3. Подготовка основных и вспомогательных материалов, используемых в полупроводниковом производстве. Требования к материалам

К исходным материалам предъявляются повышенные требования по чистоте.

1. Основные материалы: металлы и неметаллы (сами полупроводниковые материалы, легирующие элементы, входящие в их состав, производятся на специальных предприятиях).

Применяются материалы ОСЧ (особой степени чистоты), получаемые комплексными методами очистки (дистилляция, экстракция, ректификация, электролитическое рафинирование, вакуумная переплавка и др.). Пример: Ga особой степени чистоты содержит не более 10^-5 масс. %.

Для контроля чистоты материалов используются методы нейтронно-активационного, масс-спектрального анализа, а на производстве – методы электрофизических измерений.

2. Вспомогательные материалы включают в себя: контейнерные материалы, газы, воду, реактивы.

Контейнерные – материалы тиглей, ампул, лодочек и других элементов технологической оснастки. К ним предъявляются требования повышенной химической инертности, чистоты и механической стойкости. Применяются в основном кварц и графит.

• Кварц может использоваться в окислительных и восстановительных средах, обладает низким коэффициентом термического расширения (КТР) и позволяет проводить процессы до 1300⁰С (размягчается), а в случае поддержки – до 1500⁰С, выдерживает резкие перепады температур. Химически инертен по отношению ко многим полупроводниковым материалам, растворим в плавиковой кислоте.

Недостатки:

• загрязняет расплав полупроводникового материала кислородом и кремнием, хотя, расплавы Ge, InSb не взаимодействуют с SiO₂;

• хорошо смачивается расплавами полупроводников и поэтому требует покрытия элементов оснастки, находящихся в контакте с расплавом, тонким слоем пиролитического углерода.

• Графит позволяет проводить процессы вплоть до 2500⁰С, легко обрабатывается (возможно изготовление изделий сложной конфигурации).

Недостатки:

• не все расплавы выдерживают контакт с графитом без загрязнения (химическая активность при повышенных температурах);

• имеет развитую пористость (высокая адсорбционная способность);

• требует дегазации перед использованием, т.к. при нагревании с поверхности выделяются адсорбированные газы, загрязняющие рабочую атмосферу установок. Не применяется в кислородосодержащих средах.

Марки применяемого графита: МПГ-7, МПГ-8 (плотный мелкозернистый графит). Для закрытия пор графит покрывают слоем пироуглерода.

• Новые контейнерные материалы: AlN, BN Si₃N₄. Имеют высокие температуры плавления, химически инертны, прочны.

Недостатки:

• высокие температуры получения материалов ограничивают их чистоту;

• высокая стоимость.

Для ликвидации недостатков, связанных с использованием контейнеров применяют, где это возможно, бесконтейнерные технологии.

• Вода является одним из основных вспомогательных материалов, и к ней предъявляются повышенные требования. Используется для приготовления травильных растворов, отмывки поверхностей кристаллов и т.д.

Основными показателями качества воды являются:

• удельное сопротивление;

• окисляемость (характеризует содержание растворимых в ней органических веществ). Оценивается по количеству О₂ для их окисления;

• содержание кремниевой кислоты;

• содержание микрочастиц диаметром более 1мкм;

• содержание микроорганизмов.

По этим показателям вода маркируется литерами А, Б, В (табл. 4.).

Таблица 4.