Файл: Курносов, А. И. Технология производства полупроводниковых приборов учеб. пособие.pdf

Таким образом, наиболее общим типом является триклинная си­ стема кристаллов, так как у нее все ребра элементарной ячейки различны и ни одно из них не составляет с другим прямого угла, а наиболее упорядоченной — кубическая система. Прочие системы занимают промежуточные положения.

Все кристаллические вещества обладают анизотропностью, т. е. свойства кристаллов изменяются в зависимости от кристаллогра­ фического направления. Поэтому в различных случаях применения кристаллических материалов задают ориентацию определенной кристаллографической плоскости.

Для задания нужных плоскостей используют так называемые индексы Миллера, смысл которых заключается в следующем. Если принимают за систему координат оси, проходящие через один из узлов решетки и параллельные трем ребрам элементарной ячейки, то эти оси называют кристаллографическими осями и обозначают X, Y, Z. Любая плоскость в такой системе координат обозначается A x B y Cz и отсекает на осях X, У и Z отрезки ОАх , ОВу и OCz соответственно. Можно выбрать любую единицу измерения при рассмотрении величин отрезков ОАх , ОВу и OCz, например одина­ ковую для всех трех осей X, Y, Z (OAi = OBx — OC{). В общем слу­ чае эти отрезки, принятые за единицы измерения, могут отличаться

Если взять обратные отношения этих величин, получим

получим индексы Миллера h, k, I, которые являются целыми чис­ лами.

Таким образом, произвольную плоскость AXBYCZ обозначают тремя целыми числами, представляющими собой отношения трех дробей, числители которых соответствуют ребрам единичной грани (ОАх, ОВи ОСi), а знаменатели — ребрам заданной грани (ОАх ,

ОСу, OCz).

Если плоскость не пересекает какую-либо из координатных осей, то индекс Миллера для этой координатной оси будет равен нулю.

В качестве примера рассмотрим следующий случай. Пусть зна­

14

Обычно индексы Миллера для обозначения плоскости заклю­ чают в круглые скобки без каких-либо знаков между ними, напри­ мер: (121), (111), (100).

Из сказанного следует, что диагональные плоскости куба имеют индексацию (ПО), (101), (011), а грани куба— (100), (010), (001).

Направления кристаллографических осей, перпендикулярных соот­ ветствующим плоскостям, записывают с помощью индексов Мил­ лера, заключенных в квадратные скобки. Например, ось X обозна­ чают как [100], ось У как [010], ось Z как [001].

На рис. 1.2 показаны основные кристаллографические плоско­ сти кубической решетки.

Рис. 1.2. Основные кристаллографические плоскости кубической решетки

§ 1.2. Абразивные материалы

Слово «абразив» латинского происхождения, в переводе на рус­ ский язык означает скоблить. Это понятие и определяет характер обработки, выполняемой абразивными материалами — снятие тон­ ких слоев с поверхности обрабатываемого материала. Обычно абразив представляет собой смесь зерен неправильной формы раз­ ного размера. Зерном абразива называют отдельный кристалл, сростки кристаллов или их осколки при отношении их наибольшего размера к наименьшему не более 3:1.

Характеристики абразивных зерен. Основными необходимыми качествами абразивных материалов являются высокая твердость, минимальная хрупкость, высокая абразивная способность.

Под твердостью понимают способность материала сопротив­ ляться вдавливанию в него другого материала, не получающего остаточных деформаций. Минерал высшего класса оставляет цара­ пину на всех предыдущих. Согласно минералогической шкале Мооса по твердости абразивные материалы подразделяют на 10 клас­ сов. Эта шкала включает в качестве эталонов следующие мине­ ралы: тальк (1); гипс (2); кальцит (3); флюорит (4); апатит (5); ортоклаз (6); кварц (7); топаз (8); корунд (9); алмаз (10).

Более точной характеристикой абразива является микротвер­ дость, определяемая вдавливанием в исследуемый материал алмаз­ ной пирамидки. Величина отпечатка, оставляемого алмазом, в за­ висимости от физико-механических свойств исследуемого абразива может меняться от 7 до 50 мкм с изменением нагрузки от 10~2 до 2н, что соответствует микротвердости материала от 109 до

7 - 1010 к/л2.

15

Абразивная способность характеризуется количеством материа­ ла, сошлифованного за определенное время при номинальном режиме работы станка. Абразивная способность зависит от твер­ дости, остроты граней и других физико-механических свойств абра­ зива.

Размер зерен абразива определяют по диаметру. Если зерно не­ правильной формы, то его «вписывают» в параллелепипед с линей­ ными размерами: I — длина, d — ширина, h — высота. Диаметр зерна определяют как среднее (арифметическое или геометриче­ ское) этих трех величин по одной из формул:

0 = l + d + \ 0 = у ж

Виды и свойства абразивных материалов. По способу получе­ ния абразивные материалы подразделяют на природные и искус­ ственные. К природным абразивным материалам относятся: алмаз,

в ювелирном деле. В промышленности используют только черные минералы. Применение алмаза ограничено в виду его малой рас­

4,0 г/см3. Глинозем способен изоморфно кристаллизоваться с окис­ лами хрома, железа, титана. Примеси в кристалле глинозема при­ дают ему различные оттенки. Бесцветный прозрачный корунд на­ зывают лейко-корундом, синий — сапфиром, красный — рубином, желтый — топазом.

В качестве абразивного материала используют кристаллы полу­ прозрачные, помутневшие (они не имеют другого применения). Месторождения корунда, известные в настоящее время, почти исчерпаны, что ограничивает его широкое применение в про­ мышленности.

К р е м е н ь представляет собой минеральное образование, состоящее из кристаллического и аморфного кремнезема Si02.

лы, слюды и т. д.

Относительно малые запасы месторождений природных абра­ зивов, обладающих высокой твердостью, обусловили развитие производства искусственных абразивных материалов: электро­ корунда, карбида кремния, карбида бора и синтетических алмазов.

16

ностью, бывает трех сортов: белый, черный, нормальный. Белый электрокорунд,' содержащий 98,5—99,5% А120 3, получают плавкой чистого глинозема; нормальный электрокорунд (являющийся ос­ новным продуктом производства), содержащий 91—96% А120 3— плавкой боксита с углем; черный электрокорунд, содержащий 65—75% А120 3 — плавкой железистого боксита без добавки восста­ новителя (угля). Твердость электрокорунда по шкале Мооса 9—9,2, микротвердость — 2 • 1010 н/м2, удельный вес — 3,2—4 г/см3.

К а р б и д к р е м н и я (SiC) получают нагреванием смеси квар­ цевого песка с коксом в электрической печи при температуре не ниже 2000° С. Химически чистый карбид кремния бесцветный, тех­ нический — в зависимости от количества примесей приобретает оттенки от светло-зеленого до черного. Наиболее часто в полупро­ водниковой промышленности используют зеленый и черный карби­ ды кремния. Твердость карбида кремния (по шкале Мооса) состав­

дрида и малозольного кокса в электрических печах при темпера­

танного под большим давлением при высокой температуре. В ре­ зультате кристаллическая решетка графита превращается в кри­ сталлическую решетку алмаза. Полученные искусственные алмазы

Классификацию абразивных материалов по номерам зернисто­ сти производят с помощью рассеивания на специальных ситах. Каждое сито обозначают номером, который характеризует размер зерна. Соотношение номера зернистости и размера зерна абразива приведено в табл. 1.2, а номера зернистости и размера алмазного зерна основной фракции — в табл. 1.3.

§ 1,3. Кристаллографическая ориентация полупроводниковых слитков

Перед резкой слитков полупроводникового материала на пла­ стины важно знать расположение основных кристаллографических плоскостей в этом слитке.

При выращивании монокристаллических слитков полупроводни­ ковых материалов их обычно ориентируют по какому-то заданному кристаллографическому направлению (для кремния чаще всего по оси [111]).

Однако точность заданной ориентации невелика и зависит от многих технологических факторов, в частности от точности ориен­ тации и закрепления затравки. В результате у выращенного монокристаллического слитка полупроводника продольная ось не совпа­ дает с кристаллографической осью [111].

Поэтому для получения пластин, ориентированных строго в за­ данной плоскости до резки производят ориентацию слитков, т. е. определяют на сколько и как ось слитка отклонена от кристалло­ графической оси [111]. Точная ориентация слитков перед резкой необходима также для получения воспроизводимых электрофизиче­ ских параметров приборов при сплавлении, диффузии, эпитаксии и др.

Используют два способа ориентации монокристаллических слитков полупроводников: рентгеновский и оптический.

Рентгеновский способ основан на отражении рентгеновских лучей от поверхности полупроводникового материала. Интенсив­ ность отраженных рентгеновских лучей зависит от плотности упа­ ковки атомами данной плоскости и чем больше эта плотность, тем интенсивнее отражение рентгеновских лучей. Поскольку плоскость

Кристаллографические плоскости полупроводниковых материа­ лов характеризуются определенными углами отражения падающих на них рентгеновских лучей. В табл. 1.4 приведены величины этих углов для германия и кремния.

Для ориентации слитков используют установки УРС-50И,

УРС-25И, УРС-70К1.

Слиток полупроводникового материала с торцом, перпендику­ лярным его продольной оси, располагают на предметном столе установки. На поверхность торца слитка направляют пучок рент­ геновских лучей под углом а, равным углу отражения от соответ­ ствующей кристаллографической плоскости, а под углом 2а от

18

Т а б л и ц а 1.4

Углы отражения для германия и кремния

плоскости падения рентгеновских лучей устанавливают приемник, фиксирующий наличие отраженных лучей. Вращая предметный стол со слитком, находят такое положение, при котором индикатор приемника показывает максимальную интенсивность отраженных лучей. Угол между новым положением плоскости торца слитка и его исходным положением является одним из углов ориентации слитка.

Так как плоскость (111) слитка может быть отклонена относи­ тельно его торцевой плоскости в двух различных направлениях, то необходимо определить второй угол ориентации. Этот угол находят таким же образом, только пучок рентгеновских лучей направляют не на торец слитка, а на его сошлифованную боковую грань.

Оптический способ заключается в следующем. Если торец полу­ проводникового слитка предварительно отполировать и обработать в селективном травителе, то вследствие различной скорости раст­ ворения полупроводникового материала по разным кристаллогра­ фическим направлениям на поверхности торца слитка будут выяв­

торец слитка лучом света, по характеру отраженного луча судят об ориентации слитка. В зависимости от того, насколько сильно отклонена кристаллографическая плоскость от плоскости торца слитка, фигура, образованная отраженным лучом, будет отстоять

Принцип действия установки заключается в следующем. Луч света от источника 1 (лампа накаливания), пройдя конденсор 2, состоящий из двух линз, фокусируется сменной диафрагмой 3. От­ разившись от зеркала 4, луч света суживается длиннофокусным объективом 5 и отразившись последовательно от зеркал 6,7 и по­ верхности образца 8, попадает на матовый экран 9. Изображение на матовом экране фиксируется на просвет с помощью зеркала 10 и наблюдается через смотровое окно. Зеркала 6 п 11 укреплены на перемещающемся столе. На схеме он изображен в крайнем пра­ вом положении. В этом положении расстояние между монокристаллическим слитком и экраном равно 114,5 мм (одно деление шкалы,

19