Диффузия - это движение частиц среды, приводящая к переносу вещества и выравниванию концентрации или к равномерному распределению концентраций частиц данного сорта в среде. Проводится с целью внедрения примеси в глубь поверхности подложки.

С помощью процесса диффузии осуществляют изменение свойств, а именно, электропроводности, диффузионной длины и времени жизни не основных носителей заряда в локальных областях полупроводникового материала.

Для формирования локальных областей в полупроводнике, как правило, используют двухстадийные диффузионные процессы. Первую стадию, соответствующую диффузии из неограниченного источника называют загонкой. Вторую стадию, соответствующую диффузии из ограниченного источника, созданного на первой стадии называют разгонкой.

Процессы диффузии осуществляются при повышенных температурах. В этом случае сопутствующим процессом является процесс окисления полупроводника. В частности, на поверхности кремния образуется пленка диоксида кремния (SiO2). Диоксид кремния обладает высокими маскирующими свойствами.

5. Теоретические основы метода выполнения технологической операции диффузии

Факторы, влияющие на производительность и качество операции диффузии

Диффузионные процессы должны проводится в герметичном чистом пространстве с минимальной запыленностью. Основная ответственность за надлежащее выполнение технологической операции лежит на операторе диффузионных процессов. Ведь именно оператор принимает пластины для проведения операции. Важно правильно разместить рабочие пластины на кассете в строгом соответствии с технологией. После загрузки кассеты важно правильно установить параметры процесса на специальном программаторе установки «СДОМ - 3/100». После чего производится загрузка. Также необходима проверка питателя с диффузантом. Оператор должен четко следить за загрузкой и выгрузкой кассет с пластинами.

Основными факторами, влияющими на производительность и качество операции диффузии, являются:

- запыленность;

- выполнение требований ЭВГ;

- проведение операции в строгом соответствии с технологией;

- проверка качества работы оборудования перед выполнением операции.

Параметры процесса

Основные параметры процесса:

- cкорость загрузки - выгрузки, количество подаваемого диффузанта, температура процесса, время процесса;

- загрузка - выгрузка должны проводится в мягком режиме (время загрузки - 20 минут). Так как в случае несоблюдения нужной скорости высока вероятность термобоя рабочих пластин, что приведет к неисправимому браку;

- от количества подаваемого диффузанта зависит концентрация примеси на поверхности пластин;

- от температуры процесса зависит качество и внешний вид образовавшегося на поверхности пластин окисла, а также глубина залегания примеси;

- от времени протекания процесса зависит глубина загонки примеси и толщина выросшего окисла.

6. Техника проведения технологической операции диффузии

Назначение, устройство и технические характеристики оборудования и оснастки

Основные составные части установки «СДОМ 3/100»:

- кварцевая труба;

- кварцевая лодочка;

- панель управления;

- механизм загрузки - выгрузки;

- кварцевый зонд;

- питатель с диффузантом;

- магистраль подачи газов;

- панель ручного управления;

- блок управления БПРТ.

Диффузионная электропечь «СДОМ - 3/100» представляет собой трубчатую электропечь сопротивления с тремя самостоятельно управляемыми секциями нагревателя и прецизионной системой автоматического управления температурным полем.

Термическую обработку полупроводниковых пластин при технологических процессах диффузии и окисления проводят в диффузионной электропечи следующим образом. В зону с высокой равномерностью распределения температуры, образованной трубчатым кварцевым реактором, расположенным в нагревательной камере электропечи, вводят группу обрабатываемых пластин на специальной кварцевой подставке - лодочке. После прогрева пластин и лодочки, в реактор подают регулируемый поток парогазовой смеси, каждый вместе с газом - носителем, перемещаясь вдоль реактора, последовательно омывает поверхность обрабатываемых пластин.

В зависимости от состава подаваемого газа на поверхности пластин протекают необходимые физика - химические процессы - окисление, диффузия и т.п.

После заданного времени термообработки, подачу парогазовой смеси прекращают, а лодочку с пластинами извлекают из реактора.

Основные технические характеристики установки «СДОМ - 3/100»:

- габаритные размеры масса электропечи не более: длинна 2135 мм, ширина 710 мм, высота 2103 мм, масса 2245 кг;

- максимальная электрическая мощность, потребляемая электропечью в период разогрева трех реакторов не более 100 кВА;

- максимальная электрическая мощность в установившемся режиме при максимальных температурах в трех реакторах не более 35 квт;

- количество реакторов - три штуки;

- время разогрева электропечи из холодного состояния до максимальной

рабочей температуры с учетом установления теплового режима не более 2 часов;

- время загрузки - выгрузки 2 часа;

- время нагрева до максимальной температуры 1 час 40 минут.

Подготовка и проведение операции

Перед началом процесса диффузии проводится поднятие уровня температуры в рабочих камерах до нужного уровня, что занимает времени до четырех часов. После того как температуру в камерах довели до нужного уровня, проводится их продувка кислородом (для выведения из кварцевой трубы инородных частиц и газов). За этим следует постановка контрольного процесса, по которому контролируют качество работы установки. Когда камеры приведены в рабочую готовность, можно ставить рабочий процесс. Оператор загружает рабочие пластины с помощь вакуумного пинцета в кварцевую кассету, которая стоит на кварцевой лодочке. По завершению загрузки выставляется нужная программа, лодочка заезжает в кварцевую трубу и проводится процесс.

Партии, которые приходят на операцию диффузии, проходят входной контроль (на контрольном пункте). Контролируются внешний вид пластин, их дефектность и степень очистки. После этого партию передают оператору который устанавливает параметры процесса, загружает партии и передает их на последующие операции.

Основные и вспомогательные материалы, их назначение и правила хранения

Основные и вспомогательные материалы, их назначение и правила хранения:

- микроскоп - используется для контроля дефектов на поверхности пластин, хранится в производственном помещении;

- тара - используется для межоперационного хранения пластин, хранится в специальном контейнере;

- пластина кремния - используется как основа будущего изделия, хранится в специальной таре;

- пластина контрольная - используется для проведения контрольных процессов, хранится в специальной таре;

- пластина балластная - используется для проведения рабочих процессов, хранится в специальной таре;

- воздух сжатый осушенный - используется для продувки рабочих камер, а также для работы вакуумного пинцета, хранится в специальных емкостях под давлением;

- кислород - используется для проведения процесса диффузии, поступает по специальным магистралям;

- азот - используется для проведения процесса диффузии, поступает по специальным магистралям;

- аргон - используется для проведения процесса диффузии, поступает по специальным магистралям;

- фосфор - используется для проведения процесса диффузии, хранится в специальном питателе;

- спирт этиловый ректификованый используется для протирки и обезжиривания различных поверхностей, хранится в емкостях из стекла;

- перчатки резиновые - используются для защиты рук работника от ядовитых соединений, хранятся в специально отведенном шкафу;

- перчатки трикотажные - используются при загрузке пластин, для защиты их от жировых загрязнений, хранятся в специально отведенном шкафу;

- одежда технологическая - используется для удовлетворения требований электронной гигиены, хранится в личном шкафчике работника;

- ткань хлопчатобумажная - используется для влажной уборки технологических помещений, хранится в специально отведенном шкафу.

Все вспомогательные материалы без исключения должны хранится в специально отведенных для этого местах. В хранении вспомогательных материалов важную роль имеет выполнение требований электронной гигиены. Так как эти материалы в любом случае будут иметь контакты с рабочими пластинами и другими изделиями требующими высоких показателей качества.

Дефекты, возникающие на операции, анализ их возникновения, методы устранения

Дефекты, возникающие на операции:

- бой пластин. Неаккуратная работа оператора;

- термобой пластин. Неправильно установлены режимы загрузки выгрузки пластин. Нужно переставить режимы процесса в соответствии с технологическими требованиями;

- сыпь в сфокусированном свете. Температура ниже нормы. Установить требуемую технологией температуру;

- неравномерный цвет по пластине. Неправильный температурный режим. Установка нужного режима;

- капли. Загрязнения привносимые оператором или оборудованием. Почистить установку, ограничить контакт оператора с пластиной до минимума.

Технический контроль (назначение приборов, инструментов, используемых при проведении операции)

Для проведения технического контроля используются следующие приборы и инструменты:

- счетчик аэрозольных частиц - используется для контроля влажности воздуха;

- психрометр используется для контроля запыленности воздуха;

- Вакуумный пинцет - используется для загрузки - выгрузки пластин;

- питатель - используется для подачи диффузанта;

- часы любого типа - используются для контроля над процессом;

- кассета - используется для хранения пластин;

- экран - используется отображения информации;

- подставка - используется для плотной фиксации вакуумного пинцета;

- крюк - используется для загрузки лодочки с пластинами;

- шар шлиф - используется для измерения глубины окисла;

- ЛЭФ - 3 м - используется для измерения толщины окисла;

- вольтметр В7 - 40/5 - используется для измерения сопротивления.

Порядок приема и сдачи изделий с операции на операцию

При сдачи (приеме) партии изделий на последующие технологические операции, оператор который, непосредственно проводил какую либо технологическую операцию должен: убедится в качестве выполненной им работы, затем собрать изделия в специальную тару и пересчитать их. После того как оператор убедился в соответствии основных качественных и количественных показателей, он ставит личную подпись в графе своей операции и лично относит партию на следующую операцию (в соответствии с требованием сопроводительного листа). Партию ставят на стол входного контроля, делают ее проверку и передают на следующую операцию, где партию принимает следующий оператор. Он сверяет количество и качество изделий, и только после этого ставит процесс.

(электронная гигиена) в зоне выполнения операции

Все работники модуля ходят в специальной технологической одежде (которую одевают перед началом смены). В рабочей зоне функционирует специальная вентиляция, которая выполняет двойную функцию. Она охлаждает пластины, после того как они выехали из термодиффузионной печи, и в тоже время потоки охлажденного воздуха стабилизируют внутренний микроклимат, также снижают общую запыленность помещения.

На модуле каждый день проводится контроль на запыленность воздуха, норма которого составляет 3,5 частицы в одном литре воздуха (класс чистоты 100) [2].

Требования к межоперационному хранению пластин

Пластины между операциями хранятся в специальной таре, которая прошла положенную химическую обработку. Тара с пластинами хранятся в специально отведенных боксах, в чистых помещениях с жесткими требованиями электронной гигиены. Установленными требованиями хранить пластины положено: 1 ч после химической обработки и 2 ч после процесса диффузии.

Партии пластин между операциями обязательно должны хранится с соответствующими сопроводительными листами, и по заданному технологией времени. Время межоперационного хранения определяет главный технолог.

Литература

диффузия магнитный напыление микросхема

1 Якубовский, С.В. Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы/ С.В. Якубовский. - М.: Радио и связь, 1990. - 235 с.

2 Пасынков, В.В Полупроводниковые приборы/ В.В. Пасынков. - М.: Высшая школа, 1981. - 236 с.

3 Козырь, И.Я. Технология п/п приборов и изделия микроэлектроники/ И.Я. Козырь, Ю.И. Горбунов. - М.: Высшая школа, 1990. - 215 с.

4 Парфёнов, О.Д. Технология микросхем/ О.Д. Парфёнов. - М.: Высшая школа, 1990. - 344 с.

5 Берусин, А.С. Технология и конструирование интегральных микросхем/ А.С. Берусин, О.Р. Молчалин. - М. Высшая школа, 1990. - 276 с.

6 Малышева, И.А. Технология производства МЭУ / И.А. Малышева. - М.: Высшая школа, 1992. - 209 с.

Размещено на Allbest.ru