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

структуры поверхности пластин снижают время жизни носителей заряда, неблагоприятно сказываются на процессах сплавления, диффузии, эпитаксии и значительно повышают токи утечки.

Несовершенства кристаллической решетки полупроводника по­ сле резки, шлифовки и полировки обнаруживаются в тонком по­ верхностном слое, называемом поврежденным или нарушенным.

Толщина этого механически нарушенного слоя является одним из критериев качества обработанной поверхности полупроводника.

Результаты исследований показали, что наибольшая глубина залегания нарушенного слоя имеет место при резке слитка на пла­ стины. Процессы шлифовки и полировки пластин приводят к обра­ зованию нарушенного слоя того же характера, но менее глубокого по сравнению с процессом резки.

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 порядка 150—170°. Далее расположена вторая (самая большая) зона, кото­ рая характеризуется одиночными выколками и идущими вглубь трещинами, начинающимися от неровностей рельефа (трещинова­ тый слой). Третья зона представляет собой монокристалл без меха­ нических повреждений, но имеющий упругие деформации (напря­ женный слой). Толщину нарушенного слоя можно определить при­ ближенно по формуле: .

F = kb,

где 6=1,7 для Si, 6 = 2,2 для Ge; б — размер зерна.

Толщина нарушенного слоя зависит от диаметра зерна абра­ зивного порошка, а также от метода обработки, природы обраба­ тываемого полупроводникового материала, кристаллографической плоскости, по которой проводится механическая обработка, режи­ ма механической обработки и давления на полупроводниковый материал при механической обработке (см. табл. 1.7).

Различные методы обработки полупроводниковых материалов одним и тем же абразивным порошком дают разные результаты по величине нарушенного слоя. Максимальные величины нарушенных слоев получают при резке полупроводниковых материалов метал­ лическими полотнами.

Процесс тонкой полировки дает минимальные величины нару­ шенных слоев. Различие физико-механических свойств полупровод­ никовых материалов (см. табл. 1 .8 ) оказывает существенное влия­ ние на толщину нарушенного слоя.

Наименьшие повреждения приповерхностного слоя имеют место у кремния; более значительные — у германия.

Глубина нарушенного слоя при данной абразивной обработке зависит еще от ориентации исходного полупроводникового мате­ риала. Наименьшая глубина нарушенного слоя имеет место на по­ верхности, совпадающей с плоскостью (1 1 1 ), и несколько увели­ ченная на поверхностях, совпадающих с плоскостями (1 0 0 ), (ПО).

43

Т а б л и ц а 1.7

Величина нарушенного слоя при обработке

44

ГЛАВА ВТОРАЯ

ХИМИЧЕСКАЯ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ПОЛУПРОВОДНИКОВ

§ 2.1. Механизм процесса травления

Процесс травления полупроводника состоит в растворении его поверхности при взаимодействии с соответствующими химическими реагентами: щелочами, кислотами, их смесями и солями. Наиболь­ шее распространение получили две теории саморастворения полу­ проводников в травителях — химическая и электрохимическая.

Согласно химической теории растворение полупроводника про­ исходит в две стадии: окисление приповерхностного слоя и раство­ рение окисла. При травлении полупроводника этот процесс много­ кратно повторяется. Следовательно, травитель состоит из сильного окислителя и растворителя. Для различных целей добавляются ингибиторы (замедлители реакций) или катализаторы.

Согласно электрохимической теории взаимодействие между полупроводником и травителем обусловлено тем, что на поверх­ ности полупроводника существуют анодные и катодные микроуча­ стки, между которыми возникают локальные токи. На анодных участках полупроводник переходит в раствор, на катодных участ­ ках происходит восстановление окислителя. Если процесс травле­ ния не селективный, т. е. происходит равномерное травление по всей поверхности, то микроаноды и микрокатоды непрерывно меня­ ются местами. Если микроанод много больше сопряженного мик­ рокатода, то на его месте развивается ямка травления. При обрат­ ном соотношении микроанод становится бугорком. Первое условие встречается при растворении границ зерен и линий дислокаций.

Травление германия. Одним из сильных окислителей германия является азотная кислота. Плавиковая кислота хорошо растворяет двуокись германия. Эти кислоты входят в состав большого класса травителей, называемых кислотными. Одним из первых (историче­ ски) и наиболее употребительным является состав СР-4 (в латин­ ской транскрипции), который состоит из азотной, плавиковой и ле­ дяной уксусной кислот, взятых в соотношении 5 : 3 : 3 объемных частей, и 0,06 частей брома.

Наличие брома ускоряет реакцию растворения, но скорость травления сильно возрастает и ее трудно регулировать. С целью ограничения скорости травления до приемлемых значений в этот состав добавляют уксусную кислоту. Она обладает по сравнению с водой меньшей диэлектрической проницаемостью и способна сама диссоциировать, что уменьшает диссоциацию азотной кислоты. Кроме того, диссоциация уксусной кислоты дает более высокую

46

концентрацию протонов (Н+), чем диссоциация воды, что также подавляет диссоциацию азотной кислоты. Диссоциация молекул плавиковой кислоты также уменьшается в присутствии уксусной кислоты.

С точки зрения электрохимической теории на поверхности пла­ стины германия протекают две реакции: анодная, обусловленная переходом ионов германия в раствор, и катодная, обусловленная восстановлением азотной кислоты. Анодная реакция происходит с присоединением двух дырок и отдачей двух электронов:

растворения германия в чистой азотной кислоте, представленных на рис. 2 .1 .

рым скорость растворения спада­

ет до нуля. Перемешивание способствует удалению молекул HN02 и уменьшению скорости травления.

Плавиковая кислота растворяет пленку двуокиси германия:

В травитело «супероксоль» в качество окислителя используют перекись водорода — пергидроль (Н20 2 ■HF : Н20 = 1 : I :4). Мак­ симальную скорость травления получают при равных объемных

47