РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ
2.1. Попередня обробка поверхні напівпровідників перед хімічним травленням
Для виготовлення інтегральних мікросхем та напівпровідникових приладів використовують два основних методи - напівпровідниковий та плівковий. Перший метод полягає у локальній обробці мікроділянок напівпровідникових кристалів та наданні їм властивостей, які характерні для окремих елементів і їх сполук (напівпровідникові інтегральні мікросхеми). Другий - у пошаровому нанесенні тонких плівок різних матеріалів на основу (підкладку) та формуванні на них схем елементів (плівкові інтегральні мікросхеми).
Важливе значення при виготовленні інтегральних мікросхем цими двома методами має якість обробки поверхні напівпровідникових пластин та підкладок, на які мають бути нанесені елементи гібридних та плівкових інтегральних мікросхем, міжелементних або міжкомпонентних сполук, контактних ділянок. За технологічними вимогами вони повинні бути досконалими за атомною будовою і мати високу точність геометричних параметрів, для чого необхідно розробляти оригінальні технології механічної, хіміко-механічної і хімічної обробки монокристалічних пластин та плівок. Така обробка складається з декількох стадій, які включають в себе розрізування зразка на окремі пластини; шліфування їх вільним або зв'язаним абразивом; полірування пластин алмазними пастами; хіміко-механічне полірування (ХМП) пластин; очистка і відмивка поверхні підкладок від забруднень; хіміко-динамічне полірування (ХДП) підкладок в різних середовищах; фінішна очистка підкладок. В даній роботі основна увага приділяється розробці травильних композицій для одного з методів хіміко-динамічної обробки поверхні напівпровідникових пластин, а саме ХДП.
Різка кристалів. Зразки GaSb та GaAs вирізали із вирощених монокристалічних зливків за допомогою струнної різки з алмазним напиленням, при цьому струна постійно змочувалась дистильованою водою. Різка монокристалічних злитків напівпровідників на пластини супроводжується інтенсивним механічним впливом на поверхню та надає їй значних порушень і певного ступеню шорсткості. В [1] відмічається, що в результаті різки алмазним кругом порушений шар для GaSb становить 60-80 мкм, а для GaAs - 34-42 мкм.
Послідуючі механічні процеси шліфування і полірування, що використовуються для надання пластинам заданої товщини, також залишають після себе порушений шар: сколи, тріщини, виступи і впадини різних розмірів. Експериментальні дані про глибину порушених шарів одних і тих же напівпровідників після механічної обробки однаковими матеріалами різні.
Шліфування поверхні. Після різки для шліфування поверхні використовували абразивні порошки марок М10 та М5. Шліфувальні суміші готували у вигляді водних суспензій абразивних порошків з водою. Після механічного шліфування на скляному шліфувальнику вільним абразивом суспензії порошку в залежності від діаметра абразивних частинок товщина порушеного шару становить 18-28 мкм для GaSb та 10-25 мкм для GaAs [1].
Механічне полірування. Для видалення приповерхневих структурно-дефектних шарів, що утворюються при різці та шліфовці, проводили механічне полірування зразків. Механічно поліровані поверхні займають проміжне положення між шліфованими і травленими: товщина порушеного шару в них є близькою до товщини порушеного шару травлених поверхонь, а його структура подібна до структури порушеного шару при шліфуванні. Під час полірування використовують абразивні порошки переважно субмікронних фракцій і відносно малі контактні навантаження, тому в результаті послідовно видаляються пластично деформовані приповерхневі мікрооб'єми [119]. Нами проводилось полірування на алмазних пастах марок АСМ 7/5, потім АСМ 3/2 і АСМ 1/0 із поступовим зменшенням розміру зерна абразиву.
Механічно полірована поверхня GaSb та GaAs стабільна в часі, однак вона не є структурно досконалою. Мікрорельєф, що утворюється на поверхні в результаті механічного полірування, представляє собою по-різному орієнтовані мікроділянки поверхні, які мають різну швидкість розчинення. При цьому утворений деформований шар по всій поверхні має однакову товщину [72].
Хімічне травлення. Отримана в результаті струнної різки та процесів шліфування і механічного полірування поверхня є структурно недосконалою, а поверхневий шар деформований, тому для покращення якості поверхневого шару доцільно застосовувати ХМП. Приповерхневий порушений шар, що формується в підкладках GaAs та GaP після різних видів обробок, досліджено в роботі [120]. Зміну якості шару визначали за зміною середньої величини швидкості травлення в травнику складу 10 Br2 : 1 етиленгліколь та по мікрофотографіях поверхні, зроблених за допомогою металографічного мікроскопу МІМ-7. Встановлено, що із збільшенням глибини стравленого шару швидкість розчинення зменшується, і на глибині 6-8 мкм вона стає мінімальною. Така закономірність спостерігається і в напівпровідникових матеріалах GaSb та пояснюється утворенням ущільненого шару, що є результатом деформації стискання. Вона виникає в глибинному шарі підкладки після обробки поверхні. Швидкість травлення на деякій критичній глибині стає постійною та не залежить від товщини стравленого шару. Така глибина травлення вважається товщиною порушеного шару. Для GaAs товщина порушеного шару становить 9-10 мкм.
Перед дослідженням проводили хімічне травлення зразків GaSb та GaAs травниками того ж складу, у якому в подальшому проводили процес травлення чи ХДП, видаляючи з поверхні пластин шар товщиною 50-100 мкм.
Міжопераційна очистка. Міжопераційна очистка застосовується для видалення з поверхні забруднень на різних стадіях виготовлення робочих елементів напівпровідникових пристроїв: після різки, шліфування, механічного та хіміко-механічного полірування. Спочатку видаляються фізичні або механічні забруднення (порошинки, частинки абразивних і металічних матеріалів та волокон, напівпровідника, що викришився). Органічні забруднення (змазки, клеї, рештки суспензії, відбитки пальців та ін.) остаточно видаляют
- Київ+380960830922