РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Підготовка поверхні напівпровідникових пластин
перед хімічним травленням
У виробництві напівпровідникових приладів і наукових дослідженнях монокристали
рідко використовуються у тому вигляді, в якому їх отримують одразу після
вирощування. Як правило, їх розрізають на пластини, шліфують і полірують для
виготовлення зразків заданих розмірів і орієнтації. Ці пластини (підкладки) є
основною конструкційною базою (матрицею) при виробництві напівпровідникових
приладів і мікросхем. Стан поверхні напівпровідникової підкладки в значній мірі
визначає якість створених на її основі приладів, їх довговічність і надійність.
Дефекти і домішки, що формуються на поверхні при обробці і проникають всередину
кристалу, можуть суттєво впливати на властивості напівпровідника.
Напівпровідникові пластини, на основі яких створюються робочі елементи приладів
електронної техніки, повинні мати геометрично досконалу поверхню та кристалічну
структуру із заданою кристалографічною орієнтацією з повною відсутністю
порушеного шару при мінімальній величині шорсткості. Для вирішення проблем, які
виникають при підготовці поверхні напівпровідників, необхідно розробляти
оригінальні технології механічної, хімічної та хіміко-механічної обробки
напівпровідникових монокристалічних зразків і плівок.
Для досліджень монокристалічні зливки напівпровідників розрізали на пластини
необхідної товщини за допомогою струнної різки з алмазним напиленням, яка
змочувалась дистильованою водою. Геометричні розміри зразків становили
приблизно 10Ч7Ч2 мм, отримана поверхня була нерівною і містила значний
деформований шар, оскільки різка монокристалів напівпровідників абразивним
інструментом супроводжується інтенсивною механічною дією на поверхню, що значно
порушує її. Для подальшої обробки використовували механічне шліфування
абразивними порошками М-10, М-5 та М-1. Шліфувальні суміші готували у вигляді
водних суспензій абразивних порошків з етиленгліколем або етиловим спиртом.
Процес проводили на скляному шліфувальнику, почергово обробляючи пластини з
обох сторін протягом 3-5 хв, після чого їх ретельно промивали теплою
дистильованою водою із додаванням невеликої кількості миючого засобу, потім
декілька разів дистильованою водою, ізопропіловим спиртом та висушували на
повітрі. В більшості існуючих технологій після фінішної механічної обробки в
тонкому приповерхневому шарі підкладки виникає порушений шар, що поширюється
від обробленої поверхні пластин в глибину. Цей шар за своїм характером та
властивостям відмінний від глибинних шарів і в ньому виявляються кристалічні
недосконалості. Його величина є однією з основних характеристик методу обробки
та якості підкладки, оскільки недосконалості структури, що утворюються при
обробці, суттєво впливають на процеси епітаксіального нарощування плівок та
параметри сформованих структур, зменшують час життя носіїв заряду, підвищують
струми витоку і призводять до інших небажаних явищ, що погіршують
характеристики створюваних приладів і мікросхем. Таким чином, процес абразивної
обробки напівпровідників фактично зводиться до виколювання ослаблених частинок
матеріалу.
Механічне полірування – один з найбільш простих і високопродуктивних методів
отримання порівняно високоякісної поверхні напівпровідникових підкладок. Воно
може успішно застосовуватися як на попередніх, так і на фінішних циклах
полірування практично будь-яких матеріалів. Однак, після механічного
полірування в результаті одночасної дії на поверхню напівпровідника великої
кількості зерен абразиву в приповерхневих шарах утворюється густа сітка тріщин
з приблизно однаковою глибиною, які можуть перетинатися між собою. Активна
механічна дія абразивних зерен на оброблювану поверхню є причиною утворення
значного за глибиною порушеного шару, що обмежує області застосування цього
методу. Після шліфування поверхню підготовлених зразків піддавали механічному
поліруванню за допомогою алмазних паст АСМ 7/5, АСМ 3/2, АСМ 1/0 у зазначеному
порядку із зменшенням розміру зерна абразиву, що давало можливість значно
зменшити дефектність структури поверхні. При механічному поліруванні в першу
чергу має місце накопичення лінійних дислокацій, а максимальна глибина порушень
складає 9 мкм при поліруванні порошком Al2O3 з діаметром зерна 5 і 3 мкм [1,
26]. Якщо діаметр зерна зменшити до 0,3 мкм то на поверхні напівпровідникових
пластин утворюється аморфний шар, товщина якого залежить від розміру зерна
абразиву, а інколи від твердості поверхні, що обробляється.
Мінімальна дефектність поверхні досягається при хіміко-механічному поліруванні
(ХМП), яке здійснюється в результаті дії як хімічних, так і механічних
факторів. Швидкість зняття матеріалу, якість поверхні і геометричні параметри
напівпровідникового кристалу, кількість і глибина структурних порушень у
великій мірі пов’язані з умовами полірування, оскільки в залежності від складу
суспензії, температури обробки і тиску на пластини може переважати або хімічна,
або механічна складова процесу полірування. Для ХМП використовували скляний
полірувальник, обтягнутий синтетичними чи натуральними тканинами
(електростатична замша, синтетична шкіра – політан, полівел, лавсанова тканина,
батист). Матеріал полірувальника повинен бути стійким до поліруючих суспензій,
механічного зношування, до зсування при поліровці, мати однорідні властивості
та однакову товщину по всій робочій зоні полірувальника. Як травильні розчини
для ХМП нами були розроблені бромвиділяючі травильні композиції, склади і
технологічні режими застосування яких наведено в розд. 5.
Як завершальний етап одержання поліровано
- Київ+380960830922