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

Т а б л и ц а 1.5

Отношение микротвердости абразива к микротвердости полупроводникового материала

* ЭБ — электрокорунд белый, КЗ — карбид кремния зеленый, КБ — корунд белый.

не зерен. Поэтому на конечных операциях шлифовки рекомендует­ ся применять микропорошки электрокорундовой группы.

Порошок с зернистостью М14 применяют при шлифовке в основном для выравнивания пластин по толщине и выведения клина, полученного при резке слитка на пластины. Шлифовку при этом производят без приклейки пластин к шлифовальным голов­ кам. Окончательное шлифование проводят с использованием по­

§ 1.7. Полировка полупроводниковых материалов

Для того чтобы уменьшить повреждения поверхности, остав­ шиеся после шлифовки, пластины полупроводника подвергают

полировке.

Механическую полировку полупроводниковых материалов про­

39

применяют в виде водных суспензий, которые распыляют на поли­ рованную плоскость станка для полировки оптических стекол.

Металлографическую полировку производят на дисках, обтя­ нутых шелком, нейлоном, батистом, фланелью, замшей, фетром или велюром, с применением в качестве абразива порошков алма­ за, окиси алюминия и окиси хрома.

Различие между оптической и металлографической полировкой заключается в механизме удаления следов предшествующей обра­ ботки. При металлографической полировке доминируют эффекты резания, а при оптической полировке — тепловые эффекты. Обна­ ружено, что после механической полировки зоны деформации зале­ гают послойно. Глубина каждого слоя зависит от вида домини­ рующих эффектов полировки: резания или нагрева. Однако неза­ висимо от того, насколько тщательно проводилась механическая обработка, некоторая деформация поверхности остается. Глубина нарушенного слоя для механически полированного германия — по­ рядка 1,5 мкм, для кремния — 0,7—1,0 мкм.

При полировке окисью алюминия используют две модификации а и у в виде сухого микропорошка или пасты. Модификация а-А120 3 имеет гексагональную кристаллическую структуру и среднюю величину зерна 0,3 мкм\ модификация у-А\20з — куби­ ческую структуру с размером зерна около 0,05 мкм. Для полиров­ ки берут 50—200 г порошка А120 3, разведенного в воде. При до­ бавлении в абразивную суспензию небольшого количества HCI до получения величины pH — 8,3—10 окись алюминия агломерирует. Перед полировкой в суспензию добавляют небольшое количество гидроокиси натрия или калия. Процесс полировки проводят в две

При полировке окисью кремния используют 75—200 г порошка, разведенного в 1 л деионизованной воды. В эту суспензию добавляют NaOH до получения величины pH — 10. Скорость вра­ щения полировального круга может быть выбрана в пределах

В качестве полирующего абразивного материала могут быть использованы окислы циркония, церия и железа, а также различ­ ные смеси этих окислов. В качестве щелочных соединений приме­ няют гидроокиси и карбонаты щелочных металлов (NaOH, Na2C03, 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 pH раствора не должна превышать 7. В процессе полировки на поверхность полупроводникового материала осаж­ дается металлическая медь или серебро. Пластина полупроводни­ ка непрерывно притирается твердой поверхностью полировального

40

круга. Скорость полировки зависит от концентрации ионов меди или серебра.

На рис. 1.19 приведен график зависимости скорости полировки кремния от концентрации Cu(N03)2. На рис. 1.20 показана зави­ симость скорости полировки кремния от величины pH раствора

Cu(N03)2.

Процесс полировки состоит из трех основных этапов.

Первый этап полировки заключается в следующем. На стек­ лянный диск натягивается мягкий материал (батист) с помощью металлических пялец. Поверхность батиста смачивается маслом МВП. На вспомогательный стеклянный диск диаметром 150 мм наносят алмазный порошок АСМЗ в количестве одного карата.* На этот же диск наносят несколько капель масла и растирают ал­ мазный порошок по всей поверхности стеклянного диска другим

Cu(N03) 2 величины pH

таким же диском до полного распределения порошка по всей по­ верхности дисков. После этого поочередно каждый диск перено­ сят на батистовый полировальник и втирают алмазный порошок по всей его поверхности. Втирание производят до тех пор, пока весь алмазный порошок не перейдет на поверхность полироваль­ ника.

На приготовленный таким образом полировальник помещают полировальные головки с приклеенными на них полупроводнико­ выми пластинами. Нагрузка на полупроводниковые пластины уста­ навливается равной 5,5-Ю3 н/м2, а скорость вращения полиро­ вальника 30 об/мин.

Второй этап полировки — это смена материала полировальни­ ка. Для этого на стеклянный полировальник натягивается велюр, смоченный горячей водой. На поверхность велюра наносят тем же способом слой масла МБП и алмазный порошок АСМ1. Полиро­ вальные головки с полупроводниковыми пластинами, прошедшими

* Вес одного карата равен приблизительно 0,2 г.

41

первый этап полировки, помещают на велюровый полировальник, и процесс полировки продолжается. Режим полировки: нагрузка на пластины 9,8- 103 н/м2, скорость 30 об/мин.

Третий этап полировки заключается в том, что на вновь приго­ товленный полировальник из велюра наносят мягкой кисточкой окись хрома. Полировальные головки с полупроводниковыми пла­ стинами, прошедшими второй этап полирования, обрабатывают

бихромата калия серой, и тонкую с размером зерна 0,2—0,4 мкм, полученную в результате термического разложения бихромата аммония. Грубую окись хрома применяют на начальном этапе по­ лировки, а тонкую — на окончательном этапе.

Последний этап полировки имеет большое значение — он дает возможность удалить так называемый алмазный фон с поверхности пластин и значительно уменьшить величину нарушенного слоя.

Для обработки указанным методом 1000 пластин необходимо затратить 50 карат алмазного порошка АСМЗ и 16 карат АСМ1.

Широкое применение нашли также полировальные пасты на основе синтетических алмазов АПЗН, АП2Н, АП1 Н. Применение алмазных паст по сравнению с алмазными порошками повышает производительность процесса в 10 раз. В качестве смачивающих жидкостей для алмазных паст используют спирт, скипидар или ча­ совое масло МБП-12.

Для полировки можно использовать тугоплавкие соединения W2B5, ZrC, М0 2 В5, ZrB. Высокие результаты дает применение абра­ зивных порошков из эти^ соединений.

Все процессы полировки осуществляют на станке ЖК 14-09.

Технические данные станка для полировки ЖК14-09

§ 1.8. Качество приповерхностного слоя полупроводника после механической обработки

Электрические характеристики полупроводниковых приборов существенно зависят от степени совершенства поверхности пластин после механической обработки. Несовершенства кристаллической

42