4.8 Объекты, методология и принципы организации технологического контроля

полупроводников

"Габровца спросили:

- скажите, пожалуйста, который час?

- Десять часов двадцать пять… стотинок! –

ответил он, посмотрев на часы".

Из "Габровских анекдотов"

Объектами кооперационного и выходного контроля в технологии полупроводников являются:

• сырьевые материалы – носители основного полупроводникового компонента;

• поликристаллические слитки (после водородного восстановления или зонной плавки);

• монокристаллические слитки (марочная продукция и обороты);

• пластины;

• структуры;

• чипы;

• приборы и микросхемы;

Технология полупроводниковых приборов и микросхем является весьма сложной и многоэтажной, что вызывает необходимость введения в производственный процесс большого количества контрольно-измерительных операций, из-за чего себестоимость готовой продукции может увеличиваться на 15-20%.

Метрологическое обеспечение производства полупроводниковых приборов и микросхем становится обязательным этапом эффективности технологического процесса в целом и его важнейшей составляющей.

Независимо от специфики технологического процесса его контроль осуществляется по следующим основным направлениям:

1. Входной контроль материалов и полуфабрикатов (полупроводниковые материалы, пластины и структуры, электродные сплавы, флюсы, металлы, соли, кислоты, щелочи, растворители, фоторезисты, эмали, краски, колпаки, фланцы, выводы, керамика, стёкла, фотопластины, фотошаблоны и проч.).

2. Пооперационный контроль технологического процесса (водородное восстановление, синтез и очистка полупроводниковых компонентов, зонная плавка, выращивание монокристаллов, эпитаксиальное наращивание, химико-механическая обработка и отмывка, окисление, диффузия, фотолитография, вплавление, металлизация, термокомпрессия, ионная имплантация, напайка кристаллов, заварка в корпуса и проч.).

3. Контроль сред, энергоносителей и оборудования (температура, влажность, давление, запылённость, чистота воды, "точка росы" водорода и проч.).

4. Контроль и испытания готовых изделий (электрические параметры, ударопрочность, вибростойкость, герметичность, термоциклирование, обнаружение коротких замыканий и обрывов, радиационная и лучевая прочность, надёжность и проч.).

Метрологическое обеспечение производства полупроводниковых приборов и микросхем требует использования различных видов контроля, отличающихся по организации и формам осуществления. Можно выделить четыре основных вида контроля: стопроцентный или выборочный неразрушающий контроль, выборочный разрушающий контроль, "спутниковый" контроль и тестовый контроль.

Контроль носит неразрушающий характер, например, когда измеряют толщину пластины, толщину окисла, УЭС и _н.н.з. (особенно бесконтактными методами) и т.д.

В то же время, контроль таких параметров как склонность материала к хрупкому разрушению, прочность выводов, холловская подвижность и .т.д. является разрушающим.

При проведении группировки процессов, например, эпитаксиальном выращивании, определение параметров готовых структур производится на специальной структуре – "спутнике".

При изготовлении интегральных микросхем в топологии фотолитографического рисунка обязательно предусматривается нанесение нескольких тестовых структур (или "окон"), в которых проводятся измерения.

Конечно, на практике все эти виды контроля определённым образом сочетаются друг с другом. При этом в зависимости от конкретных задач и условий производства вклад каждого из этих видов контроля может быть разным и меняться. Стремясь к повышению надёжности контроля, следует всегда учитывать, что это чревато увеличением трудоёмкости процесса и повышением себестоимости изделий. В ряде случаев "передозировка" контроля может способствовать внесению неконтролируемых загрязнений в продукцию, аритмии и даже остановки производства.

Поэтому организация и оптимизация контроля является чрезвычайно важными задачами.

Обычно всеобъемлющий (стопроцентный) контроль является вводится при постановке нового изделия на производство, при применении принципиально нового оборудования, при переводе производства на новые площади, после длительной остановки производства, в экстремальных ситуациях (пожар, наводнение, землятресение, террористический акт, сезонные явления и т.д.).

В общем случае объём контроля определяется соотношением стоимости этого контроля к снижению себестоимости продукции за счёт повышения выхода годной продукции.

В ряде случаев дополнительно к имеющейся системе контроля устанавливают различные виды спецприёмок (приёмка представителем заказчика, государственная приёмка, контроль ОТК).

Иногда создаются специальные исследовательские группы для анализа возвращаемой или забракованной продукции.

В виду наличия огромного массива результатов измерений задача установления связи между параметрами технологического процесса и процентом выхода носит, безусловно, статистический характер. Для этого используют методы корреляционного и регрессионного анализа с применением ЭВМ.