Анализ процесса обработки формирования структур как объекта управления. Разработка алгоритма системы управления технологическим процессом отжига в формировании структур. Моделирование процесса травления при формировании топологии интегральных элементов.
Аннотация к работе
Повышение эффективности управления технологическим процессом формирования структур интегральных элементов Специальность: 05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность) Работа выполнена в ГОУ ВПО “Кабардино-Балкарский государственный университет”. Официальные оппоненты: доктор технических наук,профессор Каргин Н.И. доктор технических наук, с.н.с. Защита состоится «13» мая 2011 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.246.01 в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте (государственный технологический университет) по адресу: 362021, РСО-Алания, г.Однако управление процессами осложняется особенностями рассматриваемого ТП: групповой характер производства, многофакторность, длительность изготовления. Предложены формализованные описания основных процессов групповой обработки, протекающих при формировании структур ИЭ, на основе математических зависимостей и соотношений, ориентированных на использование их при управлении на базе современных программно-технических средств и информационных технологий. Разработанная система управления процессом имплантации и отжига позволяет повысить точность протекания процесса групповой обработки формирования структур, и добиться стабильности показателей качества за счет эффективного управления процессами имплантации и отжига некогерентным излучением. Разработанные системы и алгоритмы управления процессом импульсной ионной имплантации, отжига и травления опробованы в условиях производства, позволяют повысить процент выхода годных ИЭ, снизить энергозатраты и продолжительность термообработки. Технологическая задача - формирование с высокой точностью структурных слоев ИЭ - в современных производственных системах достигается применением эффективных алгоритмов управления, при которых оцениваются как отклонения технологических режимов процессов в каждой производственной системе, так и отклонения параметров изделий.Разработаны и исследованы формализованные описания основных процессов групповой обработки, протекающих при формировании структур ИЭ, ориентированных на использование их при управлении на базе современных программно-технических средств и информационных технологий. Разработан алгоритм эффективного управления процессом ИИИ на основе разработанной установки, который позволяет получать структуры ИЭ с заданными параметрами. Реализация алгоритмов эффективного управления ТП обеспечивает формирование с высокой точностью структурных слоев ИЭ, повышение процента выхода и улучшение однородности характеристик ИЭ в партии. Разработан алгоритм эффективного управления процессом отжига некогерентным излучением, предоставляющий возможность определения зависимости температуры кремниевой пластины от плотности потока мощности облучения в любой момент времени процесса отжига, а также оценить изменение температуры пластины после прекращения воздействия на нее светового потока. Для обеспечения эффективного управления процессом отжига пластин разработана автоматизированная система управления, позволяющая с высокой точностью и воспроизводимостью реализовать необходимые температурно-временные режимы импульсного отжига полупроводниковых пластин.
Вывод
В диссертационной работе решена научная задача повышения эффективности управления технологическим процессом формирования структур интегральных элементов.
Основные теоретические и практические результаты диссертации заключаются в следующем: 1. Разработаны и исследованы формализованные описания основных процессов групповой обработки, протекающих при формировании структур ИЭ, ориентированных на использование их при управлении на базе современных программно-технических средств и информационных технологий.
2. Разработан алгоритм эффективного управления процессом ИИИ на основе разработанной установки, который позволяет получать структуры ИЭ с заданными параметрами. Реализация алгоритмов эффективного управления ТП обеспечивает формирование с высокой точностью структурных слоев ИЭ, повышение процента выхода и улучшение однородности характеристик ИЭ в партии.
3. Сравнительный анализ расчетных и экспериментально измеренных концентрационных профилей ионов бора и мышьяка, имплантированных в кремний, показал, что математическая модель позволяет достаточно хорошо прогнозировать концентрации внедренных ионов при различных дозах и энергиях. Выявленные различия расчетных и экспериментально измеренных профилей могут быть обусловлены процессом ионного перемешивания. Представленные результаты исследования ИИИ позволяют сделать выводы об особенностях использования и рекомендации для эффективного проведения соответствующего технологического процесса.
4. Разработан алгоритм эффективного управления процессом отжига некогерентным излучением, предоставляющий возможность определения зависимости температуры кремниевой пластины от плотности потока мощности облучения в любой момент времени процесса отжига, а также оценить изменение температуры пластины после прекращения воздействия на нее светового потока. Для обеспечения эффективного управления процессом отжига пластин разработана автоматизированная система управления, позволяющая с высокой точностью и воспроизводимостью реализовать необходимые температурно-временные режимы импульсного отжига полупроводниковых пластин.
5. Разработан алгоритм моделирования процесса сухого травления с учетом основных параметров режима травления, обеспечивающий воспроизводимость рельефов с высокой точностью и оптимизацию параметров процесса.
6. Установлены зависимости электрофизических свойств ионно-имплантированных слоев кремния от дозы облучения и температуры отжига. Определены оптимальные режимы процесса ионной имплантации (5·109 Вт/см2, 20 КЭВ, 1,5·1015 см-2) и отжига (1100ОС, 10с), обеспечивающие повышение процента выхода ИЭ. Научно обоснованы и экспериментально осуществлены оптимизация процессов управления ИИИ, отжига некогерентным излучением и плазменное травление при формировании структур ИЭ.
7. Повышение эффективности управления ТП формирования структур ИЭ и воспроизводимости их параметров обеспечивается разработкой эффективных стратегий и использованием новых технических решений. Это позволяет повысить стабильность ТП, качество и надежность ИЭ.
8. Результаты исследований внедрены на ОАО “НЗПП” и используются в учебном процессе Кабардино-Балкарского государственного университета. Экономический эффект составляет 490 тысяч рублей в год.
ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ
В ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях из перечня ВАК
1. Мустафаев М.Г. Системный подход к обеспечению качества изделий [Текст] / Мустафаев М.Г. // Автоматизация и современные технологии. - 2007. - №1. - С.43-45.
2. Мустафаев М.Г. Управление и регулирование технологической системы производства элементов и компонентов [Текст] / Мустафаев М.Г. Мустафаев Г.А. // Приборы. - 2007. - №11. - С.44-47.
3. Мустафаев М.Г. Повышение эффективности управления технологической системы при создании элементов и компонентов РЭС [Текст] / Мустафаев М.Г., Мустафаева Д.Г. // Вопросы радиоэлектроники. - 2009. - №1. - С.70-73.
4. Мустафаев М.Г. Обеспечение надежности элементов и компонентов радиоэлектронных систем [Текст] / Мустафаев М.Г., Кармоков А.М. // Вестник Воронежского государственного технического университета. - 2009. - Т.5. - №1. - С.127-130.
5. Мустафаев М.Г. Некоторые методологические принципы совершенствования управления технологической системой при создании изделий [Текст] / Мустафаев М.Г., Мустафаева Д.Г. // Известия ВУЗОВ. Технические науки. Северо-Кавказский регион. - 2009. - №3. - С.3-5.
6. Мустафаев М.Г. Обеспечение качества и надежности пленочных приборных структур [Текст] / Мустафаев М.Г., Мустафаев Г.А. // Приборы. - 2010. - №10. - С.49-53.
В других журналах и сборниках научных трудов
7. Мустафаев М.Г. Ионно-лучевая технология при исследовании и создании структур [Текст] / Мустафаев М.Г. // Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии: материалы VI Международной научной конференции. - Кисловодск. - 2006. - С.87-88.
8. Мустафаев М.Г. Система обеспечения качества сверхбольших интегральных схем [Текст] / Мустафаев М.Г., Мустафаев А.Г. // Электронная промышленность. - 2007. - №1. - С.29-32
9. Мустафаев М.Г. Совершенствование управления производством и его эффективность [Текст] / Мустафаев М.Г., Мустафаев М.Г. // ИТР. - 2008. - №9. - С.11.
10. Мустафаев М.Г. Некоторые проблемы при создании микроэлектронных приборных структур [Текст] / Мустафаев М.Г. // Современные проблемы радиоэлектроники: сборник научных трудов. - Красноярск. - 2009. - С.263-266.
11. Мустафаев М.Г. Контроль и управление технологическим процессом при производстве изделий [Текст] / Мустафаев М.Г. // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях: материалы 7-й Всероссийской научно-технической конференции. - Бийск. - 2010. - С.61-62.
12. Мустафаев М.Г. Моделирование процесса отжига при производстве приборных структур [Текст] / Мустафаев М.Г. // Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях: материалы 7-й Всероссийской научно-технической конференции. - Бийск. - 2010. - С.64-66.
13. Мустафаев М.Г. Совершенствование управления технологической системой при производстве изделий [Текст] / Мустафаев М.Г. // Электронные средства и системы управления: материалы VI Международной научно-практической конференции. - Томск. - 2010. - С.113-114.
14. Мустафаев М.Г. Оптимизация процесса формирования структурных слоев интегральных элементов [Текст] / Мустафаев М.Г. // Прогрессивные технологии и перспективы развития: материалы II Международной научно-практической конференции. - Тамбов. - 2010. - С.208.
15. Мустафаев М.Г. Управление процессом импульсной ионной имплантации [Текст] / Мустафаев М.Г., Мустафаев Г.А. // Микро- и нанотехнологии в электронике: материалы Международной научно-технической конференции. - Нальчик. - 2010. - С.46-47.