Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Учебное пособие 2064

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
30.04.2022
Размер:
4.8 Mб
Скачать

Окончание табл. 6.2

Операция

 

Требования к контролируемым и из-

Средства кон-

Объем выбор-

 

 

 

 

меряемым параметрам

троля и изме-

ки, периодич-

 

 

 

 

 

рения

ность контроля

24. Измерение

Длина дополнительного среза (мм)

То же

То же

длины допол-

должна соответствовать указанной в

 

 

нительного

ТД для соответствующих диаметров

 

 

среза

 

 

пластины (мм)

 

 

25.

 

Контроль

Не допускается наличие неисчезаю-

Микроскопы

Цех, ОТК

качества

обра-

щих рисок, трещин, микротрещин, ис-

МВС-1,

выборочно

ботки

рабочей

чезающих рисок длиной 0,5–1,0 диа-

МБС-2,

(10% от пар-

поверхности

метра, ямок более 0,3 шт/см2, более

стол СМП-1

тии)

пластины

 

трех–четырех краевых сколов разме-

 

 

 

 

 

 

ром от 0,5×0,5 до 1,5×1,5 мм. Пласти-

 

 

 

 

 

 

ны, имеющие исчезающие риски или

 

 

 

 

 

 

большее количество сколов, ямок, пе-

 

 

 

 

 

 

редают на доработку

 

 

26.

 

Контроль

Не допускается наличие следов резки,

Микроскопы

Цех 100%,

качества

обра-

приклеивающего материала, матовых

МБС-1,

ОТК

ботки

нерабо-

серых пятен

МБС-2

выборочно (5–

чей

поверхно-

 

 

 

 

10% от партии)

сти пластины

 

 

 

 

 

27.

Контроль,

Не допускается наличие пятен, подте-

Микроскопы

То же

чистоты

по-

ков, следов абразивного и приклеи-

МБС-1,

 

верхности пла-

вающего материалов

МБС-2,

 

стины

 

 

 

стол СМП-1

 

28.

 

Контроль

Шероховатость рабочей поверхности

Профилограф

Цех, ОТК

шероховатости

пластины Rz = 0,050, нерабочей по-

 

выборочно

поверхности

верхности Rz = 0,040

 

(одна пластина

пластины

 

 

 

из партии)

29. Контроль

Не допускается наличие исчезающих

Визуально,

Цех, ОТК

нарушенного

рисок общей длиной, превышающей

микроскопы

выборочно

слоя на по-

диаметр пластины, а также микровы-

МИМ-7,

(5% от партии)

верхности пла-

колов

ММУ-1,

 

стины

 

 

 

ММУ-3,

 

 

 

 

 

 

МБС-1,

 

 

 

 

 

 

МБС-2

 

30.

Измерение

Удельное сопротивление должно соот-

Измеритель

Цех, ОТК

удельного

со-

ветствовать указанному в ТД

удельного со-

выборочно

противления

 

противления

(одна пластина

 

 

 

 

 

 

из партии)

171

Анализ технологического процесса изготовления и обработки пластин по табл. 6.1 и 6.2 показывает, что только при механической обработке кремниевых пластин в целях их подготовки к наращиванию эпитаксиальной структуры осуществляют 29 контрольно-измерительных операций, каждая из которых необходима для обеспечения требуемого качества проведения последующих технологических операций.

6.2. Операции контроля и измерения в технологическом процессе формирования кремниевых эпитаксиальных структур с островковой топологией скрытого диффузионного слоя

Технологический процесс изготовлений кремниевых эпитаксиальных структур со скрытым диффузионным слоем включает следующие технологические и контрольно-измерительные операции:

1)формирование партии пластин после механической обработки;

2)освежение поверхности пластин;

3)химическую обработку пластин;

4)контроль пластин после химической обработки;

5)окисление пластин;

6)контроль пластин после окисления;

7)нанесение слоя фоторезиста на рабочую поверхность пластины;

8)сушку слоя фоторезиста;

9)совмещение и экспонирование слоя фоторезиста;

10)проявление фоторезиста;

11)контроль пластин после проявления фоторезиста;

12)задубливание фоторезиста;

13)нанесение фоторезиста на нерабочую поверхность пластины;

14)задубливание фоторезиста на нерабочей поверхности пластины;

15)травление окисла кремния;

16)снятие слоя фоторезиста;

17)контроль пластин после снятия слоя фоторезиста;

18)химическую обработку пластин;

19)контроль после химической обработки (перед I стадией диффузии);

20)сборку ампулы на загонку диффузанта;

21)стадию диффузии примеси (загонку);

22)вскрытие ампулы после загонки примеси;

23)1 стадию диффузии примеси (разгонку);

24)снятие окисла кремния;

25)химическую обработку пластин;

26)контроль после химической обработки (после II стадии диффузии);

27)контроль после формирования локальных диффузионных n+-областей;

28)формирование партии пластин с диффузионными n+-областями для эпитаксии;

172

29)наращивание эпитаксиального слоя кремния;

30)контроль после формирования эпитаксиального слоя.

Перечень контрольно-измерительных операций согласно пп. 4, 6, 11, 17, 19, 26, 27, 30 приведен в табл. 6.3.

При 100%-ном контроле продукции кремниевые пластины, не соответствующие требованиям, перечисленным в табл. 6.3, бракуют.

При выборочном контроле продукции несоответствие кремниевых пластин требованиям, представленным в табл. 6.3, является основанием для контроля удвоенной выборки, а несоответствие качества пластин в удвоенной выборке — основанием для браковки всей предъявленной в ОТК продукции.

6.3. Операций контроля и измерения в технологическом процессе формирования полупроводниковых структур

Как отмечалось, основные технологические операции изготовления эпитаксиальных и полупроводниковых структур (окисление, фотолитография, диффузия) являются общими для этих процессов и повторяются многократно в технологическом процессе формирования полупроводниковых структур, а следовательно, повторяются и контрольно-измерительные операции, которые по существу являются типовыми для второго этапа производства ИМС.

Таблица 6.3

Контрольно-измерительные операции в технологическом процессе формирования кремниевых эпитаксиальных структур со скрытым n+-слоем

 

Требования к контролируемым и из-

Средства кон-

Объем выбор-

Операция

троля и изме-

ки, периодич-

меряемым параметрам

 

рения

ность контроля

 

 

1. Контроль пластин после химической обработки

 

 

1. Контроль

Не допускается наличие подтеков, раз-

Визуально,

Цех 100%,

чистоты по-

водов, пятен

установка ви-

ОТК

верхности пла-

 

зуального

выборочно

стины

 

контроля

 

(5% от партии)

 

 

микроскопы

 

 

 

 

 

МБС-1,

 

 

 

МБС-2

 

 

 

 

 

2. Контроль

Не допускается наличие более двух

То же

То же

качеству обра-

светящихся точек для пластин диамет-

 

 

ботки поверх-

ром 40 мм и четырех светящихся точек

 

 

ности пласти-

для пластин диаметром 60 мм

 

 

ны

 

 

 

 

 

 

 

173

Продолжение табл. 6.3

Операция

Требования к контролируемым и из-

Средства кон-

Объем выбор-

 

меряемым параметрам

троля и изме-

ки, периодич-

 

 

рения

ность контроля

II. Контроль пластин после окисления

 

 

3. Контроль

Окисная пленка на рабочей поверхно-

Визуально,

То же

качества окис-

сти пластины должна быть однород-

ЛБ-30

 

ной пленки

ной по цвету, без дефектов, различае-

 

 

 

мых невооруженным глазом (допуска-

 

 

 

ется неоднородность цвета в перифе-

 

 

 

рийной области пластины не далее

 

 

 

3 мм от края)

 

 

4. Контроль

Толщина окисной пленки должна со-

Визуально,

То же

толщины окис-

ответствовать ТД

цветовая таб-

 

ной пленки

 

лица

 

5. Контроль

При осмотре поверхности пластины

Визуально,

Цех

чистоты по-

под коллимированным пучком света с

установка ви-

выборочно

верхности пла-

изменением угла зрения допускается

зуального

(5% от партии)

стины

наличие восьми светящихся точек для

контроля

 

 

пластин диаметром 40 мм и 22 светя-

микроскопы

 

 

щихся точек для пластин диаметром

МБС-1,

 

 

60 мм

МБС-2

 

III. Контроль пластин после проявления фоторезиста

 

 

6. Контроль

Все элементы модулей должны быть

Визуально,

Цех 100%,

внешнего вида

полностью проявлены и иметь ровные

микроскопы

ОТК

рисунка

края. Не допускается наличие грязе-

МБС-1,

выборочно

 

вых подтеков, остатков фоторезиста,

МБС-2, мик-

 

(5% от партии)

 

разводов, пятен

роинтер-

 

 

 

 

ферометр

 

 

 

МИИ-4

 

7. Контроль

Уход размеров элементов рисунка не

Визуально,

Цех, ОТК

ухода размера

должен превышать величины, указан-

микроскоп

выборочно

элемента ри-

ной в ТД

 

(5% от партии)

сунка

 

 

 

IV. Контроль пластин после снятия слоя фоторезиста

 

 

8. Контроль

На поверхности пластины не допуска-

Визуально,

Цех 100%,

целостности

ется наличие рисок, сколов, трещин

микроскопы,

ОТК

пластины

 

интерферо-

выборочно

 

 

метр

 

 

(5% от партии)

 

 

 

9. Контроль

На рабочей и нерабочей поверхностях

Визуально,

То же

чистоты рабо-

пластины не допускается наличие под-

микроскоп

 

чей и нерабо-

теков, пятен, остатков фоторезиста.

УВК-2, мик-

 

чей поверхно-

После обработки рабочей поверхности

рометр

 

стей пластины

пластины струей очищенного азота

 

 

 

допускается наличие не более девяти

 

 

 

светящихся точек для пластин диамет-

 

 

 

ром 40 мм и 22 светящихся точек для

 

 

 

пластин диаметром 60 мм

 

 

174

Продолжение табл. 6.3

Операция

Требования к контролируемым и из-

Средства

Объем выбор-

 

меряемым параметрам

контроля и

ки, периодич-

 

 

измерения

ность контроля

10. Контроль

На рабочей поверхности пластины

Визуально,

Цех 100%,

качества окис-

должен быть сформирован фотоли-

ЛБ-30

ОТК

ной пленки на

тографический рисунок, на нерабо-

 

выборочно

рабочей и не-

чей — сплошная окисная пленка.

 

(5% от партии)

рабочей по-

Окисная пленка на обеих сторонах

 

 

верхностях

должна быть однородной окраски

 

 

пластины

 

 

 

11. Контроль

Не допускается наличие проколов в

Визуально,

Цех, ОТК

дефектности

окисной пленке, остатков окисной

микроскоп

выборочно

элементов мо-

пленки в окнах. Выступы и впадины

ММУ-3.

(5% от партии)

дуля

по контуру элемента должны соот-

микрометр

 

 

ветствовать табл. 6.4

МОВ-1×16,

 

 

 

микроинтер-

 

 

 

ферометр

 

 

 

МИИ-4

 

12. Контроль

Уход размеров контрольного элемен-

То же

То же

ухода размера

та модуля должен быть не более

 

 

элемента мо-

1,5 мкм, если эта величина не огово-

 

 

дуля

рена в ТД

 

 

V. Контроль пластин после химической обработки

перед I стадией диффузии

13. Контроль

Не допускается наличие подтеков,

Визуально,

Цех 100%,

чистоты по-

разводов, пятен

микроскопы

ОТК

верхности

 

МБС-1,

выборочно

пластины

 

МБС-2

(5% от партии)

14. Контроль

Не допускается наличие более девяти

Визуально,

То же

качества обра-

светящихся точек для пластин, диа-

установка ви-

 

ботки поверх-

метром 40 мм и 12 светящихся точек

зуального:

 

ности пласти-

для пластин диаметром 60 мм

контроля

 

ны

 

УВК-2, мик-

 

 

 

роскопы

 

 

 

МБС-1,

 

 

 

МБС-2

 

 

 

 

 

175

Продолжение табл. 6.3

Операция

Требования к контролируемым и из-

Средства кон-

Объем выбор-

 

меряемым параметрам

троля и изме-

ки, периодич-

 

 

рения

ность контро-

 

 

 

 

ля

VI. Контроль пластин после химической обработки после П стадии диффузии и сня-

тия окисной пленки

 

 

 

15. Контроль

Не допускается наличие подтеков, раз-

Визуально,

Цех 100%,

чистоты по-

водов, пятен

микроскопы

ОТК

верхности пла-

 

МБС-1,

выборочно

стины

 

МБС-2

 

(5% от пар-

 

 

 

 

тии)

16. Контроль

Не допускается наличие более 12 све-

Визуально, ус-

То же

качества обра-

тящихся точек для пластин, диаметром

тановка визу-

 

ботки поверх-

40 мм и 28 светящихся точек для пла-

ального: кон-

 

ности пласти-

стин диаметром 60 мм

троля УВК-2,

 

ны

 

микроскопы

 

 

 

МБС-1,

 

 

 

МБС-2

 

VII. Контроль пластин после формирования локальных

диффузионных областей

17. Измерение

Поверхностное сопротивление не

Измеритель

 

Цех, ОТК вы-

поверхност-

должно отличаться от указанного в ТД

удельного

 

борочно (одна

ного сопротив-

более чем на ± 20%

электриче-

 

пластина-

ления диффу-

 

ского сопро-

 

спутник из ка-

зионной облас-

 

тивления

 

ждой партий)

ти

 

 

 

 

18. Измерение

Глубина: диффузионной области не

Установка для

 

Цех, ОТК вы-

глубины диф-

должна отличаться от указанной в ТД

получения

 

борочно (одна

фузионной об-

более чем на ± 20%

сферических

 

пластина-

ласти

 

шлифов

 

спутник из ка-

 

 

 

 

ждой партий)

19. Контроль

Коэффициент наполнения структуры

Селективный

 

Цех, ОТК

наполнения

линиями скольжения должен быть не

травитель,

 

выборочно од-

структуры ли-

более 0,2

линейка

 

на пластина из

ниями сколь-

 

 

 

партии)

жения

 

 

 

 

20. Контроль

На поверхности пластины не допуска-

Визуально,

 

Цех 100%,

целостности

ется наличие рисок, сколов, трещин

микроскопы

 

ОТК

пластины

 

МБС-1,

 

выборочно

 

 

МБС-2

 

 

 

 

(5% от партии)

 

 

 

 

21. Контроль

На рабочей поверхности пластины не

То же

 

Цех, ОТК

чистоты рабо-

допускается наличие подтеков, разво-

 

 

выборочно

чей поверхно-

дов, пятен, остатков окисла, эрозий-

 

 

(одна пласти-

сти пластины

ных дефектов в n+-области (темных

 

 

на-спутник из

 

штрихoв, точек, искривлений линий)

 

 

каждой партий)

 

должно быть не более чем в эталонном

 

 

 

 

образце

 

 

 

176

Продолжение табл. 6.3

Операция

Требования к контролируемым и из-

Средства

Объем выбор-

 

меряемым параметрам

контроля и

ки, периодич-

 

 

измерения

ность контроля

22. Измерение

Прогиб пластины (мкм) должен соот-

Индикатор

Цех, ОТК

прогиба пла-

ветствовать указанному в ТД

МИГ-1

выборочно

стины

 

 

(5% от партии)

VIII. Контроль эпитаксиальных структур со скрытым

n+-слоем

 

23. Измерение

Толщина эпитаксиального слоя (мкм)

Спектрофо-

Цех 100%,

толщины эпи-

должна быть в пределах (6–13) ± 10%

тометры

ОТК

таксиального

 

ИКС-14,

выборочно

слоя

 

ИКС-22

 

(5% от партии)

 

 

 

24. Измерение

Удельное поверхностное сопротивле-

Измеритель

Цех, ОТК

удельного по-

ние должно быть в пределах 0,1–

удельного

выборочно

верхностного

2 Ом∙см. Отклонение от номинала

электрическо-

(одна пласти-

сопротивления

для ρ = 0,1–0,8 Ом∙см ±10%;

го сопротив-

наспутник из

эпитаксиаль-

для ρ = 0,81–2,0 Ом∙см ±20%

ления

каждой партии

ного слоя

 

 

 

25. Измерение

Поверхностное сопротивление скры-

То же

То же

поверхностно-

того n+-слоя должно быть равно

 

 

го сопротивле-

12 Ом/ , если его значение не огово-

 

 

ния скрытого

рено в ТД

 

 

n+-слоя

 

 

 

26. Измерение

Глубина скрытого n+-слоя должна

Установка для

Цех, ОТК

глубины скры-

быть равна (7±1,5) мкм

получения

выборочно

того n+-слоя

 

сферических

(одна пласти-

 

 

шлифов

на-спутник из

 

 

 

нескольких

 

 

 

партий)

27.Контроль

Плотность дислокаций должна быть не

Визуально,

Цех, ОТК

плотности дис-

более 104 см−2

микроскопы

выборочно

локаций в эпи-

 

ММУ-1,

(одна пластина

таксиальном

 

ММУ-3

из партии)

слое

 

 

 

28.Контроль

Плотность дефектов упаковки должна

То же

То же

плотности де-

быть не более 103 см−2

 

 

фектов упаков-

 

 

 

ки в эпитакси-

 

 

 

альном слое

 

 

 

29. Контроль

Плотность дефектов роста должна

Визуально,

Цех 100%,

плотности де-

быть не более 2 см−2

микроскопы

ОТК

фектов роста

 

ММУ-1,

выборочно

типа треуголь-

 

ММУ-3

 

(5% от партии)

ных пирамид и

 

 

 

 

 

бугорков

 

 

 

177

Окончание табл. 6.3

Операция

Требования к контролируемым и из-

Средства

Объем выбор-

 

 

меряемым параметрам

контроля и

ки, периодич-

 

 

 

измерения

ность контроля

 

30. Контроль

Плотность сыпи не должна превышать

Визуально:

Цех — 100%,

 

плотности сыпи

значение на пластине-эталоне

сравнение с

ОТК —

 

в окнах

 

пластиной-

выборочно

 

 

 

эталоном, мик-

(5% от партии)

 

 

 

роскопы

 

 

 

 

МБС-1,

 

 

 

 

МБС-2

 

 

31. Контроль

Четкость рельефа должна быть не хуже

То же

То же

 

четкости релье-

имеющегося на пластине-эталоне

 

 

 

фа

 

 

 

 

32. Контроль

На поверхности пластины не допускается

Визуально

Цех, ОТК —

 

целостности

наличие рисок, сколов, трещин

 

100%

 

пластины

 

 

 

 

33. Измерение

Стрела прогиба по выпуклости и по во-

Индикатор

Цех, ОТК — вы-

 

стрелы прогиба

гнутости должна быть не более 20 мкм

МИГ-1

борочно (5% от

 

пластин

 

 

партии)

 

34. Контроль

Качество нерабочей поверхности должно

Визуально,

Цех — 100%,

 

качества обра-

соответствовать пластине-эталону

сравнение с

ОТК —

 

ботки нерабочей

 

пластиной-

выборочно

 

поверхности

 

эталоном

(5% от партии)

 

35. Проверка

Рисунок эпитаксиальной структуры дол-

Визуально,

То же

 

соответствия

жен соответствовать топологическому

сравнение с

 

 

рисунка эпитак-

рисунку шаблона

топологиче-

 

 

сиальной струк-

 

ским рисунком

 

 

туры шаблону

 

шаблона, мик-

 

 

 

 

роскопы

 

 

 

 

МБС-1,

 

 

 

 

МБС-2

 

 

36. Измерение

Отклонение диаметра от номинального

Штангенцир-

То же

 

диаметра пла-

должно быть не более 0,5 мм

куль

 

 

стины

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6.4

Допустимые размеры дефектов при контроле дефектности элементов модуля

Размеры

 

Размеры вы-

Допустимое

Неровность

число вы-

элемента,

ступов и

края, мкм

ступов и

мкм

впадин, мкм

 

впадин

 

 

 

0,8–2,0

0,3

2,0–5,0

0,5

0,7

1

5,0–10

0,8

1,5

1

10–30

1,0

3,0

1

30–100.

1,0

6,0

1

>100

1,2

10,0

1

178

Таблица 6.5

Контрольно-измерительные операции качества металлических межсоединений

 

Требования к контролируемым и из-

Средства кон-

Объем выбор-

Операция

троля и изме-

ки, периодич-

меряемым параметрам

 

рения

ность контроля

 

 

1. Контроль

Пленка алюминия не должна иметь

Визуально,

Цех 100%,

чистоты по-

пористости, царапин, капель алюми-

микроскопы

ОТК 20%

верхности ме-

ния. Поверхность должна быть зер-

ММУ-1,

 

таллической

кальной.

ММУ-3

 

пленки межсо-

 

 

 

единений (на-

 

 

 

пыления алю-

 

 

 

миния)

 

 

 

2. Измерение

Толщина алюминиевой пленки должна

Микроинтер-

Цех, ОТК

толщины алю-

быть равной (1,2±0,15) мкм, в специ-

ферометр

100%

миниевой

альных случаях значению, указан-

МИИ-4

 

пленки

ному в ТД

 

 

3. Проверка

Царапина, прочерченная на алюми-

Визуально,

Цех, ОТК

адгезии алю-

ниевой пленке на расстоянии не далее

микроскоп

выборочно

миниевой

3 мм от края должна быть ровной

ММИ-4

(одна–две пла-

пленки (прово-

 

 

стины из пар-

дится на рабо-

 

 

тии)

чей пластине)

 

 

 

В предыдущем разделе был описан перечень технологических и кон- трольно-измерительных операций, с тем чтобы показать большую значимость и объем операций контроля и измерения (около 40% от общей трудоёмкости). В технологическом процессе формирования полупроводниковых структур объем операций контроля и измерения увеличивается соответственно увеличению числа технологических операций и, кроме того, добавляется ряд операций, контроля, специфичных для рассматриваемого процесса, а именно контроль качества металлизации и контроль электрических параметров полупроводниковых структур на пластине. В табл. 6.5 приведен перечень контрольноизмерительных операций качества металлических межсоединений.

6.4. Операции контроля и измерения в технологических процессах скрайбирования, сборки и герметизации ИМС

Технологические, процессы скрайбирования пластин, сборки и герметизации кристаллов ИМС включают следующие технологические и контрольноизмерительные операции:

1)скрайбирование пластин;

2)отмывку пластин;

3)ломку пластин на кристаллы;

179

4)контроль кристаллов по внешнему виду;

5)позиционирование кристаллов для присоединения к основанию корпуса или к выводной рамке (укладка на стёкла);

6)присоединение (посадку) кристалла к основанию корпуса или к выводной рамке;

7)контроль оснований корпуса или выводных рамок после посадки кри-

сталла;

8)соединение контактных площадок кристалла с траверсами выводов;

9)контроль собранного основания корпуса перед герметизацией;

10)контроль прочности сварных соединений;

11)термообработку собранного основания перед герметизацией;

12)герметизацию;

13)отмывку ИМС после герметизации;

14)контроль качества герметизации;

15)контроль внешнего вида.

Таким образом, технологические процессы скрайбирования пластин, сборки и герметизации кристаллов ИМС содержат пять контрольноизмерительных операций, соответствующих пп. 4, 7, 9 ,10, 15. Контроль кристаллов по внешнему виду (п. 4) включает следующие девять операций:

1)контроль царапин, пустот и. т. д.;

2)контроль коррозии или отслаивания металлизации;

3)контроль невытравленных участков металлизации;

4)контроль смещения металлизации;

5)контроль дефектов окисла и диффузии;

6)контроль поверхности перехода;

7)контроль дефектов скрайбирования;

8)контроль дефектов защитного слоя;

9)контроль чистоты поверхности.

Перечень контрольно-измерительных операций согласно пп. 4, 7, 9, 10, 15 приведен в табл. 6.6.

Таблица 6.6

Контрольно-измерительные операции в технологических процессах скрайбирования пластин, сборки и герметизации кристаллов ИМС

 

Требования к контролируемым и из-

Средства кон-

Объем выбор-

Операция

троля и изме-

ки, периодич-

меряемым параметрам

 

рения

ность контроля

 

 

I. Контроль кристаллов по внешнему виду

 

 

Операции 1–9

Требования к внешнему виду кристал-

Визуально,

Цех 100%

 

ла по перечисленным параметрам ука-

микроскоп

 

 

заны в ТД

ММУ-3

 

 

 

 

 

180