РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Обробка поверхні напівпровідників перед хімічним травленням
Сучасні надпровідникові прилади та інтегральні мікросхеми являють собою надзвичайно складні пристрої, виготовлені на монокристалічних напівпровідникових пластинах. Розміри окремих компонентів таких пристроїв сягають сотих частин мікрометра, що ставить надзвичайно високі вимоги до атомної структури та геометричної точності напівпровідникових пластин, які використовуються в процесі формування приладів мікроелектроніки. Для забезпечення задовільних якісних характеристик поверхні напівпровідників розробляються оригінальні технології механічної, хіміко-механічної та хімічної обробки монокристалічних матеріалів.
Механічну обробку напівпровідникових кристалів застосовують для видалення певної частини матеріалу, наприклад, введеного в процесі різки порушеного шару. Для цього поверхню напівпровідникової пластини шліфують з використанням вільного або зв'язаного абразиву з розміром зерна понад декілька мікрометрів. Дія абразиву викликає пружну деформацію поверхні кристалу. При посиленні зовнішнього тиску на зерно в приповерхневих шарах утворюються пластично деформовані області, в котрих із збільшенням навантаження формуються мікротріщини, здатні проникати на певну глибину матеріалу. В результаті одночасної дії на поверхню монокристалу великої кількості зерен в приповерхневих шарах утворюється густа сітка тріщин приблизно однакової глибини [99]. Суміжні тріщини обмежують невеликі об'єми кристалу, котрі легко виколюються при дії дотичних навантажень зі сторони абразивних зерен.
Полірування проводять з метою послідовного видалення пластично деформованих приповерхневих мікрооб'ємів, тому в цьому випадку застосовуються абразивні порошки субмікронних фракцій і відносно невисокі контактні навантаження [100-102]. В процесі абразивного полірування мікропластична деформація і переміщення матеріалу в мікрооб'ємах призводять до утворення на поверхні аморфного шару, що в декілька разів перевищує розміри поверхневих мікронерівностей, висота яких становить 0,05-0,1 мкм. Розміри порушеного шару в цілому не перевищують 3 мкм.
Хіміко-механічне полірування (ХМП) забезпечує більш високу, порівняно із абразивним, якість обробки. В цьому випадку реактиви окиснюють або розчиняють поверхневі шари зразків, а полірувальник механічно видаляє продукти взаємодії і мікроскопічні об'єми самого напівпровідникового матеріалу, тобто процес ХМП відбувається внаслідок одночасної дії хімічних і механічних факторів [103]. При ХМП можлива пластична деформація за рахунок локального підвищення температури, тому що ускладнюється відведення тепла. В цьому випадку порушену ділянку можна уявити у вигляді тонкого рівномірного пластично-деформованого шару.
Хімічне травлення, як правило, повністю видаляє структурно-деформовані шари, однак порушений шар присутній навіть після цього етапу обробки поверхні. Залишкові структурні дефекти можуть виявляти значний вплив на електрофізичні параметри підкладок і пристроїв, а також на якість і відтворюваність різних технологічних операцій (окиснення, дифузія, епітаксія).
Орієнтовані рентгенівським методом монокристалічні злитки CdTe, розрізали на пластини за допомогою струнної різки при безперервній подачі на злиток абразивної суспензії. Для здійснення орієнтованої різки використовували оптичний коліматор. Процес механічного шліфування здійснювали на скляних шліфувальниках з використанням абразивних порошків марок М10 та М5. Шліфувальні суміші готували у вигляді водних суспензій абразивних порошків з гліцерином або етиленгліколем. Пластини обробляли з двох сторін з наступною промивкою великою кількістю дистильованої води та висушували на повітрі.
Видалення приповерхневих деформованих шарів здійснювали шляхом механічного полірування пластин. Для цієї технологічної операції, як правило, використовують корундовий порошок або пасту з діаметром зерна менше 5 мкм [104]. Нами застосовувались алмазні пасти марок АСМ 7/5, АСМ 3/2 і АСМ 1/0 з відповідним послідовним зменшенням розмірів абразивних зерен. Полірування здійснювали на полірувальнику, виготовленому із електростатичної замші. В процесі використання полірувальник необхідно очищати від відходів полірування та залишків пасти. Післяопераційну очистку пластин здійснювали шляхом ретельного знежирювання їх в органічних розчинниках і висушували потоком сухого повітря.
Процес ХМП проводили на установці з використанням хімічно-резистивного матеріалу "Pillon". Травильний розчин на полірувальник подавався крапельним методом з ділильної лійки із вмонтованим дозатором. Шляхом автоматизованого регулювання швидкості обертання полірувальника та зміною навантаження на полірувальні диски з приклеєними до них пластинами здійснювали контроль за швидкістю розчинення і видалення напівпровідникового матеріалу. Оскільки ХМП залишає по собі на поверхні кристалу пластично-деформовані шари, то після кожної попередньої обробки пластин процес травлення починали з видалення шару товщиною 50-100 мкм в травнику того ж складу, у якому проводили подальші дослідження.
2.2. Дослідження кінетичних закономірностей розчинення напівпровідникових матеріалів
Для дослідження основних характеристик процесу хімічної взаємодії напівпровідникового матеріалу з рідкими активними середовищами, розмежування характеру перебігу реакцій, встановлення лімітуючих стадій гетерогенної реакції використовували методику диску, що обертається, і відповідний пристрій для її практичної реалізації (установку для ХДП) (рис.2.1). Досліджувані зразки розміром 0,5?0,5?0,01 см наклеювали піцеїном на кварцеві підкладки, товщину яких підбирали таким чином, щоб поверхня напівпровідникової пластини і поверхня тефлонового тримача знаходились в одній площині, як це показано на рис. 2.2, а. Підкладки утримувались в заглибинах тримача зовнішнім широким кільцем. Швидкість травлення визначали за зменшенням товщини кристалу за допомогою годинникового індикатора 2-МИГП з точністю ± 0,5 мкм. Різницю
- Київ+380960830922