Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «САРАТОВСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Н.Г.ЧЕРНЫШЕВСКОГО» Кафедра материаловедения, технологии и управления качеством Технологическая документация на операцию очистки поверхности пластин и подложек КУРСОВАЯ РАБОТА студента 2 курса 231 группы направления «Управление качеством» факультета нано - и биомедицинских технологий Симакина Николая Сергеевича Научный руководитель: профессор кафедры материаловедения, технологии и управления качеством, д.т.н., профессор должность, уч. степень, уч. звание В.В. Кисин подпись, дата Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор должность, уч. степень, уч. звание инициалы, фамилия С.Б. Вениг подпись, дата Саратов 2017 инициалы, фамилия СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 3 1. Стандарты технологической документации..................................................... 4 1.1 Общие сведения о стандартизации ................................................................. 4 1.2 Технологический процесс ................................................................................ 5 1.3 Документация, регламентирующая технологический процесс .................... 8 1.4 Порядок разработки и введение в действие технологической документации......................................................................................................... 10 2.Очистка поверхности пластин и подложек ..................................................... 11 2.1 Жидкостная очистка ....................................................................................... 12 2.2 Ультразвуковое обезжиривание .................................................................... 14 2.3 Отмывка водой ................................................................................................ 15 2.3 Химическая очистка........................................................................................ 17 2.4 Травление ......................................................................................................... 19 3 Описание технологического процесса очистки подложек перед анодным окислением кремния ............................................................................................. 23 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 25 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ........................................... 26 2 ВВЕДЕНИЕ По мере развития технологических процессов все больше используется автоматизация. Ручной труд человека заменяется работой оборудования с программным управлением. Роль оператора сводится к минимуму. В таких условиях появляется необходимость менять требования к порядку разработки, тестирования, утверждения, введения в действие, изменению и т. д. технологической документации. Целью данной курсовой работы является изучение современных стандартов технологической документации и современной практики использования компьютеризированного оборудования для выполнения технологических операций В задачи курсовой работы входит: - Составление перечня основных стандартов, регламентирующих порядок разработки, тестирования, утверждения, введения в действие, изменение технологической документации - Рассмотрение основных этапов технологического процесса на примере очистки пластин и подложек - Описание технологического процесса очистки пластин и подложек перед анодным окислением кремния 3 1. Стандарты технологической документации. 1.1 Общие сведения о стандартизации Стандартизация является инструментом государственной технической политики, деятельностью по установлению правил с целью их добровольного многократного использования, упорядоченности в сферах направленной производства и на обращения достижение продукции. Стандартизация является эффективным средством управления экономикой, существенным звеном, соединяющим в единый процесс науку, технику и производство. Экономика сильно зависит от стандартов. Благодаря этим стандартам производство продукции регулируется и контролируется. Можно привести тому множество примеров – от производства пуговиц до ракетостроения [1]. Цели стандартизации: повышение уровня безопасности жизни или здоровья граждан, экологической безопасности, безопасности жизни или здоровья животных и растений; повышение уровня безопасности объектов с учетом риска возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера; обеспечение научно-технического прогресса; повышение конкурентоспособности продукции, работ, услуг; рациональное использование ресурсов; обеспечение технической и информационной совместимости; обеспечение сопоставимости результатов исследований (испытаний) и измерений, технических и экономико-статистических данных; обеспечение взаимозаменяемости продукции. 4 1.2 Технологический процесс Производственный процесс, то есть процесс производства какой-либо продукции, представляет собой совокупность взаимосвязанных частичных процессов, которые могут быть вспомогательными, обслуживающими, или основными. К инструмента вспомогательным и остнастки, процессам ремонт относят оборудования, изготовление производство энергоресурсов, сжатого воздуха и т.д. К обслуживающим процессам относят технический контроль качества продукции, транспортное обслуживание, складирование предметов труда и производства. Основную часть производственного процесса составляют технологические процессы. Согласно [2] технологический процесс представляет собой часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению или определению состояния предмета труда. Технологический процесс может быть отнесен к изделию, его составной части или к методам обработки, формообразования и сборки. По характеру протекания технологические процессы делятся на непрерывные, периодические и дискретные. Непрерывным называется процесс, в котором конечный продукт вырабатывается до тех пор, пока подводится сырье, энергия, катализаторы, управляющие воздействия. Все стадии непрерывного процесса происходят одновременно, но разделены в пространстве. К таким процессам можно отнести, например, процессы переработки нефти. Периодическим является технологический процесс, в котором за относительно вырабатывается небольшой промежуток определенное, времени ограниченное (часы количество или дни) конечного продукта. Все стадии периодического процесса происходят в одном месте, но они разделены во времени. При этом в течение некоторого промежутка времени периодический процесс можно рассматривать как непрерывный. 5 Примером периодического процесса может быть технологический процесс плавки металла. Дискретным называется технологический процесс, в котором конечный продукт вырабатывается за определенные промежутки времени, и этот процесс можно остановить, а также продолжить с любой технологической операции без снижения заданного уровня качества. Можно назвать такие примеры, как: процесс сборки изделий на конвейере, испытание готовых изделий и т.п. Структура технологического процесса включает в себя: технологические операции, установку, позиции, переходы, ходы, приемы. В качестве примера приведем определения основных понятий технологии в металлообработке. Технологическая операция – законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте и охватывающая все последовательные действия рабочего (или компьютера) и станка по обработке заготовки (материала). Установка - часть технологической операции, выполняемая при неизменном закреплении обрабатываемых заготовок или собираемой сборочной единицы. Операция разделяется на переходы – технологические и вспомогательные. Технологический переход – законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента, поверхностей, образуемых обработкой, или режима работы станка. Вспомогательный переход – законченная часть технологической операции, состоящая из действия человека и или оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров и шероховатости поверхности, но необходимы для выполнения технологического перехода. Примерами вспомогательных переходов являются установка заготовки, смена инструмента и т.д. 6 Позиция - это каждое отдельное положение заготовки, занимаемое ею относительно станка при неизменном ее закреплении. Рабочий ход – это часть технологического перехода, охватывающую все действия, связанные со снятием одного слоя материала при неизменности инструмента, поверхности обработки и режима работы станка. Под приемом понимают законченное действие рабочего, обычно приемами являются вспомогательные действия, например постановка или снятие детали, пуск станка, переключение скорости или подачи и т.п. Для эффективности производства технологический процесс должен отвечать определенным требованиям. Технологический процесс должен быть четко отлажен, для того чтобы обеспечивать повышение эффективности труда и качества предметов торговли, сокращение трудовых и материальных издержек на его реализацию. Также он должен соответствовать требованиям техники безопасности, промышленной санитарии и охране окружающей среды. 7 1.3 Документация, регламентирующая технологический процесс В соответствии с государственными стандартами [3], в нашей стране с 1973 г. введена единая система технологической документации (ЕСТД). Она представляет собой комплекс стандартов, устанавливающих взаимосвязанные правила и положения о порядке разработки, оформления, комплектации технологической документации, разрабатываемой и применяемой во всех технологических отраслях страны, а также о правилах пользования этой документацией. Технологической документацией называют документы, которые регламентируют выполнение технологического процесса изготовления изделия. Межгосударственные стандарты [4] и [5], в свою очередь, устанавливают стадии разработки, виды документов, применяемых для технологических процессов и правила оформления документации общего назначения. В состав технологической документации входят: маршрутная карта, операционная карта, карта эскизов и схем, спецификация технологических документов, технологическая инструкция, материальная ведомость, ведомость оснастки и прочие документы. Далее приводится описание некоторых документов: Маршрутная карта - документ, предназначенный для маршрутного или маршрутно-операционного описания технологического процесса или указания полного состава технологических операций при операционном описании изготовления или ремонта изделия (составных частей изделия), включая контроль технологических указанием и перемещение методов данных об в по всем технологической оборудовании, операциям различных последовательности технологической с оснастке, материальных нормативах и трудовых затратах. Операционная карта – документ, предназначенный для описания технологической операции с указанием последовательного выполнения 8 переходов, данных о средствах технологического оснащения, режимах и трудовых затратах. Применяют при разработке и исполнении единичных технологических процессов. Карта эскизов - графический документ, содержащий эскизы, схемы и таблицы и предназначенный для пояснения выполнения технологического процесса, операции или перехода изготовления или ремонта изделия (составных частей изделия), включая контроль и перемещения. Технологическая инструкция – документ, предназначенный для описания технологических процессов, методов и приемов, повторяющихся при изготовлении или ремонте изделий (составных частей изделий), правил эксплуатации средств технологического оснащения. Применяют в целях сокращения объема разрабатываемой технологической документации. 9 1.4 Порядок разработки и введение в действие технологической документации Порядок и стадии разработки технологической документации установлены в стандарте [3]. В стандарте сказано, что стадии разработки технологической документации определяет непосредственно разработчик документации. Согласно [3] технологическая документация разрабатывается на стадии «предварительного проекта» с литерой «П», которая соответствует стадиям «эскизного» и «технического» проекта разработки конструкторской документации. Технологической документации, предназначенной для разового изготовления одного или нескольких изделий (составных частей изделий) в единичном производстве, присваивают литеру "И" на основании конструкторской документации, имеющей литеру "И". Разработка технологической документации, предназначенной для изготовления и испытания изделий серийного (массового) производства, ведется с присвоением литеры "А" ("Б") на основании конструкторской документации, имеющей литеру "А" или "Б".[3]. При выполнении технологической документации в форме электронного документа требования к форматам данных рекомендуется устанавливать на предшествующей стадии разработки, если это не предусмотрено техническим заданием. В соответствии с ЕСТД упрощается процедура оформления и утверждения технологических документов, поскольку вместо пяти-семи обязательных подписей сейчас предусмотрены только две - разработчика и контролера. В документах собрана вся необходимая для технолога информация по трудовым нормативам, ранее разбросанная по большому числу документов, например существовавшая оторванность технологического нормирования, ведущаяся в цехе или отделе технических измерений от работ проектирования, проводившегося в отделах главного технолога, главного металлурга и т.д. 10 2. Очистка поверхности пластин и подложек На поверхности пластин и подложек одновременно могут присутствовать многие виды загрязнений. Наиболее трудноудаляемыми являются органические и некоторые химически связанные с поверхностью загрязнения. Из физических загрязнений наиболее сложно удаляются мелкие зерна абразива, внедренные в поверхностный слой. Из растворимых в воде полярных загрязнений удаляются подвижные ионы металлов, изменяющие электропроводность поверхности. В то же время получить поверхность без посторонних примесей дефектов стуктуры практически невозможно. Поэтому применяемое в технике понятие «чистая поверхность» имеет относительный характер. Технологически чистой считают поверхность, которая имеет концентрацию примесей и дефектов, не препятствующую воспроизводимому получению заданных значений и стабильности параметров изделия, например, интегральной схемы (ИС). Допустимая концентрация примесей на поверхности пластин зависит от сложности ИС и способа ее формирования, в худшем случае она не должна превышать 10-8 г/см2 (1016 атомных единиц массы на квадратный сантиметр). В соответствии с применяемыми средствами очистку делят на жидкостную и сухую. Классификация методов очистки приведена на рис.1 Рисунок 1. Классификация методов очистки пластин и подложек 11 2.1 Жидкостная очистка Жидкостная очистка поверхности выполняется органическими растворителями; разнообразными составами, содержащими щелочи, кислоты, пероксид и другие реактивы, водой. Подобрать жидкое средство, одновременно удаляющее все возможные поверхностные загрязнения, практически невозможно, поэтому жидкостная очистка включает ряд последовательных операций. Нерастворимые в воде органические жировые загрязнения делают поверхность гидрофобной, то есть плохо смачиваемой водой и большинством растворов. Для равномерной очистки поверхность подложек (пластин) необходимо перевести в гидрофильное, то есть хорошо смачиваемое водой, состояние. Операция удаления жировых загрязнений, сопровождаемая переводом поверхности из гидрофобного в гидрофильное состояние, называется обезжириванием (первой операцией при жидкостной очистке). При физической очистке в первую очередь необходимо удалить молекулярные, органические и химически связанные с поверхностью загрязнения, а затем - остаточные ионные и атомарные. При такой очистке происходит десорбция адсорбированных поверхностью загрязнений без изменения их состава, то есть без химических реакций, путем простого растворения. Обезжиривание в органических растворителях применяется для удаления с поверхности подложек жиров животного и растительного происхождения, минеральных масел, смазок, воска, парафина и других органических и механических загрязнений. (В качестве растворителей наиболее часто применяют четыреххлористый углерод, бензол, толуол, изопропиловый спирт, фреон и др.) Десорбция молекул жира с обрабатываемой поверхности происходит в результате их собственных колебательных движений и притяжения со стороны молекул растворителя. Если силы связи с поверхностью меньше сил притяжения молекулами растворителя, частицы жира отрываются от 12 поверхности и благодаря диффузии распространяются по объему обрабатывающей жидкости. На очищаемую поверхность адсорбируются молекулы растворителя и могут также вновь попасть молекулы жира и загрязнения самого растворителя. Именно поэтому применяют очищенные растворители, во время обезжиривания создают условия для максимальной растворимости и минимальной обратной адсорбции на обрабатываемую поверхность загрязнений из растворителя, а после обезжиривания удаляют с поверхности его остатки. Для интенсивного одновременного удаления полярных и неполярных органических загрязнений в промышленном производстве широко применяют смеси различных растворителей. Определяющими параметрами процесса являются температура и время. Растворимость жиров увеличивается с повышением температуры. Поэтому обезжиривание осуществляют в горячих или кипящих растворителях. Обезжиривание в органических растворителях наиболее часто выполняют погружением (рис.2) Рисунок 2. Схема процесса обезжиривания пластин и подложек погружением в органический растворитель 1 - отстойник; 2 - блок герметичных ванн; 3 - охлаждающий змеевик; 4 - перегонный куб; 5 - нагреватели; 6 - кассета с пластинами 13 2.2 Ультразвуковое обезжиривание Ультразвуковое обезжиривание выполняют в специальных ваннах, дно и стенки которых совершают механические колебания с ультразвуковой (УЗ) частотой (рис. 3). Эффективность очистки зависит от частоты и мощности УЗ-колебаний, температуры и времени обработки, а также от состава раствора, характера и степени загрязнений. С повышением частоты увеличивается проникающая способность жидкости за счет уменьшения длины волны УЗ-колебаний, уменьшается вероятность разрушения образцов за счет уменьшения размеров кавитационных пузырьков. С повышением мощности УЗ-колебаний до определенных значений интенсивность кавитации возрастает. Повышение температуры повышает растворимость загрязнений и влияет на условия возникновения кавитации. Для каждой жидкости существует оптимальная температура обработки. Обработку пластин и подложек обычно ведут при УЗ колебаниях, когда кавитация отсутствует и очистка интенсифицируется за счет вихревых акустических протоков жидкости. Ультразвуковые колебания значительно повышают производительность и улучшают качество не только обезжиривания, но и других операций жидкостной обработки. Рисунок 3. Схема процесса ультразвуковой очистки в протоке 1 - ванна; 2 - кассета с пластинами; 3 - концентратор; 4 – ультразвуковой генератор; 5 - магнитострикционный излучатель 14 2.3 Отмывка водой Отмывка водой применяется для очистки поверхности от остатков полярных растворителей после обезжиривания, от остатков травителей, флюсов, кислот, щелочей, солей и других загрязнений. Так же, как и в органических растворителях, отмывка в воде сопровождается растворением загрязнений или механическим смыванием пылинок, ворсинок и других частиц. Отмывку выполняют в подогретой до 50–60 °С деионизованной воде. При меньших температурах отмывка недостаточно эффективна, при больших температурах возможно закрепление на обрабатываемой поверхности остатков некоторых загрязнений, например остатков щелочных растворов в результате гидролиза щелочных солей. Отмывку в воде выполняют погружением, в протоке в многокаскадных ваннах, струей, гидромеханическим способом, в ультразвуковых ваннах. Отмывка погружением отличается простотой и применяется в основном в лабораторных условиях и на начальных стадиях для очистки сильно загрязненных подложек. Отмывка в протоке в многокаскадных ваннах обеспечивает непрерывный отвод загрязнений от пластин. Кассеты с пластинами переносят из одной ванны в другую навстречу движению воды. Отмывка струей выполняется в установках с системой циркуляции и подогрева воды. Вода подается через форсунки под давлением 50–200 кПа на движущиеся пластины, расположенные на диске центрифуги. Частота вращения центрифуги 200–600 об/мин. Достоинством струйной отмывки являются непрерывная смена воды и гидромеханическое воздействие струи на обрабатываемую поверхность, способствующие эффективному удалению загрязнений. Гидромеханическая отмывка выполняется с помощью беличьих кистей или капроновых вращательные 15 (нейлоновых) движения щеток, (рис.4), которые, способствуют совершая сложные обновлению воды непосредственно около очищаемых пластин, увеличивают смачиваемость поверхности и механически сбивают загрязнения. Пластины крепятся вакуумным способом. Деионизованная вода подается под давлением. К недостаткам гидромеханической отмывки относятся возможность обратного перехода загрязнений с кистей (щеток) на обрабатываемые поверхности, вероятность загрязнений за счет износа кистей или щеток, необходимость периодической тщательной очистки самих щеток, кистей. Рисунок 4. Схема процесса гидромеханической отмывки 1 - слив воды; 2 - обрабатываемая пластина; 3 - кисти; 4 - подача воды 16 2.3 Химическая очистка Химический вид обработки предусматривает разрушение загрязнений или поверхностного слоя очищаемого объекта в результате химических реакций. Химическое обезжиривание выполняют в составах, разрушающих молекулы жира, но не действующих на обрабатываемый материал. В раствор переходят продукты реакции, поэтому обратное загрязнение молекулами жира практически отсутствует. Пластины отмывают в наклеенном на полировочные диски состоянии. В процессе обезжиривания такими растворами омыляемые жиры переводятся в мыла, представляющие собой растворимые в воде соли, которые удаляются последующей отмывкой в воде. К омыляемым жирам относятся все растительные и животные жиры, являющиеся сложными эфирами глицерина и высокомолекулярных органических кислот. Обезжиривание в щелочах сопровождается химической реакцией. Неомыляемые жиры при этом не разлагаются, но могут образовывать эмульсии, которые удерживают загрязнения в моющем растворе, предотвращая их обратное попадание на очищаемую поверхность. Для поддержания постоянной концентрации щелочи в раствор вводят соли щелочных металлов, которые, взаимодействуя с водой, образуют щелочь. Обезжиривание ведут при температуре 70–90 °С путем погружения, распыления, в ультразвуковых ваннах. Обезжиривание в пероксидноаммиачных раствора, состоящих из пероксида водорода, гидроксида аммония и воды (Н2О2 : NH4OH : Н2О = 1 : 1 : 4), широко применяют на различных этапах технологии изготовления микросхем. Такой раствор обладает лучшими обезжиривающими свойствами по сравнению с органическими растворителями, является универсальным средством, так как удаляет как омыляемые, так и неомыляемые жиры, неорганические загрязнения, а также ионы натрия, меди, серебра и других металлов. В процессе обезжиривания пероксид разлагается с выделением атомарного кислорода: Н2О2 = O↑+ Н2О. Выделение 17 атомарного кислорода увеличивается с повышением температуры, поэтому процесс ведут при 80–90 °С. Атомарный кислород оксидирует как органические, так и неорганические загрязнения. Щелочь NH4OH ускоряет реакцию разложения пероксида, омыляет или эмульгирует жиры, а также связывает в хорошо растворимые комплексы некоторые металлы первой и второй групп периодической таблицы Менделеева. Процесс сопровождается пенообразованием благодаря интенсивному выделению углекислого газа при окислении органических загрязнений. По сравнению с физическим обезжириванием в органических растворителях химическое обезжиривание менее опасно для работников и окружающей среды, а так же отличается меньшим расходом реактивов и меньшей трудоемкостью процессов и более высоким качеством отмывки пластин. Обработка в составах, содержащих кислоты, после очистки в пероксидно - аммиачном растворе не вносит дополнительных загрязнений поверхности, как это имеет место после обезжиривания в органических растворителях. В последнем случае остатки органических растворителей обугливаются кислотами, загрязняя поверхность 18 2.4 Травление Травлением называется очистка, при которой удаляется приповерхностный слой пластины или подложки. Травление обычно проводится после обезжиривания, так как только в этом случае травитель хорошо смачивает всю поверхность пластин, и верхний слой удаляется равномерно [7]. Процесс травления можно разбить на пять стадий: диффузия реагентов к обрабатываемой поверхности; адсорбция реагентов поверхностью; химическое взаимодействие реагентов с обрабатываемым материалом; десорбция продуктов химических реакций; диффузия продуктов химических реакций от поверхности. Скорость всего процесса определяется скоростью наиболее медленной (контролирующей или лимитирующей) стадии. При травлении кремния лимитирующими стадиями могут быть диффузия реагента к/от поверхности, либо поверхностная химическая реакция, что определяется видом травителя и энергией активации стадий процесса. Травители, в которых самыми медленными, определяющими суммарный процесс травления этапами являются диффузионные, называются полирующими. Они нечувствительны к физическим и химическим неоднородностям поверхности, сглаживают шероховатости, выравнивания микрорельеф. Скорость травления Vтр в полирующих травителях определяется скоростью диффузии реагента Vд и зависит от градиента его концентрации: Vтр = Vд = D(Nоб – Nпов)/δ, где D — коэффициент диффузии реагента, зависящий от природы и энергии активации молекул реагента; Nоб и Nпов - концентрация реагента в объеме и на поверхности, соответственно; δ - толщина приповерхностного слоя травителя, в котором существует градиент концентрации). 19 Полирующие свойства травителя можно усилить, уменьшив скорость диффузионных процессов. При этом скорость травления нечувствительна к физическим и химическим неоднородностям поверхности, слабо зависит от температуры. Вследствие более высокого градиента концентрации выступы на поверхности травятся быстрее впадин. Поэтому полирующие травители хорошо сглаживают шероховатости, выравнивая микрорельеф. Типичными полирующими травителями для кремниевых пластин являются смеси азотной и фтористоводородной (плавиковой) кислот. Травители, в которых самыми медленными являются поверхностные химические реакции, называются селективными. Скорость травления в них зависит от температуры, структуры и кристаллографической ориентации поверхности и не зависит от вязкости и перемешивания травителя. Селективные травители с большой разницей скоростей травления в различных кристаллографических направлениях принято называть анизотропными. В процессе изготовления структур для обеспечения изоляции элементов с помощью анизотропных травителей в кремнии вытравливают углубления. Кислотное травление кремния обеспечивает получение зеркально гладкой поверхности пластин любой кристаллографической ориентации с шероховатостью от 12-го до 14-го класса. Травитель должен обладать полирующей способностью, достаточной и стабильной скоростью травления, малой истощаемостью и устойчивостью при хранении. Этим требованиям для кремния удовлетворяют травители на основе смеси азотной и фтористоводородной кислот. Кислотное травление кремния представляет собой окислительновосстановительный процесс с растворением продуктов окислительной реакции. На энергетически выгодных участках поверхности пластин кремния (места физических и химических неоднородностей) идут одновременно анодные реакции окисления кремния азотной кислотой с последующим растворением 20 оксида кремния фтористоводородной кислотой (комплексообразователем) и катодные реакции восстановления окислителя (азотной кислоты). Электрически аноды и катоды связаны друг с другом травителем. Сопряженные процессы, идущие с одинаковой скоростью, на микроанодных и микрокатодных участках пластины при травлении в смеси азотной и фтористоводородной кислот можно выразить следующей суммарной реакцией: Si + 2HNO3 + 6HF = = H2SiF6 + 2HNO2 + 2H2O. Полученная в результате катодной реакции азотистая кислота HNO2 является более сильным окислителем, чем азотная кислота НNО3. Скорость травления кремния зависит от соотношения кислот в травителе (рис. 6) С увеличением содержания азотной кислоты травление замедляется, так как скорость окисления поверхности превосходит скорость растворения оксида кремния. Лучшими полирующими свойствами обладают травители с большим содержанием азотной кислоты (НNО3 : HF = 2 : 1 или 3: 1). Для уменьшения скорости травления к основным кислотам добавляют уксусную кислоту СН3СООН, которая замедляет окисление кремния и растворение оксида и облегчает управление процессом травления. Рисунок 5. Зависимость скорости травления кремния от соотношения кислот в травителе. Техника проведения процесса определяется целями травления. Химико-динамическое травление применяют для получения пластин с высоким 21 качеством поверхности, соответствующим 14-му классу шероховатости, и точными геометрическими параметрами. Процесс легко автоматизируется, отличается высокой производительностью, малыми затратами реактивов, изоляцией опасной зоны от оператора. Химикодинамический способ широко применяют в промышленности как для плоского, так и для рельефного травления при получении различных углублений. Травление погружением в статическом режиме применяют, когда нет высоких требований к качеству поверхности и геометрии пластин. При этом рекомендуют вращать, приподнимая и опуская, кассеты с пластинами. 22 3 Описание технологического процесса очистки подложек перед анодным окислением кремния Анодное окисление позволяет преодолеть недостатки термического и химического окисления. Анодное окисление является одной из основных электродных реакций, управляющей процессом растворения полупроводника. В данной работе будет описан технологический процесс очистки подложек перед выполнением анодного окисления кремния. В таблице 1 приведены материалы и оборудование, необходимые для реализации процесса. В таблице 2 указаны все необходимые химические реактивы. Таблица 1 – Необходимое оборудование Оборудование, технологическая оснастка, тара Наименование Обозначение, ГОСТ, термозонд ГОСТ 12026-76 вытяжной шкаф ГОСТ 23308-78 фильтрованная бумага ГОСТ 12026-76 пинцет ГОСТ 21241-89 химический стакан 2шт ГОСТ 25336-82 секундомер ГОСТ 5072-79 фторопластовый ГОСТ 21000-81 перфорированный стакан пинцет с фторопластовыми ГОСТ 26239.3-84 наконечниками керамический стакан с NaHCO3 ГОСТ 9147-80 халат ГОСТ 12.4.132-83 резиновые перчатки ГОСТ 20010-93 23 Таблица 2 – Необходимые химические реактивы Химические реактивы Наименование Обозначение, ГОСТ, ТУ Вода дистиллированная ГОСТ 6709-72 четыреххлористый углерод ГОСТ 20288-74 Травитель CP-4A гидрокарбонат натрия NaHCO3 ГОСТ 2156-76 Описание технологического процесса: Работу выполнять в химическом шкафу; использовать халат и резиновые перчатки Проверить тип проводимости пластину кремния n-типа с помощью термозонда. Налить в химический стакан 5 мл. CCL4. Полностью погрузить кремниевую пластину в химический стакан. Извлечь пластину и поместить ее на фильтрованную бумагу, дать ей высохнуть. Поместить пластину кремния в перфорированный фторопластовый стаканчик. Используя пинцет с фторопластовыми наконечниками погрузить стаканчик с пластиной в травитель CP-4A. Травить в течении 30 с. Промыть пластину и промокнуть ее фильтрованной бумагой. Произвести анодное окисление. Утилизация химических отходов: Использованный CCL4 слить в емкость для органических отходов. Промывочную воду после травления нейтрализовать путем добавления в емкость NaHCO3. 24 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В ходе выполнения работы были решены следующие задачи: 1) Выявлены основные стандарты регламентирующие порядок разработки, тестирования, утверждения, введения в действие, изменение технологической документации. 2) Рассмотрены основные этапы технологического процесса на примере очистки пластин. 3) Описан технологический процесс очистки подложек кремния перед его анодным окислением. На основании проведенного исследования можно сделать следующий вывод: Изучение технологических процессов и порядка их документирования показало, что распространенная в настоящее время процедура документирования технологических процессов не является универсальной и ориентирована на человека, на оператора. Для компьютера инструкция будет другой. Применяемый в лаборатории технологии материалов и покрытий СГУ технологический процесс очистки подложек перед анодным окислением также пригоден только для оператора, для человека. Перевод этой технологии на управляемое компьютером оборудование потребует как изменения самой технологии, так и порядка ее документирования. 25 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 1 Нормативно-технологическая документация [Электронный ресурс] // Центр информационно-библиотечного деятельности[Электронный обеспечения ресурс]: учебно-научной [сайт]. URL: http://library.mephi.ru/icb2/glav6.html (дата обращения: 20.04.2017). Загл. с экрана. Яз. рус. 2 ГОСТ Р 1109-2011. Единая система технологической документации. Термины и определения основных понятий. М.: Стандартинформ, 2012, 16 с. 3 ГОСТ Р 3.1001-2011. Единая система технологической документации. Общие положения М.: Стандартинформ, 2011, 14 с. 4 ГОСТ Р 3.1102-2011. Единая система технологической документации. Стадии разработки и виды документов. М.: Стандартинформ, 2011, 14 с. 5 ГОСТ Р 3.1105-2011. Единая система технологической документации. Формы и правила оформления документов общего назначения. М.: Стандартинформ, 2011, 30 с. 6 Технологическая документация [Электронный ресурс] // Разработка технологических процессов [Электронный ресурс]. URL: http://www.webrarium.ru/tp-docs.html (дата обращения 7.05.2014). Загл. с экрана. Яз.рус. 7 Очистка поверхности пластин и подложек [Электронный ресурс] // Технологии в электронной промышленности [Электронный ресурс]: [сайт]. URL: http://www.tech-e.ru/2008_5_76.php (дата обращения: 20.04.2017). Загл. с экрана. Яз. рус. 26