" Тут все поняли, что это настоящая принцесса,

ведь она лежала на двенадцати тюфяках и двенадцати перинках, и всё-таки чувствовала горошину. Столь чувствительной могла быть только настоящая принцесса"

Ханс Кристиан Андерсен

4. Основные положения метрологии полупроводников

4.1. Общая характеристика метрологии полупроводников

Увеличение объёмов выпуска и расширение номенклатуры изделий электронной техники вызывает повышенные требования к точности, воспроизводимости и производительности использования в технологии операций измерений, контроля и испытаний (определение, анализ, сравнение, сопоставление и пр.), многообразие которых обусловлено сложностью производственных процессов. Основу изделий полупроводниковой электроники составляют полупроводниковые материалы и структуры. Основные полупроводниковые материалы - кремний, арсенид галлия, фосфид индия, тройные и четверные твердые растворы соединений типа А^IIIB^V, германий и др. Специальная область метрология, занимающаяся вопросами обеспечения единства измерений и единообразия средств измерения применительно к полупроводниковым кристаллам и структурам в условиях их массового производства, называется метрологией полупроводников. При этом следует иметь в виду, что метрология полупроводников не охватывает все без исключения контрольно-измерительные операции, присущие технологии получения полупроводниковых монокристаллов, структур, дискретных приборов и интегральных микросхем. Она имеет дело лишь с теми измерениями, которые отражают характер электронных процессов в твёрдом теле и результаты которых могут быть использованы для установления связи между технологическими факторами и физическими параметрами твердотельного неделимого элемента чипа на любой стадии его изготовления.

Важнейшей задачей метрологии полупроводников является также выявление влияния физических свойств используемых материалов на показатели качества и технологичности в производстве соответствующих типов полупроводниковых приборов и микросхем.

Метрология полупроводников - важнейшая автономная область науки и техники, находящаяся на стыке проблем физического материаловедение, полупроводниковой металлургии и полупроводникового приборостроения. Отечественная метрология полупроводников сформировалась на основе трудов известных специалистов в области физики полупроводников и полупроводников: Ю.К. Пожела, М.И. Иглицын, П.И. Иглицын, П.И. Баранский, Ю.А. Концевой, В.И. Фистуль, К.Д. Глинчук и др.

Автономность метрологии полупроводников объясняется некоторыми присущими ей специфическими особенностями:

1. Прежде всего, метрология полупроводников глубоко физична по своей сути. Специалист по метрологии полупроводников должен знать физику твёрдого тела, квантовую механику, электродинамику, электро и радиотехнику, схемотехнику. Он должен также владеть методикой расчёта на ЭВМ и математическими методами обработки в интерпретации результатов измерений.

2. Метрология полупроводников изучает закономерности массовых измерений, более всего свойственных производственным процессам. Поэтому она предоставляет наиболее реальные пути для комплексного управления качеством продукции.

3. Метрология полупроводников имеет свою весьма сложную (подчас сложнее, чем сама технология) аппаратурную основу, т.е. средства измерений, которые сами по себе являются высочайшими достижения современной техники.

4. Особое значение приобретают вопросы методологии оценки погрешностей и проведению метрологической экспертизы, так как полупроводники представляют собой класс веществ, особо чувствительных к воздействию внешних факторов (температуре, давлению, влажности, освещённости, механическим напряжениям и пр.).

Воистину "принцесса на горошине"!

Практическая метрология полупроводников изучает:

1. Система физических критериев оценки качества полупроводниковых материалов и структур.

2. Физико-химические методы анализа микропримесей в полупроводниках.

3. Методы и аппаратуру измерения удельного электрического сопротивления полупроводниковых материалов и структур.

4. Методы определения: концентрации примесей в полупроводниках; параметров неравновесных носителей заряда.

5. Методы и аппаратуры контроля степени структурного совершенства полупроводников.

6. Методы и аппаратуру для производственного контроля эпитаксиальных слоёв и полупроводниковых структур.

7. Физические методы контроля технологии производства полупроводниковых приборов и микросхем.

В центре внимания специалистов, работающих в области метрологии полупроводников, находятся такие их важнейшие характеристики как удельное электрическое сопротивление и среднее время жизни неравновесных носителей заряда, которым в дальнейшем положении уделено основное внимание.

Главная задача практической метрологии полупроводников заключается в обеспечении управляемости на основе действенного параметрического и технологического контроля процессов выращивания (получения) исходных полупроводниковых кристаллов и структур с целью достижения максимального приближения к оптимальным (предельным или теоретически ожидаемым) значениям показателей качества и технологичности и условий функционирования соответствующих дискретных приборов и микросхем.