1.2. Общие задачи, решаемые в технологии полупроводниковых материалов

Задачи определяются требованиями к материалам, используемым для производства приборов.

1. Обеспечение высокой степени чистоты получаемых материалов. Чтобы материал обладал свойствами собственного полупроводника суммарное содержание примесей не должно превышать 10^-7 ÷ 10^-8 масс. %. На практике при получении легированных материалов содержание «неконтролируемых» примесей снижают до 10^-5 ÷ 10^-6 масс. %.

Высокая степень чистоты обеспечивается:

• созданием высоко гигиеничных условий производства;

• использованием основных и вспомогательных материалов высокой чистоты;

• высокой квалификацией инженерно-технического персонала.

2. Обеспечение требуемых физических характеристик материала с высокой степенью однородности свойств достигается:

• использованием легирующих примесей;

• применением специальных технологических приемов, обеспечивающих высокую однородность распределения этих примесей в объеме получаемых кристаллов.

3. Обеспечение высокого структурного совершенства получаемых полупроводниковых материалов достигается:

• созданием необходимых тепловых условий роста кристалла и его охлаждения;

• применением специальных технологических приемов, обеспечивающих стехиометрию получаемого соединения и т.д.

Высокая степень чистоты полупроводниковых материалов обеспечивается: соблюдением производственной чистоты; обеспечением микроклимата; подготовкой основных и вспомогательных материалов, используемых в полупроводниковом производстве.

1. Соблюдение производственной чистоты

Исходя из вышеперечисленных задач, все операции с полупроводниковыми материалами должны проводиться в производственных помещениях, отвечающих жестким требованиям по чистоте и микроклимату. Известно, что в городе концентрация пыли в воздухе составляет более 10⁵ л^-1. Пыль обладает высокой адсорбционной способностью и при повышении температуры выделяет адсорбированные вещества. Поэтому при организации производства необходимо обеспечить правильное расположение, как самого производства, так и правильный выбор конструкции производственных помещений, и их взаимное расположение. Полупроводниковые предприятия удобно размещать в зеленых зонах. Конструкция здания должна обеспечивать герметизацию производственного помещения.

По категории чистоты производственные помещения разделены на 5 классов. Для полупроводникового производства пригодны помещения первых трех классов (табл. 2.).

2. Обеспечение микроклимата

Помещения по микроклимату для каждого класса чистоты должны отвечать определенным требованиям (табл.3.).

Для осуществления ответственных технологических операций с полупроводниковыми материалами на предприятиях организуются гермозоны (помещения 2 класса чистоты и 2 категории микроклимата) в которые подается очищенный воздух с избыточным давлением P_изб.=20÷50 Па. Создаваемый подпор чистого воздуха предотвращает подсос грязного воздуха в помещение.

Таблица 2.

Классы чистоты производственных помещений полупроводниковых предприятий

Класс чистоты	Содержание пылинок размером d>0,5мкм, л-1
1 (особо чистое производство)	4
2	35
3	350
4	3500
5	По санитарным нормам

Таблица 3.

Климатические нормы для помещений разных классов чистоты

Категория микроклимата	Температура, 0С		Относительная влажность, %
	Зима	Лето
1	211	231	455
2	202	232	4515
3	По санитарным нормам

Температурно-влажностный режим обеспечивается кондиционированием воздуха, подаваемого в помещение.

Подаваемый в гермозону воздух проходит три ступени очистки:

• грубая очистка – в месте забора воздуха;

• тонкая очистка;

• специальная очистка (электростатическая, сорбционная).

Вход в гермозону осуществляется по специальным пропускам. Персонал снимает общезаводскую одежду в помещении 1, проходит по тамбуру 2 в комнату личной гигиены с душем 3, потом в помещении 4 надевает чистую одежду и по обдуваемому тамбуру 5 направляется в чистую комнату 6. Дверь между помещениями 5 и 6 раздвижная. Выход осуществляется в обратном порядке.

Поскольку в гермозонах из-за их большой площади не удается создать необходимые условия для помещений 1 класса чистоты, то внутри гермозоны создаются чистые комнаты (помещения 1 класса чистоты) (рис. 2,а) от остального пространства они также отделены системой вспомогательных помещений, аналогичной системе изоляции гермозоны. Основное отличие – отсутствие душа в комнате личной гигиены. В чистых комнатах производятся самые ответственные операции (загрузка и выгрузка пластин в технологические установки, фотолитография и т.п.). Через чистую комнату продувается очищенный воздух. Режим движения воздушных потоков должен быть ламинарным, а их скорость 0,2-0,5 м/с. В чистой комнате давление воздуха несколько выше, чем в окружающем помещении для предотвращения подсоса из него.

В чистой комнате воздухообмен организуется по схеме, представленной на рис. 2,б.

Фальшпол выполняется в виде перфорированной поверхности.

Конструкционные материалы чистых комнат должны быть пылеотталкивающими, пожаро- и водостойкими и т.д.

Иногда экономичнее организовать в гермозоне «чистые места», используя пылезащитные камеры или скафандры (оформленные по принципу чистой комнаты), при этом оператор находится вне «чистого места», и через специальные шлюзы вводит в него только руки.

В производственных помещениях проводятся влажные уборки – мытье полов (1 раз в смену) и стен (1 раз в неделю).

Рис. 2. Чистая комната: а – расположение чистой комнаты в гермозоне (вид сверху), б – организация в ней вентиляции и в – внешний вид чистой комнаты. Гардеробы для общезаводской (1) и чистой (4) спецодежды, 2,5 – обдуваемые сверху тамбуры, 3 – комната личной гигиены, 6 – рабочее помещение чистой комнаты, 7 – тамбуры связи для подачи материалов, 8 – фильтры тонкой очистки воздуха в фальшпотолке, 9 – рециркуляционный насос, 10 – окно для пристыковки оборудования, 11 – фальшпол, 12 – окно для выхода воздуха.