6.2 Порядок виконання роботи
Через високу небезпечність складових сполук поліруючого травника та самої процедури травлення в даній лабораторній роботі досліджуються вже протравлені зразки кремнію.
Отримати від викладача зразки пластин кремнію після механічної обробки (різання та шліфування) та після хімічного полірування в травнику складу
HF : HNO3 : CH3COOH : H2O = 10,2% + 39,5% + 23.2% + 27,1%.
Порівняти якість поверхні пластин.
6.3 Контрольні питання
1. Що розуміють під кислотами?
2. Які іони утворюються при дисоціації кислот у водяних розчинах?
3. Написати рівняння реакції взаємодії двоокису кремнію з плавиковою кислотою.
4. Які засоби безпеки потрібно застосовувати при роботі з кислотами?
5. Які ураження заподіює попадання азотної, плавикової кислот на шкіру людини?
6. Для чого в технології мікроелектроніки використовують поліруюче травлення?
Лабораторна робота №7
Селективне хімічне травлення монокристалів кремнію
Мета роботи – освоїти методику селективного (вибіркового) хімічного травлення монокристалів кремнію, вирощених для виготовлення мікросхем та наноструктур, що використовується для контролю структурних дефектів.
7.1 Короткі теоретичні відомості
Параметри напівпровідникових приладів та мікросхем суттєво залежать не тільки від чистоти використовуваних монокристалів, а й від ступеню дефектності їх кристалічної структури. Тому всі монокристали після вирощування проходять обов′язковий контроль їх якості. Для контролю структурних дефектів в монокристалах кремнію в умовах виробництва використовуються метод вибіркового хімічного травлення в поєднанні з оптичною мікроскопією. Завдяки доступності, простоті одержання та швидкій обробці результатів ці методи широко використовуються для контролю структурних та технологічних дефектів монокристалів і пластин напівпровідників на різних технологічних етапах виготовлення мікросхем та підкладок для наноструктур.
Вирощений монокристал розрізають в тому місці, де хочуть виявити структуру, та ретельно вирівнюють механічною обробкою: шліфуванням та поліруванням виготовляють пласку поверхню розрізу. Підготовлену в такий спосіб поверхню називають шліфом.Далі шліф травлять. При контролі на виробництві монокристалічного кремнію використовуються селективний травник складу:
HF(50%) : CrO3 (водний розчин) : H2O = 5,5 : 1 : 3,5.
Хромовий ангідрид (інші назви - оксид хрому валентності VI, трьохокис хрому) CrO3 - це темно-червоні з фіолетовим відтінком кристали у вигляді пластин або голок. Добре розчинний у воді. Гігроскопичний, тобто поглинає водяну пару. У відкритому посуді або на повітрі розпливається.
Плавиться при 196 °C, при атмосферному тиску розкладається нижче температури кипіння. Густина 2,8 г/см³. Розчинність у воді при температурі 15 °C 166 г на 100 г води, а при температурі 100 °C -199 г на100 г. При нагріванні вище 250 °C розкладається.
Хромовий ангідрид дуже отруйний. При влученні на шкіру він викликає найсильніші роздратування, екземи і дерматити. Може спровокувати розвиток рака шкіри. Досить небезпечне вдихання пари хромового ангідриду. Робота з ним вимагає застосування спецодягу й засобів індивідуального захисту.
Хромовий ангідрид хімічно дуже активна речовина Зберігати потрібно з обережністю, тому що при контакті з ним ацетон і багато інших органічних речовин вибухають або самозаймаються. Для зберігання його застосовується скляний або пластиковий герметичний посуд, а також виключення контакту з органічними речовинами.
При хімічній обробці кремнію застосовується в складі селективних травників для виявлення структурних дефектів у монокристалах кремнію. При цьому спочатку розчиняють 250 г CrO3 в 1 л води. У результаті утворюється хромова кислота:
CrO3 + H2O → H2CrO4.
Поверхня монокристала з досконалою структурою після травлення виглядає цілком однорідною. Якщо монокристал містить структурні дефекти, то в точках їх виходу на поверхню швидкість травління значно вища, ніж досконалої кристалічної решітки. Тому на поверхні пластини утворюються фігури травлення – ямки (рис. 7.1), канавки, горбики.
В умовах виробництва густину різних структурних дефектів в монокристалічному кремнії контролюють за кількістю ямок травлення.
а
б
а – лінійні дефекти – дислокації; б - мікродефекти
Рисунок 7.1 – Ямки травлення на структурних дефектах на поверхні монокристалічної пластини кремнію