=-60...95' С, Подготовленные пластины кремния помещают вертикально в пазы кварцевой кассеты, установленной на площадку загрузочного устройства, Технологические этапы окисления — продувка камеры азотом: нагрев рабочей зоны до предварительной температуры, заданной по технологии, загрузка кассеты с пластннамн в рабочую зону установки кварцевым толкателем со скоростью !0...60 см/мин; нагрев печи с заданной скоростью до рабочей температуры; подача парогазовой смеси; выдержка пластин в течение заданного времени; охлаждение печи; выгрузка пластин кварцевым толкателем — выполняется авж>магически.
В процессе термического окисления осуществляется возвратно-поступательное перемещение пластин амплитудойй около 20 мм, чтобы предотвратить приварку кассеты к позе)ухности трубы. Предварительный нагрев печи и медленная загрузка и выгрузка пластин обеспечивают более мягкий режим окисления и уменьшают градиент температуры по радиусу пластин, а следовательно, и термические напряжения, приводящие к изгибу пластин. Скорость нагрева печи вместе с пластинами до рабочей температуры — -1 ... 3'С/мнн, скорость охлаждения около 8'С/мин.
1.2. Сраанитглбнтнс) анализ «хот)ных и выходное г сдакторов, присуи)их данной онерайии Управление процессом роста пленки осуществляется путем контроля следующих основных параметров технологического процесса (ТП): 1) температуры подложки (1'С); 2) давления парогазовой смеси в реакторе (Р, МПа); Рис, З,П.2, Представление ис. следуемого процесса в виде «черного ящика» у> гц>л 3) концентрации водяного пара в объеме реактора (С, м а); 4) температуры воды в барботере (1но, 'С); 5) скорое~и п<>дачи парогазовой смеси н реактор (м1с); 6) скорости нагрева и охлаждения печи вместе с пластинами (м/с). Также на качество ТП большое влияние оказывают характеристики исходных материалов и образцов: степень чистоты поверхности подложки; уровень легирования подложки; степень чистоты реактивов (Ои Ха, НаО).
Кроме того, результаты термического окисления будут в некоторой степени зависеть от различных неконтролируемых факторов: погрешностей в работе технологического оборудования; его износа; неточности приспособлений и технологической оснастки; неоднородности свойств материалов и заготовок изделий и др. В общем случае технологическая операция (ТО) термического окисления >сремния, как и люоои другой ТП, может быть представлена в виде «черного ящика» (рис. З.П.2) с четырьмя группамн параметров.
1.2.1. Входные контролируемые н управляемые параметры: (х)». В операции термического окисления к втой группе факторов относятся первые шесть нз перечисленных. В дальнейшем, при анализе ТП, будут рассматриваться только эти факторы, так как онн призваны уменыпать погрешности ТП и поддерживать заданные технологические режимы, обеспечивая тем самым получение продукции с заданнымн параметрами качества. Непосредственно в производстве задаются пределами изменения каждого фактора: хм>а,<х;«х,„,. Например: 850" С.а:г„аа= (1300'С, ! ППа<Р«50 ИПа, 60'С сгпо ~95 С. Из всей группы факторов (х;) всегда можно выделить доминирующие, т. е. те, которые оказывают наибольшее влияние на качество ТП.
Существу>от различные методики выявления наиболее существенных технологических факторов. Основными пз них являются метод ранговой корреляции, метод насыщенных планов и метод сверхнасыщецпых планов. 122, Входные контролируемые, но неуправляем ы е факторы, (ич) и> . >99 гп х уг Уг рис. 4.П.2. Схема вааимодеаствпи входных факторов и выходных параметров нсследуемого про цеста В термическом окислении к ним относятся: степень чистоты подложки, уровень легировапия подложки, степень чистоты реактивов и другие факторы, управление которыми ведется на предыдуших операциях ТП. Эти факторы вносят систематическую погрешность в точность ТП, но если их влияние це деформирует закон распределения параметров качества ТП, то нет необходимости в их контроле н анализе.
!.2.З. В х о д н ы е неконтролируемые и н е у и р а в л я емые факторы: (гы1,-, К этой ~рупие относятся случайные и, следовательно, неконтролируемые параметры исходных материалов и оборудования. Количество этих факторов велико, они неуправляемы и создают «шумь на входе ТП. 1.24. Выходные параметры (у)т несут информацию о качестве ТО и удовлетворяют установленным допускам: йэ ~а~у~ ( -~у~ гпах. Операция термического окисления характеризуется следующими параметрами качества: точностью толщины слоя оксида: однородностью слоя; беспористостью слов; чистотой слоя; плоскостностью пластины кремния н др.
Все эти параметры относятся к физическим параметрам качества оксидного слоя. При анализе ТП важно определить зависимость выходных параметров качества от входных контролируемых и управляемых факторов. В операции термического окисления каждый выходной параметр (толшина слоя, его дефектность и др.) зависит от суммарного действия всех входных факторов (х,) (рис. 4.П.2). Распределения влияния входных факторов на различные параметры качества будут цри этом разные, но это не позволяет выделить дадой-либо наиболее существенный выходной параметр ТП. Правда, необходимо учитывать также влияние выходных факторов друг на друга.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
