4.8 Об'єкти, методологія і принципи організації технологічного контролю напівпровідників

Об'єктами по операційного і вихідного контролю в технології напівпровідників є:

• сировинні матеріали – носії основного напівпровідникового компоненту;

• полікристалічні злитки (після водневого відновлення або зонної плавки);

• монокристалічні злитки (марочна продукція і обороти);

• пластини;

• структури;

• чипи;

• прилади і мікросхеми;

Технологія напівпровідникових приладів і мікросхем є вельми складною і багатоповерховою, що викликає необхідність введення у виробничий процес великої кількості контрольно-вимірювальних операцій, через що собівартість готової продукції може збільшуватися на 15-20%.

Метрологічне забезпечення виробництва напівпровідникових приладів і мікросхем стає обов'язковим етапом ефективності технологічного процесу в цілому і його найважливішої складової.

Незалежно від специфіки технологічного процесу його контроль здійснюється по наступних основних напрямах:

1. Вхідний контроль матеріалів і напівфабрикатів (напівпровідникові матеріали, пластини і структури, електродні сплави, флюси, метали, солі, кислоти, луги, розчинники, фоторезисти, емалі, фарби, ковпаки, фланці, висновки, кераміка, скло, фотопластини, фотошаблони та інше.).

2. Післяопераційний контроль технологічного процесу (водневе відновлення, синтез і очищення напівпровідникових компонентів, зонна плавка, вирощування монокристалів, епітаксіальне нарощування, хіміко-механічна обробка і відмивання, окислення, дифузія, фотолітографія, вплавлення, металізація, термокомпресія, іонна імплантація, напайка кристалів, заварка в корпуси та інше.).

3. Контроль середовищ, енергоносіїв і устаткування (температура, вогкість, тиск, запорошений, чистота води, "точка роси" водню та інше.).

4. Контроль і випробування готових виробів (електричні параметри, удароміцність, вібростійкість, герметичність, термоциклування, виявлення коротких замикань і обривів, радіаційна і променева міцність, надійність та інше.).

Метрологічне забезпечення виробництва напівпровідникових приладів і мікросхем вимагає використовування різних видів контролю, відмінних по організації і формам здійснення. Можна виділити чотири основні види контролю: стовідсотковий або вибірковий неруйнуючий контроль, вибірковий руйнуючий контроль, "супутниковий контроль" і тестовий контроль.

Контроль носить неруйнуючий характер, наприклад, коли виміряють товщину пластини, товщину оксиду, ПЕО і _н.н.з. (особливо безконтактними методами) і т.д.

В той же час, контроль таких параметрів як схильність матеріалу до крихкого руйнування, міцність виводів , холлівська рухливість є руйнуючим.

При проведенні групових процесів, наприклад, при эпітаксіальному вирощуванні, визначення параметрів готових структур проводиться на спеціальній структурі – "супутнику".

При виготовленні інтегральних мікросхем в топології малюнка фотолітографії обов'язково передбачається нанесення декількох тестових структур (або "вікон"), в яких проводяться вимірювання.

Звичайно, на практиці всі ці види контролю певним чином поєднуються один з одним. При цьому залежно від конкретних задач і умов виробництва внесок кожного з цих видів контролю може бути різним і мінятися. Прагнучи підвищення надійності контролю, слід завжди враховувати, що це приводить до збільшення трудомісткості процесу і підвищення собівартості виробів. У ряді випадків "передозувавання" контролю може сприяти внесенню неконтрольованих забруднень в продукцію, аритмії і навіть зупинки виробництва.

Тому організація і оптимізація контролю є надзвичайно важливими задачами.

Звичайно всеосяжний (стовідсотковий) контроль вводиться при постановці нового виробу на виробництво, при застосуванні принципово нового устаткування, при переводі виробництва на нові площі, після тривалої зупинки виробництва, в екстремальних ситуаціях (пожежа, повінь, землетрус, терористичний акт, сезонні явища і т.д.).

В загальному випадку об'єм контролю визначається співвідношенням вартості цього контролю до зниження собівартості продукції за рахунок підвищення виходу годної продукції.

У ряді випадків додатково до наявної системи контролю встановлюють різні види спецприймань (приймання представником замовника, державне приймання, контроль ОТК).

Іноді створюються спеціальні дослідницькі групи для аналізу продукції, що повертається або забракованої.

З причини наявності величезного масиву результатів вимірювань задача встановлення зв'язку між параметрами технологічного процесу і відсотком виходу носить, безумовно, статистичний характер. Для цього використовують методи кореляційного і регресійного аналізу із застосуванням ЕОМ.