РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Попередня обробка поверхні напівпровідників
для хімічного травлення
Обробка поверхні напівпровідникових пластин при створенні робочих елементів приладів являє собою достатньо складну технологічну проблему, яка вимагає вирішення таких основних задач [1]:
- отримання геометрично досконалих поверхонь без хвилястості з високим ступінем гладкості і плоскопаралельності по всій площі;
- отримання досконалої за кристалічною структурою поверхні заданої кристалографічної орієнтації з повною відсутністю порушеного шару, мінімальною густиною поверхневих і приповерхневих дефектів, дислокацій тощо;
- отримання високочистої поверхні з мінімальним рівнем поверхневих забруднень, в тому числі без оксидних та інших фазових плівок і локальних утворень (адсорбованих продуктів взаємодії та реагентів, що залишаються після хімічного полірування і фінішної обробки).
Для вирішення цих проблем доцільно використовувати хіміко-динамічне полірування (ХДП) поверхні напівпровідникових пластин [57], при якому хімічне полірування підкладок проводиться в гідродинамічних умовах диску, що обертається, і при строго ламінарному русі потоку травника по поверхні зразків, що поліруються. Проте цей метод вимагає попередньої обробки напівпровідникових пластин, яка проводиться в декілька послідовних етапів, що включають в себе: різку напівпровідникових злитків на пластини, шліфування пластин, їх механічне полірування, хіміко-механічне полірування (ХМП), сам процес ХДП, а також міжопераційну та фінішну очистку. Детальне описання кожного з вищевказаних етапів полягає в наступному.
Різка кристалів. Монокристалічні злитки напівпровідників розрізали на пластини необхідної товщини за допомогою струнної різки з алмазним напиленням, при цьому струна змочувалась дистильованою водою. Абразивний інструмент механічно впливає на поверхню, що є причиною виникнення значних порушень і певної степені шорсткості. Порушений після різки шар складається з трьох зон [101]: зона І - зони рельєфу з полікристалічною структурою, товщина якої досягає 0,3-0,5 розміру мікронерівностей. Безпосередньо під рельєфом знаходиться зона ІІ - зона тріщин і дислокаційних накопичень, які є головними дефектами різки (це найбільш глибока зона порушень). Товщина другої зони в 3-6 разів перевищує товщину першої і має мозаїчну структуру, причому густина і розмір тріщин зменшуються з глибиною, а між тріщинами діють пружні натяги. Зона ІІІ - це області з залишковим пружним натягом. Операція струнної різки не забезпечує потрібних точностей і якості поверхні пластин: є похибки форми (неплощинність, непаралельність площин, різні вигини), значний порушений шар і великі відхилення по товщині. Тому виникає потреба в подальшій обробці, яку проводять з використанням абразивних матеріалів.
Шліфування зразків. Методи шліфування розрізняються за видом використовуваного абразиву на обробку вільним і зв'язаним абразивом. В першому випадку абразив у вигляді суспензії на водній основі подають в робочу зону. В процесі роботи не зв'язані між собою зерна абразиву утворюють між пластинами і шліфувальником прошарок і, перекочуючись, виколюють частинки як оброблювального матеріалу, так і самого шліфувальника. При шліфовці зв'язаним абразивом оброблюваний матеріал видаляється за рахунок взаємодії поверхні пластин із зв'язаними суспензією алмазними зернами на поверхні шліфувальника. Активна механічна дія абразивних зерен на поверхню, що піддається обробці, є причиною утворення значного за глибиною порушеного шару, що обмежує області застосування цього методу [1].
В результаті визначення параметрів порушеного шару в CdTe, що виникає в процесі абразивної обробки матеріалу, за допомогою ренгенодифракційних, металографічних і рекомбінаційних методик встановлено [102], що порушений шар містить три зони: зону сильних порушень, зону пластичних та зону пружних деформацій. Співвідношення протяжності цих зон може змінюватися в залежності від конкретних умов. Глибина кінцевого порушеного шару, його кристалічна структура, будова і однорідність розподілення по площі пластини, а також його відтворюваність на інших аналогічних пластинах при масовому технологічному процесі їх виготовлення має принципове значення у виробництві напівпровідникових приладів.
Шліфування CdTe найчастіше проводять за допомогою абразивного порошку SiC з діаметром зерна 50 мкм [37, 39, 103]. Найбільш чіткими дефектами, які утворюються при шліфуванні, є мікротріщини, що мають різну глибину в залежності від діаметра зерна абразивного порошку. Середня глибина мікротріщин складає 50 і 15 мкм при діаметрі зерна абразиву відповідно 47 і 15 мкм [103]. За даними роботи [37] при механічному шліфуванні CdTe порошком SiC з діаметром зерна абразиву 7 мкм на поверхні утворюється сильно порушений шар товщиною 13 мкм, причому в залежності від зразків товщина його може складати 6-20 мкм. Звертає на себе увагу той факт, що при шліфуванні CdTe значення товщини порушеного шару суттєво перевищує діаметр зерна абразиву [104]. За хімічним складом цей шар відповідає практично чистому кадмій телуриду, але з сильно порушеною структурою, а наявність на поверхні кадмій оксиду не підтверджена.
Для шліфування монокристалічних пластин CdTe нами були використані абразивні порошки марок М10, М5 та М1. Шліфувальні суміші готували у вигляді водних суспензій абразивних порошків з етиленгліколем або етиловим спиртом. Процес проводили на скляному шліфувальнику, пластини обробляли з обидвох сторін протягом 5-10 хв, після чого їх ретельно промивали теплим водним розчином миючого засобу, багато разів дистильованою водою і висушували на повітрі.
Механічне полірування пластин. Механічне полірування є одним із найбільш простих і високопродуктивних методів отримання поверхні підкладок порівняно високої якості. Для механічного полірування зразків CdTe звичайно застосовують корундовий порошок або пасту з діаметром зерна менше 5 мкм [37, 39, 103]. При механічному поліруванні в першу чергу має місце
- Київ+380960830922