ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Актуальные проблемы технологии и материаловедения полупроводников из "Новые материалы " Полупроводниковые материалы по праву занимают одно из ведущих мест в ряду важнейших материалов, определяющих уровень развития мировой цивилизации. Они составляют основу элементной базы современной электронной техники, без которой сегодня немыслим научно-технический прогресс. С развитием твердотельной электроники (и, прежде всего, микроэлектроники) связано успешное решение проблем крупномасштабной компьютеризации и информатизации, создания современных систем связи и телевидения, эффективной передачи и преобразования электроэнергии, разнообразной бытовой, медицинской и специальной электронной аппаратуры. Большую роль играют эти материалы в решении задач развития экологически чистых энергетики и холодильной техники, создания современных систем мониторинга загрязнений окружающей среды, а также высокочувствительной сенсорной техники широкого функционального назначения. [c.38] Развитию элементной базы твердотельной электроники уделяется большое внимание во всех передовых странах мира. Только в 1996 г. мировое производство полупроводниковых приборов в денежном исчислении превысило 160 млрд долларов, а в 2000 г. оно составило уже около 300 млрд долларов. Ежегодно в развитие этой области науки и техники вкладываются миллиарды долларов. Достижения физики, фи-зикохимии и технологии полупроводниковых материалов, а также полупроводникового материаловедения в значительной степени определяют прогресс в развитии твердотельной электроники. Наша страна традиционно занимала (и занимает сейчас) ведущие позиции в материаловед-ческой науке и располагает высококвалифицированными научными и инженерными кадрами, которые способны на современном уровне решать самые сложные научно-технические задачи развития технологии производства полупроводниковых материалов. [c.38] Далее рассмотрим некоторые наиболее актуальные проблемы современ- го этапа развития технологии и материаловедения полупроводников. [c.39] В настоящее время основной продукцией на мировом рынке полупроводникового кремния являются монокристаллы и пластины диаметром 150 и 200 мм. В 2001 г. ведущие производители кремния начали производство бездислокационных монокристаллов и пластин диаметром 300 мм. Ожидается, что к 2005-2006 гг. объемы производства пластин диаметром 300 мм сравняются с таковыми для пластин диаметром 200 мм, а в дальнейшем существенно их превысят. Кроме того, следует иметь в виду, что уже разработана и проходит опытно-промышленное опробование технология выращивания бездислокационных монокристаллов (и изготовления из них пластин) диаметром 400...450 мм. [c.40] Однако решение проблемы выращивания монокристаллов больших диаметров за счет последовательного увеличения массы исходной загрузки и размеров используемых кварцевых тиглей на каждом новом этапе увеличения диаметра слитка становится все менее экономически эффективным, т. к. связано с существенным увеличением энергозатрат, удорожанием тиглей и повышением расходов на обеспечение безопасных условий труда. С этой точки зрения особого внимания заслуживает метод вытягивания расплава с непрерывной подпиткой гранулированным или измельченным поликристаллическим кремнием. Основным преимуществом этого метода является возможность выращивать кристаллы большой массы из относительно небольшой и постоянной по объему ванны расплава в тиглях меньшего размера. Есть и другие принципиальные преимущества обеспечение повышения однородности распределения примесей по длине и в поперечном сечении выращиваемого кристалла решается проблема поддерживания постоянной формы фронта кристаллизации и неизменных тепловых условий у границы раздела кристалл -расплав на протяжении практически всего процесса. В настоящее время этот метод доведен до уровня промышленного использования. [c.40] Тепловые узлы современных ростовых установок изготавливаются из особо чистого изотропного графита (нагреватели, тигли, подставки) при широком использовании углеродсодержащих композитных материалов, обладающих хорошими теплоизоляционными свойствами (экраны). [c.42] При конструировании современных большегрузных установок выращивания монокристаллов больших диаметров приходится одновременно решать проблему создания надежной системы поддержки очень тяжелого слитка в процессе его вытягивания, а также оснащения соответствующих производственных участков вспомогательным оборудованием для транспортировки и монтажа графитовых деталей теплового узла и кварцевых тиглей, для выфузки и транспортировки выращенного кристалла и его калибровки, обеспечения безопасных условий труда. Все это предполагает повышение уровня автоматизации, роботизации и стандартизации соответствующих процессов, для чего необходимо более широкое оснащение технологического и вспомогательного оборудования средствами современной высокочувствительной сенсорной техники. [c.42] В применении к монокристаллам разлагающихся полупроводниковых соединений (GaAs, InP, GaP, dTe и др.) метод Чохральского реализован в варианте жидкостной герметизации расплава в тигле слоем борного ангидрида. Получение монокристаллов осуществляется в полностью автоматизированных установках высокого давления, обеспечивающих выращивание слитков диаметром до 150 мм и массой до 30 кг. При этом используют как совмещенный, так и раздельный процессы синтеза исходного соединения и выращивания монокристаллов. В качестве материалов для изготовления тиглей применяются кварцевое стекло и пиролитический нитрид бора. [c.42] В последние годы резко повысился интерес к таким широкозонным полупроводниковым материалам как карбид кремния и нитриды элементов III фуппы Периодической системы. Эти материалы обладают очень высокими температурами плавления и чрезвычайно высокими давлениями паров летучих компонентов над собственными расплавами. Для выращивания достаточно крупных монокристаллов этих материалов приходится использовать кристаллизацию из растворов и различные методы кристаллизации из газовой фазы, в том числе в аппаратуре высокого давления. Получение достаточно крупных и совершенных монокристаллов этих широкозонных полупроводников связано с преодолением большого количества принципиальных сложностей и, за исключением карбида кремния, еще не вышло за рамки лабораторных исследований. [c.44] Серьезные новые задачи возникают и в оснащении все усложняющихся производств методами контроля качества продукции, особенно в применении к пластинам. По мере увеличения степени интеграции твердотельных электронных устройств все острее ощущается потребность в новых высокоразрешающих, экспрессных, высокоинформативных и автоматизированных бесконтактных методах контроля, объективно характеризующих пригодность монокристаллов и пластин для решения новых задач. Требования по количеству и размерам присутствующих в монокристаллах и на поверхности пластин дефектов ужесточаются с каждым годом, и возможности традиционных оптических и электрофизических методов контроля уже практически исчерпаны. Необходим переход на метрологию нового уровня, с использованием возможностей сканирующей туннельной и атомно-силовой микроскопии, а также других современных методов контроля структуры и свойств с субмикрон-ным и нанометровым разрешением. При этом новые средства контроля должны хорошо вписываться в идеологию создания гибких, непрерывных, высокопроизводительных автоматизированных технологических линий. Весьма актуальной становится и проблема экспрессного контроля загрязнения поверхности пластин металлическими примесями с чувствительностью на уровне -10 ат/см . [c.46] Вернуться к основной статье