рефераты бесплатно
 
Главная | Карта сайта
рефераты бесплатно
РАЗДЕЛЫ

рефераты бесплатно
ПАРТНЕРЫ

рефераты бесплатно
АЛФАВИТ
... А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

рефераты бесплатно
ПОИСК
Введите фамилию автора:


Оборудование для ориентации полупроводниковых пластин

Оборудование для ориентации полупроводниковых пластин

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 алмаза тем, 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 грани куба (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 , 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 ориентации 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 ( 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 ........................................... ±3ґ

германия ......................................... ±15ґ

Цена деления шкалы экрана:

для кремния ................................... 3ґ

для германия ................................. 15ґ

угломерной головки .................... 1ґ

Источник света (лампа накаливания),

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

Применяемая энергетика (сеть переменного тока):

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

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

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

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

Угломерная головка (рис. 5) состоит из червячного редуктора, у которого на

червяке 8 имеется ручка 12 с указателем 4, а на червячном колесе 7 – лимб

5. Указатель на ручке, закрепленной на червяке, указывает угол поворота

образца (угол отклонения кристаллографической плоскости) по шкале 11,

закрепленной на подвижном диске 10. Лимб, посаженный на вал червячного

колеса, можно вращать независимо от вращения червячного колеса или

совместно с червячным колесом, если застопорить лимб специальным винтом 6,

ввернутым в торец вала.

Вал червячного колеса с конца, противоположного лимбу, имеет цангу,

которая с гайкой 2 образует цанговый зажим, приводимый в действие ручкой 3.

Цанговый зажим предназначен для жесткого соединения вала детали, имеющей

безировочную плоскость, с угломерной головкой. Для подсветки шкалы и лимба

имеются две электрические лампочки 9. Шкала предназначена для отсчета углов

отклонения кристаллографических плоскостей, не превышающих двух градусов, а

лимб – свыше двух градусов. Крепится угломерная головка к подвижной плите

кронштейном 1.

Оптическая система установки (рис. 6) состоит из источника света,

конденсатора, зеркал, объектива, диаграммы и экрана. Луч света в оптической

системе проходит от источника света 1 (лампа накаливания СЦ-68 8 В, 30 Вт)

через конденсор 2 (представляющего собой систему

двух линз), сменную диафрагму 3 (величина которой ступенчато регулируется)

на зеркало 4. Отразившись от зеркала 4, луч света проходит через объектив 5

(типа «Юпитер 11» с фокусным расстоянием 135 мм), а затем, последовательно

отразившись от зеркал 6 и 7 и образца 8 попадает на матовый экран 9.

Изображение световой фигуры, которое образуется на матовом экране,

рассматривают через смотровое окно с помощью зеркала 11. Зеркала 6 и 10

укреплены на подвижной плите.

На рис. 6 показано положение зеркал 6 и 10, когда подвижная плита

находится в крайнем переднем положении. При таком положении подвижной плиты

пользуются зеркалом 6; расстояние от образца до экрана по ходу луча равно

114,5 мм. Одно деление шкалы экрана в этом случае соответствует отклонению

кристаллографической плоскости на 15ґ. При крайнем заднем положении

подвижной плиты место зеркала 6 занимает образец, а место образца— зеркало

10. Расстояние от образца до экрана по ходу луча при этом равно 572 мм, а

одно деление шкалы экрана соответствует отклонению кристаллографической

плоскости на 3ґ. То есть цена деления экрана для германиевых образцов

(подвижная плита находится в крайнем переднем положении) равна 15ґ, а цена

деления шкалы экрана для кремниевых образцов (подвижная плита находится в

крайнем заднем положении) равна 3ґ.

Элементы оптической системы установки можно регулировать. Лампа

накаливания, являющаяся источником луча света, установлена на подвижной

каретке и может передвигаться по направляющим, занимая инициальное

положение относительно конденсора. Кроме того, изменяя положение лампы,

можно регулировать направленность светового луча. Положение конденсора

относительно лампы и диафрагмы также можно регулировать. Нижнее зеркало 4 и

верхнее зеркало 7 можно поворачивать вокруг осей, устанавливая требуемое

положение соответствующими ручками и фиксируя это цанговыми зажимами.

Фотообъектив закреплен в специальной подставке. Устанавливают диафрагму

объектива и фокусируют его, вращая ручки, которые зубчатыми парами

поворачивают соответствующие детали объектива.

Экран 9 состоит из жесткой рамки, поворачивающейся на оси, матового

стекла и органического стекла, на которое нанесена шкала. Для создания

хорошей видимости шкала подсвечивается двумя электрическими лампочками.

Экран закреплен на оси в подвижной каретке; ручкой каретку, а,

следовательно, и экран можно перемещать по шариковым опорам в направлении

хода светового луча. Перемещается экран механизмом подъема, в котором

имеется самотормозящая червячная пара, сохраняющая установленное

положение экрана. Фокусируют экран при повороте, вращая ручку,

воздействующую на цанговый зажим.

Зеркало 11 может быть установлено в удобное для наблюдения положение

вращением ручки и зафиксировано цанговым зажимом. В электрический блок,

расположенный в передней стенке корпуса установки, входят понижающий

трансформатор, лампы и потенциометры для регулирования подаваемого

напряжения, а также тумблер, сигнальная лампа и плата, к которой

подводится питание от сети.

При наладке установки необходимо привести световой луч в центр

шкалы экрана, т. е. в перекрестие вертикальной и горизонтальной осей шкалы

экрана. Включив тумблером установку, начинают наладку с вывода светового

луча на вертикальную ось шкалы экрана, устанавливая соответствующую

диафрагму, фокусируя луч на плоскость диафрагмы, направляя луч лампы по

центру конденсора и перемещая лампу накаливания. Закончив вывод светового

луча на вертикальную ось шкалы экрана, выполняют регулировки, связанные с

выводом луча на горизонтальную ось шкалы экрана. Для чего регулируют

положение отражающих поверхностей оптической системы с последующим их

фиксированием. При этом наблюдают за положением светового пятна на экране

установки.

При крайнем заднем положении подвижной плиты на базировочную плоскость

кладут лист тонкой бумаги так, чтобы нанесенный на неё карандашом отрезок

прямой совпадал с риской на базировочной поверхности. Поворотом зеркала

наблюдения выводят световое пятно симметрично совмещенных риски и отрезка

прямой с ручкой 21 (см. рис. 4), закрепляют положение зеркала отражения.

При крайнем переднем положении подвижной плиты производят наладку

верхнего зеркала ручкой 15 так, чтобы совместить световое пятно с

горизонтальной осью экрана. Выполнив совмещение, закрепляют положение

зеркала.

При наладке пользуются входящим в комплект установки эталоном (далее см.

рис. 4), который должен иметь зеркальную поверхность и устанавливаться в

паз кристаллодержателя. Базировочную поверхность детали устанавливают по

эталону в горизонтальном положении, её вал цанговым зажимом соединяют с

угломерной головкой. Экран ручкой 14 устанавливают перпендикулярно ходу

луча (перпендикулярно направлению перемещения экрана по пазу в корпусе) и

фиксируют в этом положении зажимом, управляемым ручкой 17. Ручкой 21

регулируют освещение шкалы экрана.

Яркость светового луча регулируют, вращая ручку 9 ,фокусируя диафрагму

объектива, а ручкой 11 изменяют диафрагму от 2 до 0,2 мм. На этом наладку

установки заканчивают.

При ориентировании монокристаллов германии подвижную плиту ставят в

крайнее переднее положение, а при ориентировании монокристаллов кремния — в

крайнее заднее положение.

Слитки германия и кремния устанавливают в специальные сменные зажимные

устройства, которые закрепляют в пазу кристаллодержателя. В одно зажимное

устройство вставляют слиток полупроводника и легко его прижимают. Световую

фигуру на вертикальную ось шкалы экрана выводят поворотом легко прижатого

рукой слитка вокруг оси. Затем слиток окончательно закрепляют, прижимая к

базировочной плоскости. Световую фигуру в перекрестие осей шкалы экрана

выводят, вращая ручки угломерной головки. Указатель, закрепленный на ручке,

показывает на шкале (лимбе) отклонение кристаллографической плоскости

слитка от его геометрической плоскости. Определив отклонение, зажимное

устройство освобождают от связей с угломерной головкой, слиток вынимают из

паза кристаллодержателя и приклеивают к столику зажимного устройства.

При ориентировании слитков германия и кремния без приклейки наносят риски

на торец слитка. Процесс ориентирования не отличается от описанного, но

только нет необходимости пользоваться сменными зажимными устройствами.

Окончательной операцией процесса ориентирования является нанесение

карандашом через паз базировочной детали на торце слитка стрелки,

указывающей, в каком направлении надо повернуть слиток при ориентированной

резке, чтобы получить искомое положение кристаллографической плоскости.

Угол отклонения кристаллографической плоскости отсчитывают по шкале во

время ориентирования.

Рентгеновский метод. В технологии производства полупроводниковых приборов

рентгеновские методы применяются в первую очередь для ориентировки

монокристаллов — германия, кремния, арсенида галлия, сапфира и др., а также

для анализа дефектов указанных материалов и полупроводниковых структур. В

меньшей степени используется фазовый анализ металлов и сплавов,

флуоресцентная спектрометрия, просвечивание материалов и полупроводниковых

структур или приборов, а также методы рентгеновского микроанализа.

Характеристика основных рентгеновских методов приведена в табл. 2

Принцип метода основан на отражении монохроматических рентгеновских лучей

от системы кристаллографических плоскостей {h, k, l}, в результате

рассеяния электромагнитных волн атомами кристаллической решетки. Отражение

происходит при углах ?, удовлетворяющих условию Вульфа-Брегга

2dh,k,l sin ? = n? ,

где dh,k,l – межплоскостное расстояние; ? – длина волны, n – порядок

отражения.

Зная dh,k,l рассчитывают значение угла ? для соответствующей системы

плоскостей. При этом учитывают, что вследствие особенностей структуры типа

алмаза для некоторых плоскостей отражение низких порядков (n = 1, 2 и т.д.)

могут гаситься. Значение углов ? для ряда материалов, наиболее широко

применяющихся при разработках и производстве приборов, приведены в таблице

Страницы: 1, 2


рефераты бесплатно
НОВОСТИ рефераты бесплатно
рефераты бесплатно
ВХОД рефераты бесплатно
Логин:
Пароль:
регистрация
забыли пароль?

рефераты бесплатно    
рефераты бесплатно
ТЕГИ рефераты бесплатно

Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, рефераты на тему, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.