книги из ГПНТБ / Брук В.А. Производство полупроводниковых приборов учебник для подготовки рабочих на пр-ве

июго величину зерна 0,3 мкм. Модификация у — А12 0з имеет куби­ ческую структуру с размером зерна около 0,05 мкм. Для полиро­ вания берут 50—200 г порошка А12 03 , разведенного в воде. При добавлении в абразивную суспензию небольшого количества НС1

наты щелочных металлов: NaOH, Na2COs, Са(ОН) 2 .

Полирующим составом может служить раствор, который непре­ рывно смачивает поверхность полупроводниковых пластин и содер­ жит избыточное количество ионов меди или серебра и ионов фто­ ра. Величина рН раствора не должна превышать 7. При полиро­ вании на поверхность полупроводникового материала осаждается металлическая медь или серебро. Пластина полупроводника непре­ рывно притирается твердой поверхностью полировального круга. Скорость полирования зависит от концентрации ионов меди или серебра. На рис. 67, а приведена зависимость скорости полирова­ ния кремния от концентрации Си(ЫОз), а на рис. 67, б — от вели­ чины рН раствора Cu(N03 )2 -

В настоящее время применяется процесс полировки, включаю­ щий в себя три основных этапа.

Первый этап полировки состоит в следующем. На стеклянный диск металлическими пяльцами натягивают мягкий материал (ба­ тист). Поверхность батиста смачивают маслом МВП. На вспомо­ гательный стеклянный диск диаметром 150 мм наносят алмазный порошок АСМЗ (один карат) и несколько капель масла и расти­ рают алмазный порошок другим таким же диском до полного рас-

пределєния порошка по поверхности диска. После этого поочеред­ но каждый диск переносят на батистовый полировальник и вти­ рают алмазный порошок по его поверхности до тех пор, пока алмазный порошок не перейдет на поверхность полировальника.

На приготовленный таким образом полировальник помещают

и при первом этапе, слой масла МБ П и алмазный порошок АСМ1. Полировальные головки с полупроводниковыми пластинами, про­ шедшими первый этап полировки, помещают на велюровый поли­ ровальник и процесс полировки продолжают. Режим полирования: давление на пластины 800—100 Г/см2, скорость 30 об/мин.

Третий этап полирования заключается в том, что на вновь при­ готовленный полировальник из велюра наносят мягкой кисточкой

бихромата аммония. Грубую окись хрома применяют на началь­ ном этапе полирования, тонкую — на окончательном.

Третий этап полирования имеет большое значение, так как дает возможность удалить алмазный фон с поверхности пластин и зна­ чительно уменьшить величину нарушенного слоя.

во многом зависят от качества поверхности пластин после механи­ ческой обработки. Нарушения кристаллической структуры поверх­

основных факторов, который служит критерием качества обрабо­ танной поверхности полупроводника. Результаты исследований •показали, что наибольшая глубина залегания нарушенного слоя имеет место при резке слитка на пластины. Процессы шлифования и полирования пластин приводят к образованию нарушенного слоя того же характера, но менее глубокого.

Структура нарушенного слоя имеет сложное строение и может быть разделена по толщине на три различные зоны. Первая зона представляет собой нарушенный рельефный слой, состоящий из хаотически расположенных выступов и впадин с углами 150—170°.

пі

Вторая, самая большая зона, характеризуется одиночными невыкрошившимися выколками и идущими вглубь трещинами, начи­ нающимися от неровностей рельефа. Третья зона представляет со­ бой монокристалл без механических повреждений, имеющий упру­ гие деформации.

Нарушенные слои в полупроводниковых пластинах влияют как аа электрофизические параметры готовых приборов, так и на про­ ведение различных технологических операций (сплавление, диф­ фузию и др.) при их изготовлении, причем особенно опасны глу­ бокие риски и микротрещины на поверхности пластин. Поэтому необходимо знать максимальную величину нарушенного слоя,

ного материала происходит скалывание полупроводникового мате­ риала, что приводит к образованию сильно искаженного слоя. В результате пластической деформации образуется слой, содержа­ щий большие механические напряжения. Величина их на границе

.между слоями максимальна и уменьшается до нуля на границе между вторым слоем и исходным полупроводниковым кристаллом. Эти две области и составляют механически нарушенный слой. Обычно толщина первого слоя составляет 0,1 общей толщины слоя.

На глубину залегания поврежденного слоя могут оказывать влияние величина зерна абразивного порошка; метод обработки полупроводникового материала; природа обрабатываемого мате­ риала; ориентация исходного полупроводникового материала; ре­ жим механической обработки.

Чем больше величина зерна абразивного материала, тем глуб­ же залегает нарушенный слой в исходном полупроводниковом ма­ териале (табл. 21). Разброс толщины нарушенного слоя объяс­ няется наличием разноразмерных частиц микропорошка.

Различные методы обработки полупроводниковых материалов одним и тем же абразивным порошком дают различные резуль­ таты по величине нарушенного слоя. Максимальную величину нарушенного слоя получают при резке полупроводниковых мате­ риалов металлическими полотнами. При шлифовке величина нару­ шенного слоя уменьшается с уменьшением величины зерна абра­ зива. Тонкая полировка дает минимальную толщину нарушенного слоя.

Различие физико-механических свойств полупроводниковых ма­ териалов оказывает существенное влияние на толщину нарушен­ ного слоя. Так, наименьшие повреждения поверхностного слоя имеет кремний, более значительные-—германий.

Глубина нарушенного слоя для данной абразивной обработки зависит от ориентации исходного полупроводникового материала. Наименьшая глубина нарушенного слоя имеет место на поверхно-

водникового материала от наличия дефектов на его поверхности. Этот метод обладает высокой точностью.

Третий метод основан на том, что скорость травления полупро­ водникового материала с поврежденным слоем значительно боль­ ше скорости травления монокристаллического исходного материа­ ла. Поэтому толщину нарушенного слоя можно определить по мо­ менту получения постоянной скорости травления материала.

6.Для чего применяют механическую обработку полупроводниковых мате­

риалов?

7.Каковы основные методы резки слитков на пластины и пластин на кри­ сталлы; их преимущества и недостатки?

8.Какие режущие инструменты используют для обработки полупроводни­ ковых материалов?

9.Для чего необходимо проводить шлифование и полирование полупровод­ никовых пластин?

10. Что такое механически нарушенный слон полупроводникового материала н от каких факторов он зависит?

Травят германий травнтелями на основе плавиковой и азотной кислот с добавлением дополнительного реагента (например, Вг2 ). Для получения полирующих травителей используют смесь плави­ ковой и азотной кислоты с менее активными, чем бром, реаген­ тами. В качестве разбавителей, замедляющих скорость травления, обычно служит вода или уксусная кислота. Смеси на основе азот­ ной и плавиковой кислот, их назначение и ориентировочные режи­ мы обработки ими приведены в табл. 22.

Германий, кроме того, растворяется в перекиси водорода, по­ этому на основе перекиси водорода приготовляют ряд как щелоч­ ных, так и кислотных травителей, назначение и ориентировочные режимы обработки которыми приведены в табл. 23.

Травление германия в перекиси водорода происходит в резуль­ тате разложения Н2 Ог при нагревании на воду и атомарный кис­ лород, который является хорошим окислителем германия:

на о2 =на о+о

Ge + 20 = Ge02

Ge02 + H 2 0 = H2 Ge03

Процесс протекает довольно медленно, поэтому в пергидроль добавляют несколько капель различных ускорителей типа НС! и NaOH.

При обработке германия кислотными травителями HF выпол­ няет функцию восстановителя, HNO3 — окислителя, J2 и Вг2 — уско­ рителя, а СН3СООН — замедлителя, и процесс идет по следующей реакции:

2Ge + 8HNO3 = 2GeOa + 8N02 | + 4Н2 0 GeO, + 4HF = GeF4 + 2H2 0

§ 44. ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА КРЕМНИЯ

скорость травления кремния в растворе NaOIT увеличивается, •однако при увеличении концентрации NaOH в растворе свыше •30% скорость травления не возрастает. Поэтому для травления кремния применяют растворы, содержащие от 10 до 30% NaOH или КОН.

Щелочное травление дает блестящую, но не зеркальную по­ верхность, так как травление в различных кристаллографических плоскостях происходит по-разному. Поэтому щелочное травление применяют для выявления дислокаций, создания чистых, но не полированных поверхностей, травления сборок с кремниевым кри­ сталлом.

При обработке кремния кислотным травителем кислоты HF и НМОз выполняют те же функции, что и при травлении германия: HN03 —окислитель, HF — растворитель окислов, СНзСООН — за­ медлитель реакции. В кислотном травителе обработка кремния протекает по следующей реакции:

3Si + 6HN03 = 3Si03 + 3N021 +3NO + 3H2 0 Si02 + 4HF = SiF4 + 2H2 0

При обработке кремния в щелочном травителе

Si + 2NaOH + Н 2 0 -> Na2 Si03 + 2Н3 |

Скорость протекания этой реакции увеличивается при увели­ чении температуры. Время травления зависит от толщины слоя, подлежащего стравливанию в данном травителе. Точнее говоря, толщина стравливаемого слоя зависит от скорости травления, ко­ торая, в свою очередь, зависит от концентрации и составов тра­ вильных смесей, температуры и даже освещенности. При одном и том же составе травителя, но при уменьшении концентрации вхо­ дящих в него реагентов, скорость травления снижается. И наобо­

На скорость травления оказывает влияние и состав травителя. Так, для смесей на основе плавиковой и азотной кислот характер­ но, что скорость травления возрастает при относительном увели­ чении в смеси плавиковой кислоты. Например, травитель, состоя­

Для обработки кристаллов и пластин, главным образом при фигурном травлении, используют так называемое электрохимиче­ ское травление.

Известно, что вещества в растворе распадаются на ионы. При пропускании электрического тока через раствор происходит элек­ тролиз раствора. Электрохимическое травление германия или

Скорость травления увеличивается при увеличении плотности тока и концентрации электролита. На выступах полупроводнико­ вого материала плотность тока выше, поэтому здесь скорость трав­ ления больше. Следовательно, электрохимическое травление сгла­ живает и полирует поверхность полупроводникового образца.

Метод электролитического травления используют, если необ­ ходимо получить рельефные слои (например, лунки). Для этого к местам пластины, где должны получиться лунки, подводят фи­ гурный электрод и искусственно создают на этих участках пласти­ ны повышенную плотность тока, что и приводит к вытравливанию рельефного слоя.

§ 46. ТЕХНОЛОГИЯ ТРАВЛЕНИЯ

Чтобы обеспечить качественное травление полупроводниковых материалов, их поверхность необходимо предварительно тщатель­ но обезжирить, так как загрязненные места не поддадутся трав­ лению. Обезжиривают полупроводниковые материалы в ацетоне, спирте, четыреххлористом углероде, бензоле или в других раство­ рителях. Наилучшие результаты обезжиривания полупроводнико­ вых пластин и кристаллов получают в ультразвуковых ваннах с подогревом.

Обезжиренные материалы поступают на травление. Состав травителя и технология проведения операции определяются конкрет­ ным назначением процесса и конфигурацией обрабатываемых изделий. Существуют следующие виды травления пластин и кри­ сталлов, которые служат для:

снятия части разрушенного слоя и очистки поверхности мате­ риала;