Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Технология эпитаксиальных слоев и гетерокомпозоций

Покупка
Артикул: 753430.01.99
Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину
Лабораторный практикум содержит 5 работ, выполняемых на лабораторном и фирменном оборудовании с использованием ЭВМ В работах рассмотрены процессы подготовки подложек, измерения остаточных термических напряжений в пластинах, методы жидкофазной и молекулярно-лучевой эпитаксии.
Крапухин, В. В. Технология эпитаксиальных слоев и гетерокомпозоций : лабораторный практикум / В. В. Крапухин, Л. В. Кожитов. - Москва : ИД МИСиС, 1998. - 56 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1239514 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
JV> 866 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет иа 
; 

МИСиС^ 

Крапухин В.В., Кожитов Л.В. 

ТЕХНОЛОГИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ 
ГЕТЕРОКОМПОЗИЦИЙ 

Лабораторный практикум 
для студентов специальности 200102 

МОСКВА 1998 

JVfo 866 
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет] 

МИСиС 
^ 

Кафедра технологии материалов твердотельной электроники 

Крапухин В.В., Кожитов Л.В. 

ТЕХНОЛОГИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ 
ГЕТЕРОКОМПОЗИЦИЙ 

Лабораторный практикум 
для студентов специальности 200102 

МОСКВА 1998 

АННОТАЦИЯ 

Лабораторный практикум содержит 5 работ, выполняемых на 
лабораторном и фирменном оборудовании с использованием 
ЭВМ В работах рассмотрены процессы подготовки подложек, 
измерения остаточных термических напряжений в пластинах, методы жидкофазной и молекулярно-лучевой эпитаксии 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(технологический университет) 
1998 

СОДЕРЖАНИЕ 

Лабораторная работа № 1. Подготовка пластин к эпитаксии 
5 

Лабораторная работа № 2. Получение эпитаксиальных 

слоев методом жидкофазной эпитаксии 
16 

Лабораторная работа № 3. Исследование фазового равновесия в системе полупроводник-металл (растворитель) 
методом насыщения расплава 
31 

Лабораторная работа № 4. Получение эпитаксиальных 

слоев молекулярно-лучевой эпитаксией 
37 

Лабораторная работа № 5. Исследование механических напряжений в монокристаллах полупроводников 
45 

Лабораторная работа № 1 

ПОДГОТОВКА ПЛАСТИН К ЭПИТАКСИИ 

(4 часа) 

1. Цель работы 

Подготовка пластин к эпитаксии и контроль состояния их поверхности. 

2. Теоретическое 
введение 

Получение качественных -эпитаксиальных слоев невозможно 
без тщательно подготовленной поверхности подложки. При этом 
решаются три основные задачи: 

— получение геометрически совершенных поверхностей, обеспечивающих плоскопараллельность рабочей поверхности при минимальной шероховатости и при отсутствии прогиба и волнистости поверхности; 

— получение поверхности с совершенной 
кристаллической 
струетурой без нарушенного слоя, с минимальной концентрацией 
дефектов на поверхности; 

— получение химически чистых поверхностей, не содержащих 
сорбированные химические реактивы и свободных от оксидных 
включении. 

Указанные 
задачи 
решаются 
рядом 
последовательно 
осуществляемых технологических процессов, представленных на схеме рис. 1.1. 

Полученные на установках роста полупроводниковые монокристаллы калибруют по диаметру с точностью 0,5 мм алмазным 
шлифовальным кругом на кругло шлифовальных станках. 

Базовый (основной) и маркировочным срезы поверхности калиброванного монокристалла делаются для визуального определения ориентации пластин и марки материала. Базовый срез в направлении [110} используется также для установки пластин при 
проведении технологических операций при изготовлении интегральных микросхем. Ориентация слитков определяется с помощью рентгеновского дифрактометра или оптическим методом. 

5 

Крамухии 1> И . Колик'» Л И IOMIO юти )iini.inii.iii.iiii[\ ичсрокомиозидии 

Калибровка слит ко» но диаметру 

Илоюмснис сре от в на слигке 

Разрезание слшка на пластины 

Снятие фаски 

I 
_ 

Шлифование пластин 

Химико-механическое полирование 
пластин 

I ^ 
, 
, 
\ 

Химико-динамическое 
Химическое травление с 

полирование 
использованием 

ультразвука 

\ 
/ 
, 

Отмывка и сушка пластин 

I 
~ 

Кон фоль 

Рис 1 1 Технологическая схема подготовки полупроводниковых полложск 

Резку слитков на пластины проводят чаще всего на станках с 
дисковым металлическим кругом с внутренней режущей кромкой, 
на которую нанесены алмазные зерна размером 40-60 мкм при 
резке кремния и 20-40 мкм при резке арсснида галлия. Металлический круг имеет толщину 0,1-0,15 мм. Для уменьшения ширины 
реза и достижения точной геометрии пластин круг снабжен приспособлениями для натяжения. Толщина отрезаемых пластин зависит от их диаметра и составляет для Si от 350 до 675 мкм при 
изменении диаметра от 60 до 150 мм, для GaAs — 560-750 мкм при 
диаметре 60-76 мм. 

Абразивная резка материала происходит в результате последовательных процессов образования в материале трещин и скола 
частиц с поверхности. Для хрупких материалов характерна не
6 

] ill 
p i i - . ' р П 1Я Р н ю 
| I 
П о и о Н Н П 
II I ILI ПН К 
Н1П i 1КСИИ 

бо !ыная \ii|),i 1я деформация (<1 /r), посте чего наступает разрушенис материала 
Образованию трещин способствует наличие в 
матери.те дистокании и испопьзовлние жидких сред, содержащих 
поверхностно активные вещества Для пластических тел характерна перед )).ир\шсние\1 значительная пластическая деформация с 
медленным развитием трещин 

В результате процесса резания в поверхностном слое пластины 
образуется слои, в котором нарушена кристаллическая структура 
материала В нем можно выделить четыре зоны (рис 1 2) рельефно-поликристаллическ.ш 
зона 
содержит 
монокристаллические 
скоты, невыкрошившисся блоки, трещины, выступы и впадины 
разпичных размеров, трещиноватая зона имеет трещины и скопления большого числа дислокации, зона упругонапряженного материала также содержит большое число дислокации, зона повышенно» плотности дислокации по сравнению с объемом пластины 
Соотношение размеров зон нарушенного слоя зависит от 
пластичности материала, размера абразивного зерна и скорости 
резания Размер нарушенного слоя для различных полупроводников составляет, мкм 

Si(lll) 
20 30 

GaAs(lll) 
34 42 

IiiAs 
50 70 

InSb 
100 150 

Дтя мягких материалов (InSb, PbTe, CdTe) находит применение электроискровой метод резки с помощью вольфрамовой провопоки и приложенной разности напряжении между ней и монокрнстолтом Это позволяет уменьшить толщину нарушенного слоя 
в мягких материалах 

После резки пластины имеют шероховатую поверхность, профилограмма такой поверхности показана на рис. 1 3 Кроме того, 
могут иметь место искажения геометрической формы, показанные 
на рис. 1 4. 

7 

Кранухии В В , Колик'н Л Ч Кчно юти лшпксиалмтч плерокомпо-шции 

/ 

тЛ/'\А/ 

\ N 

' 
У \ 
\ \ 
\ 

v 1 

2 

\ з 

4 

1 - рельефно-поликристаллическая зона 2 - трещиноватая зона, 3 - зона упругих 
напряжений и дислокаций, 4 - зона повышенной плотности дислокаций 

Рис 1 2 Строение нарушенного счоя полупроводниковой пластины после резки и 
механической обработки поверхности 

Рис 1 3 Профилограмма поверхности 

f£= 
К 

_Ь2 

С 2 = 
It 

а - непараллельность плоскостей (клиновидность) б - неплоскостность 
(вогнутость), в - неплоскостность (выпуклость), г - изогнутость 

Рис 1 4 Искажение формы пластин 

8 

Jl:iuop;iH>pil;i',i p;i(>oi;i 1 Полкчоикл ILI.'U мш к ^пндксии 

Последующие операции предназначены для устранения дефектов формы пластин, шероховатости поверхности и нарушенного 
слоя. 

У пластин после резки закругляют края (снимается фаска) для 
предупреждения скола остро)! кромки и образования краевого 
утолшения при эпитакеии и фотолитографии. 

Шлифовка производится абразивными материалами более мелкими чем при резке для уменьшения толщины нарушенного слоя. 
Для предупреждения прогиба пластин шлифовку целесообразно 
проводить с обеих сторон. Шлифовка производится связанным 
абразивом на шлифовальном круге или свободным абразивом в 
виде водной суспензии с отношением Т:Ж=1:()...5). Шлифовальный круг изготавливают из чугуна, стекла, алюминия. 
После 
шлифования нарушенный слой кремниевых пластин уменьшается 
до 10... 15 мкм. 

Следующей стадией обработки пластин является полировка, 
проводимая подобно шлифовке свободным абразивом, но с более 
мелким (субмикронным) абразивом. После механической полировки, как и после шлифовки на поверхности, остаются микроцарапины, размер которых.соответствует зернистости используемого 
абразива. 

В последнее время с успехом нашел применение химикомеханический метод полирования (ХМП). В этом процессе химическое травление поверхности совмещается с механическим удалением продуктов реакции. При этом все время обновляется поверхность, что ускоряет процесс травления. Механическое удаление производится гелем абразива (размер зерна от 0,04 до 0,12 
мкм), взвешенном в травящем растворе (для кремния — КОН, 
NaOH, этллендиамида). В качестве абразивного материала используют оксиды Si, Zr, A1 и др. Такая обработка позволяет 
уменьшить нарушенный слой до толщины 1...2 мкм. 

При химико-механической полировке полируемая поверхность 
притирается к плоскому полировальнику, и нерастворимые продукты химической реакции удхпяются механически, на поверхности открываются микровыступы, на которых реакция ускоряется (эффект притирки). Давление диска также воздействует на 
микровыступы, что усиливает реакцию в этих точках (эффект давления); содержание полирующего раствора в полировальной ткани увеличивает концентрацию травящего вещества на поверхности пластин, а постоянное вращение полировальника и подача 

9 

Кр.1И>\|||| И \1 , КмАИЮП .'I И 
IcXIKl 10IIIM >IIIU.Iklll.LII.IIM\ H.4C|)UM1MHQ 1И11ИИ 

свежего растиора способствуют смыванию продуктов реакции 
(эффект перемещения и очистки). Все укшанные воздействия исключают возможность прилипания продуктов реакции. Скорость 
съема, качество поверхности и геометрические параметры подложек, количество и глубина структурных нарушений зависят одновременно как от химических, так и механических факторов. В начальной стадии ХМП происходит растравливание поверхности 
подложки по дефектам — образуются грубые риски и ямки в зависимости от характера нарушений. При продолжении полировки 
дефекты постепенно исчезают. 

Если химическое травление происходит быстрее механического 
удаления продуктов полировки, то на поверхности образуется 
.макрошероховатость (''апельсиновая корка"). 
Увеличение концентрации золя способствует повышению скорости механической полировки При большом разбавлении золя на 
поверхности появляются характерные полосы так как золь передаст нагрузку полировальника на пластину. 

Технологические параметры ХМП (скорость вращения полировальников, давление, состав суспензии И т.д.) определяют качество поверхности пластины. 

ХМП позволяет получить пластины с непараллельностью сторон (плоскостностью) менее 1,5 мкм/см и шероховатостью менее 
0,02 мкм. 

В ряде случаев ХПМ может быть использована для обработки 
пластин сразу после резки. 

Для удаления остаточного нарушения слоя после ХМП используется химико-динамическое полирование (ХДП) или химическое 
травление пластин с УЗ-активацисй. При этом на поверхность 
механически воздействует струя травящего раствора или ультразвуковые колебания. 

Заканчивается процесс обработки пластин отмывкой с поверхности реактивов и сушкой поверхности с последующей ее защитой от окисления. 

10 

J l . l U o p . l l U p i l . D I 
p i t l O l . l 
) 
I l i U I O I O H h . l 
II.I.1LIHII К ' Л Ж I J K C - И И 

3. Описание 
установки 

3.1. Установка ХМП 

Схема лабораторной установки для ХМП 
MULTIPOL-2 изображена на рис. 1.5. 

6 
! 
Л 

1 - по :ир>шшии диск, 
2 - по.ыол'ка, 
3 — сепаратор; 
4 — прижимной диск. 
5 — й юк лчсиешрикон, 
6 - oiiiipciiic .ия по inpywmeio раствора 

Рис 1 5 Лаборашриая установка нормирования. 

Полировальный диск 1 изготовляется из нержавеющей стали, 
на его верхней поверхности наклеена замша. Прижимной диск 4 
изготовлен из оргстекла, на его нижнюю плоскость также наклеена замша. Полировальным диск вращается при помощи электродвигателя с частотой 30-60 об/мин. 

iVlcxay полировхтьным и прижимным диском помешается фигурная прокладка — сепаратор 3, выполненная из текстолита, 
причем толщина сепаратора должна быть немного меньше толшины образца. Смещение оси вращения сепаратора с подложками 
относительно полирующего диска позволяет осуществлять движение полируемой поверхности относительно замши. Благодаря 
аналогичному смешению оси вращения прижимного диска осуществляется перемещение верхней полирующей поверхности относительно подложек. Прижимное давление на поверхность плас
* 

Ьшъшмо помощь в монтаже и н.иалке оборудования оказали студенты 
И Кузнецова. А Меркл чин Г Новиков, В Я\ин 

11 

Доступ онлайн
2 000 ₽
В корзину