Московский институт стали и сплавов

( технологический университет)

кафедра полупроводниковой электроники и физики полупроводников

Домашнее задание

Тема: Оборудование для ориентации полупроводниковых пластин .

Выполнил: студент группы К3-01-2 Гашников Г.Э.

Руководитель: доцент Курносов А.И.

Москва 2003 год

Введение

Производство полупроводниковых приборов использует самые малые размеры деталей приборов и их высокую точность. Следовательно, для массового производства полупроводниковых приборов необходимо специальное оборудование. Если в период становления полупроводникового производства могло быть использовано оборудование родственных производств (в основном электровакуумного), то в настоящее время появилась относительно новая отрасль – полупроводниковое машиностроение.

Полупроводниковое машиностроение отличается спецификой конструкций, способствующих поддержанию производственной гигиены, прецизионной точностью и большим разнообразием (полупроводниковая техника использует ряд процессов из других областей техники), высоким уровнем механизации и автоматизации, а также значительным насыщением оборудования электронными устройствами. Весь комплекс технологического оборудования, предназначенный для производства полупроводниковых приборов, можно разделить на десять основных групп: оборудование для входного контроля исходных материалов, обработки полупроводников, создания электронно-дырочных переходов и получения невыпрямляющих контактов, изготовление корпусов, сборки приборов, измерения из параметров, испытания и выполнения заключительных операций, а также вспомогательное оборудование для получения чистых газов, воды, химических реактивов и изготовления фотошаблонов.

Итак, высокая точность, малые размеры и массовость производства полупроводниковых приборов привели к механизации и автоматизации наиболее трудоёмких процессов и созданию высокопроизводительных полуавтоматических и автоматических установок и агрегатов.

Используемые материалы при работе на оборудовании для ориентации полупроводниковых пластин. Область использования и общая характеристика оборудования для ориентации полупроводниковых пластин.

Основными полупроводниковыми материалами, применяемыми для изготовления полупроводниковых приборов, являются германий и кремний. Эти материалы имеют кристаллическую структуру, но для изготовления полупроводниковых приборов используют монокристаллы германия и кремния, т.е. полупроводники с правильной кристаллической структурой, превращенные в единый кристалл. Для характеристики внутренней структуры кристал­лов обычно пользуются понятием кристаллическая решетка, которая представляет собой пространственную сетку; в узлах ее располагаются частицы (атомы, ионы или молекулы), образующие кристалл. Формы кристал­лических решеток разнообразны Монокристаллы германия и кремния – вещества анизотропные, т.е. их свойства в различных направлениях неодинаковы и зависят от ориентирования относительно кристаллографических плоскостей, обозначаемых индексами Миллера, например (100), (110), (111). Погрешности при выращивании слитков приводят к тому, что торцы слитков не всегда перпендикулярны к их оси (т. е. заданному кристаллографическому направлению), поэтому перед резкой на пластины следует вы­полнить ориентацию слитка: выявить расположение ос­новных кристаллографических плоскостей. Кроме того, иногда необходимо проверить ориентацию плоскостей пластин после резки, шлифовки или полировки. Монокристаллы германия и кремния имеют кристаллическую решетку типа ал­маза, которую можно представить, как две вставленные друг в друга кубические решетки, имеющие в узлах иден­тичные атомы. Арсенид галлия имеет решетку цинковой обманки, которая отличается от решетки алмазатем, что в ее узлах атомы мышьяка чередуются с атомами галлия. Таким образом, решетки этих полупроводниковых мате­риалов относятся к кубической кристаллической системе. Монокристаллические вещества обладают анизотро­пией свойств, т. е. зависимостью физических свойств (модуля упругости, коэффициента теплопроводности, показателя преломления и др.) от направления, вдоль которого их измеряют. Присущая кристаллам анизотро­пия требует измерения физико-механических свойств в определенных кристаллографических плоскостях и на­правлениях. В соответствии с индексами Миллера обозначения плоскостей записывают в круглых скобках. Три главные плоскости в кубическом кристалле будут иметь обозначе­ния (100),(110) и (111)(рис. 1 — заштрихованные плос­кости). Вследствие симметричности в кубическом кри­сталле имеются семейства эквивалентных плоскостей, которые обозначают индексами, заключенными в фигур­ные скобки. Например, три граникуба (001),(010) и (100) можно обозначить {100}. Направления в кристалле обозначают индексами, заключенными в квадратные скобки, например [111]. Совокупность эквивалентных на­правлений обозначают ломаными скобками, например <110>, <111> и т. д. (на рис. 1 не показаны). В куби­ческой системе одноименные направления и плоскости перпендикулярны. Каждая плоскость содержит определенное количество атомов, плотность упаковки которых влияет на отдель­ные свойства приборов. В зависимости от назначения для полупроводниковых приборов используются подлож­ки, ориентированные в различных кристаллографичес­ких плоскостях. Обычно слитки полупроводниковых ма­териалов выращивают так, что их ось совпадает с на­правлением [111]. Как видно из рис. 2, из слитка с такой ориентацией можно вырезать пластину, имеющую любую плоскость ориентации. Пластины, ориентированные в плоскости (111),имеют почти правильную круглую фор­му (рис. 2, а). Рассматривая взаимное расположение плоскостей в кристалле (см. рис. 1), нетрудно подсчи­тать, что одна из плоскостей {110} будет перпендику­лярна плоскости (111), а другая будет расположена к ней под углом около 35°, поэтому пластины с ориентаци­ей {110},вырезанные из слитка, выращенного в направ­лении [111], имеют форму прямоугольника или эллипса (рис. 2,6). Плоскости {100} располагаются по отноше­нию к плоскости (111)под углом около 55°, и пластины с ориентацией (100) также имеют эллипсообразную фор­му (рис. 2, в).

Методы ориентации полупроводниковых пластин

Поиск заданной кристаллографической плоскости, определение угла разориентации поверхности торца слитка относительно неё и выведение поверхности отрезаемых от слитка пластин в заданную плоскость с точностью, как правило, не более 1° (для некоторых типов приборов 30¢) производится на специальном оборудовании оптическим или рентгеновским методами, а также для некоторых случаев будут рассмотрены ещё два метода: метод изломов и метод Лауэ.

Оптический метод ориента ции является наиболее простым, не требует дорогостоящего, сложного оборудования. Он заключается в следующем. При травлении монокристалла вследствие неодинаковой ско­рости растворения полупроводникового материала по различным кристаллографическим направлениям образуются фигу­ры травления, которые имеют вид углублений с правильными гранями. Поэтому отраженный от образца слабо расходящийся пучок света образует на экране световую фигуру, по положению которой можно оценить ве­личину отклонения кристалло­графической плоскости от плоскости торца слитка, при этом отражающая плоскость всегда совпадает с кристаллографической плоскостью (111). Отклонение реальной поверхности торца слитка от кристаллографической плоскости (111) приводит к отклонению отраженного луча на экране на некоторое расстояние d (рис. 3,а) характеризующееся некоторым углом a реальной поверхности шлифа от плоскости (111).

Типичной световой фигурой для слитка, выращенного в направлении [111], является трех лепестковая, а для слитка [100] – четырех лепестковая звезда (рис. 3, б). Перед началом ориентации выводят световое пятно в центр экрана в место пересечения вертикальной и горизонталь­ной осей. Для этого вместо слитка ставят эталон, который имеет зеркальную полирован­ную поверхность. Затем уста­навливают слиток. Если торец слитка совпадает с кристалло­графической плоскостью, на­пример с плоскостью (111),то световое пятно будет находить­ся на экране в месте пересечения. Поворотом слитка вручную вокруг оси устанавливают световую фигуру так, чтобы её лепестки-лучики занимали симметричное положение относительно вертикальной оси. В этом положении слиток закрепляется прижимным винтом кристаллодержателя.

До процесса ориентации вы­являют микроструктуру слит­ка. Это осуществляют путем травления шлифованного тор­ца Ge (или Si) слитка селек­тивными травителями, состав, которых приведен в табл.1. Точность ориентации этим методом зависит от состава травителя и режима травления; от диаметра, расходимости и яркости светового пучка и других факторов.

Установка ориентировки слитков световым методом настольного типа ЖК 78.08 представлена на рис.4. В светозащитном корпусе 8 смонтированы все узлы и детали установки: оптическая система, состоящая из осветителя 1, отделённого плитой 6, конденсатора 2, диаграммы 3, отражающих зеркал 4, 5, 10, объектива 7 с зубчатыми парами 9 и 11 для установки фокуса и размера диаграммы соответственно; кристаллодержатель 12, служащий для установки и крепления слитка или эталона, по­мещается на верхнюю плиту до упоров и прижимается зажимом, стол кристаллодержателя, имеющий деталь с базировочной плос­костью, с помощью цангового зажима соединен с угломерной голов­кой 20, которая обеспечивает поворот стола с ориентируемым слитком на необходимый угол; подвижная плита 18, движущаяся в шариковых направляющих; фиксатор подвижной плиты 19; угломерная головка 20, предназначена для изме­рения углов поворота ориентируемого слитка с точностью до 1¢, кон­струкция ее представляет собой червячную пару с выбором люфта за счет упругой системы (более подробная конструкция угломерной головки приведена ниже на рис.5); отражающие зеркала 10 и 13; экран 15, состоящий из рамы, матового стекла, листа органического стекла с нанесенной на нем шкалой и двух электролампочек, подсвечивающих стекло со шкалой с торцов; электрический блок 22. Ось экрана проходит через ползун 14, который вместе с экраном может перемещаться в направлении оптической оси. Перемещение экрана в этом направлении возможно на 36мм и осуществляется от ручки управления при помощи гибкого вала и ходового винта механизма подъёма 17. Экран, кроме того, может поворачиваться вокруг собственной оси с фиксированием положения цанговым зажимом. Зеркало 16 позволяет визуально наблюдать световую фигуру отражения, получаемую на экране. При помощи рукоятки 21 зеркало устанавливается в положение, удобное для наблюдения.

Техническая характеристика установки ЖК 78.08:

Размеры слитков, мм:

максимальный диаметр ............... 60

длина ............................................... 80

Минимальный размер пластин (кристаллов),

мм .................................................... 1,5х1,5

Точность ориентации:

кремния ........................................... ±3´

германия ......................................... ±15´

Цена деления шкалы экрана:

для кремния ................................... 3´

для германия ................................. 15´

угломерной головки .................... 1´

Источник света (лампа накаливания),

Вт .................................................... 30

Применяемая энергетика (сеть переменного тока):

напряжение, В .............................. 220

частота, Гц ................................... 50

Габаритные размеры, мм .......... 575х288х550

Масса, кг ...................................... 35

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--