Современные требования к кремниевым пластинам большого диаметра

Московский государственный технический университет
имени  Н.Э. Баумана

Г.Р. Сагателян, Н.В. Макушина

 СОВРЕМЕННЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
К КРЕМНИЕВЫМ ПЛАСТИНАМ
БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия

М о с к в а
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2 0 0 6

УДК 621.38
ББК  32.843
          С12

Рецензенты: А.А. Ефремов, С.В. Петров

 Сагателян Г.Р., Макушина Н.В.
Современные требования к кремниевым пластинам большого диаметра: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГТУ им.
Н.Э. Баумана, 2006. –  50 с.: ил.

ISBN 5-7038-2926-7

Приведены современные требования к геометрической точности изготовления пластин-подложек интегральных микросхем. Рассмотрены кремниевые подложки диаметром 150 и 200 мм, а также сапфировые подложки
диаметром 100 мм. Описаны новые технологические операции, применяемые при производстве полупроводниковых пластин.
Для студентов специальности «Проектирование и производство электронной аппаратуры» и «Проектирование и технология радиоэлектронных
средств», изучающих курс «Микроэлектроника».
Ил. 17. Табл. 8.

                                                                                                                       УДК 621.38
                                                                                                             ББК 32.843

Учебное издание

Гайк Рафаэлович Сагателян
Наталья Владимировна Макушина

Современные требования к кремниевым пластинам

Редактор Е.К. Кошелева
Корректор Л.И. Малютина
Компьютерная верстка О.В. Беляевой

Подписано в печать  29.09.2006.  Формат 60×84/16. Бумага офсетная.
Печ. л. 3,25. Усл. печ. л. 2,91. Уч.-изд. л. 2,85. Тираж 200 экз.
Изд. №  38. Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская, 5.

ISBN 5-7038-2926-7                                                  © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006

С12

ВВЕДЕНИЕ

Целесообразность перехода к применению пластин кремния
диаметром более 150, 200 мм для создания сверхбольших интегральных схем (СБИС) диктуется в первую очередь экономическими соображениями. На пластинах диаметрами 150, 200 и
300 мм можно разместить, соответственно, в 2; 4,5 и 12 раз больше
кристаллов размером 20× 20 мм2, чем на пластине диаметром
100 мм. При этом коэффициент заполнения пластины кристаллами
такого размера при переходе от пластин диаметром 150 мм к пластинам диаметром 200 и 300 мм возрастает с 0,53 до 0,72 и до 0,84
соответственно.
Расчеты показывают, что при переходе от одного диаметра
пластины к другому капитальные затраты на производство одной
пластины возрастают примерно на 40 %, однако при этом выход
годных кристаллов увеличивается в 2,0–2,5 раза. Другими словами, стремление к применению пластин кремния все большего диаметра экономически целесообразно.
В настоящее время в мире действует или находится на стадии
подготовки около 50 линий по производству пластин кремния
диаметром 200 мм с производительностью до 10 тыс.  пластин в
месяц, и целый ряд компаний заявили о намерениях производить
(или уже приступили к производству на пилотных линиях) пластины кремния диаметром 300 мм.
Требования к качеству пластин кремния большого диаметра
определяются в основном процессами прецизионной микролитографии субмикронных размеров, используемой для создания
СБИС.
Задача технологического процесса обработки – удаление нарушений, возникших на первых этапах обработки, и получение
плоской, свободной от механических повреждений поверхности
пластин кремния с требуемыми параметрами плоскостности, которые закладываются на операциях шлифования свободным или связанным абразивом. Последующие операции по удалению остаточных повреждений, например химико-механическое полирование,
не должны приводить к деградации плоскостности.

Расширение номенклатуры изделий, определяемых в первую
очередь диаметром обрабатываемых монокристаллов, требует не
только существенного изменения, но и, прежде всего, создания
нового технологического оборудования, а также использования
новых инструментов и вспомогательных материалов.
Экономической целесообразностью диктуется также необходимость снижения припусков на обработку на отдельных этапах
технологического процесса. Это ведет к ужесточению требований
к точностным характеристикам видоизменяемого или вновь создаваемого технологического оборудования.
Размерный ряд технологического оборудования для обработки
пластин кремния в России не обновлялся с середины 1980-х годов,
тогда как номенклатура изделий существенно изменилась (произошел переход от промышленного выпуска пластин диаметром
50…76 мм к производству пластин диаметром 100…150 мм и
опытным образцам пластин диаметром 200 мм). В связи с этим
наряду с анализом мировых тенденций в изменении технологий и
технологического оборудования для обработки кремниевых пластин увеличенного диаметра (200 мм и более) в предлагаемом пособии рассмотрены и некоторые приемы улучшения технологии
обработки кремниевых пластин.

1. ТРЕБОВАНИЯ К ПОЛИРОВАННЫМ ПЛАСТИНАМ
МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ

Соответствие параметров кремниевых пластин требуемым значениям контролируют в установленной зоне качества (рис. 1),
представляющей собой центральную область поверхности пластины, отделенную от контура пластины краевым участком Х. Размер
установленной зоны качества не зависит от допусков на диаметр и
длины фаски. Номинальную величину краевого участка Х указывают в заказе на партию кремниевых пластин.
Качество поверхностей кремниевых пластин оценивают по параметрам, приведенным в табл. 1, где указаны минимальные требования к наличию и размерам поверхностных дефектов. Эти требования должны использоваться при определении пригодности
кремниевой пластины для изготовления СБИС. Несовершенства,
меньшие указанных в табл. 1, не должны рассматриваться как дефекты.

Рис. 1. Фиксированный участок качества:
X – номинальное исключение контура; 1 – вспомогательный срез; 2 – граница
фиксированного участка качества; 3 – внешняя граница подложки;
4 – базовый срез
Таблица 1

Пределы дефектности полированной подложки1

Параметр
Предельно
допустимое значение
Освещение7

Рабочая поверхность

Наибольшее  количество
царапин2
Не допускаются
Интенсивное

Точки2
То же
»

Затемнения2
»
»

Максимальное количество
загрязняющих частиц на
пластинах диаметром:
2 дюйма
3 дюйма
100 мм
125 мм
150 мм

4
6
10
10
15

»

Загрязненная площадь2
Не допускается
Интенсивное
или рассеянное

Сколы и зазубрины
по краю3,5
То же
Рассеянное

Трещины, морщины5
»
»

Кратеры2
»
»

Углубления2
»
»

Канавки2
»
»

Возвышения2
»
»