Все виды очистки полупроводников проводят в атмосфере инертных газов или водорода, которые также должны быть достаточно чистыми;

Контроль полупроводниковых материалов помимо металлографических испытаний включает ряд электрических измерений, в том числе измерения удельной проводимости (или сопротивления) и концентрации носителей [82].

Чаще всего измерение удельного сопротивления осуществляется методом четырех зондов II, 4], а измерение концентраций - путем измерения э. д. с. Холла [15, 82].

Механическая и химическая обработка. Массивные кристаллические слитки полупроводников диаметром до 40-80 мм и длиной до 50-75 см разрезают на множество тонких пластин, на основе которых затем изготавливают отдельные приборы или интегральные схемы.

Резка слитка на пластины осуществляется, либо с помощью комплекта тонких стальных полотен, либо с помощью алмазных дисков . В первом случае собственно режущим агентом служат частички абразивного порошка, которые входят в состав суспензии, непрерывно поступающей к движущимся полотнам. Во втором случае режущим агентом является алмазная крошка, вкрапленная по периферии вращающегося металлического диска или, чаще, по внутренней кромке вращающегося кольца; охлаждение в этом случае осуществляется струей воды.

Оба указанных метода характерны значительными потерями полупроводникового материала. Поэтому осваиваются новые способы резки с помощью ультразвука, лазеров, электронного луча и т. п.

Во время резки слиток прочно закрепляют на неподвижном основании, причем очень важно обеспечить точное расположение слитка относительно полотен или дисков с тем, чтобы пластины имели необходимую кристаллографическую ориентацию. Контроль ориентации осуществляется рентгеновским методом. Как правило, пластины нарезаются в плоскости (111) или (100) (см. § 1-2).

Поверхность пластин после резки весьма неровная: размеры царапин, выступов и ямок иногда намного превышают размеры будущих структурных элементов. Поэтому перед началом основных технологических операций пластины многократно шлифуют, а затем полируют. Цель шлифовки помимо удаления механических дефектов состоит также в том, чтобы обеспечить необходимую толщину пластины (200-300 мкм), недостижимую при резке, и параллельность плоскостей.

Шлифовка осуществляется на вращающихся шлифовальных кругах, на которых располагают сразу несколько пластин. Шлифующим агентом являются микропорошки, размер зерна которых выбирается все меньшим при каждом очередном цикле шлифовки, вплоть до 3-5 мкм. В большинстве случаев шлифовка

бывает односторонней, т. е. каждая из двух плоскостей пластины шлифуется раздельно.

По окончании шлифовки на поверхности все же остается механически нарушенный слой толщиной от нескольких микрон и выше, под которым расположен еще более тонкий, так называемый физически нарушенный слой. Последний характерен наличием незримых искажений кристаллической решетки и механических напряжений, возникающих в процессе шлифовки.

Полировка состоит в удалении обоих нарушенных слоев и снижении неровностей поверхности до уровня, свойственного оптическим системам и составляющего сотни, а иногда десятки ангстрем (тысячные доли микрометра.) Чаще всего используется химическая полировка (травление), т. е. по существу растворение поверхностного слоя полупроводника в тех или иных реактивах. Обязательными компонентами таких реактивов являются окислитель (обычно азотная кислота) и растворитель образующегося окисла (обычно плавиковая кислота). Кроме этих компонентов в состав травителей входят ускорители и замедлители реакции. Выступы и трещины на поверхности стравливаются быстрее, чем основной материал, и в целом поверхность выравнивается.

Иногда химическую полировку сочетают с предварительной механической, осуществляемой с помощью микропорошков (в виде паст или суспензий) с размером зерна 0,1-0,3 мкм.

Достигаемая в процессе шлифовки и полировки параллельность плоскостей пластины составляет единицы и даже доли микрона на сантиметр длины.

Помимо травления важнейшим химическим процессом в полупроводниковой технологии является очистка поверхности от загрязнений органическими веществами, особенно жирами. Такую очистку приходится проводить неоднократно, в частности перед каждым травлением, поскольку скорость травления резко уменьшается в местах загрязнений.

Очистку и обезжиривание проводят в органических растворителях (толуол, ацетон, этиловый спирт и др.) при повышенной температуре. В последнее время ванну с растворителем часто укрепляют на магнитострикторе, обеспечивающем ультразвуковые колебания в растворе и тем самым интенсивное его перемешивание.

Травление, очистка и многие другие процессы сопровождаются отмьшкой пластин в деионизованной воде. Деионизация осуществляется в специальных установках путем пропускания предварительно дистиллированной воды через пористые смолы, в которых происходит адсорбция растворенных ионов. Степень деионизации оценивается по удельному сопротивлению воды, которое должно лежать в пределах 10-20 МОм см и выше (удельное сопротивление дистиллированной воды не превьшлает 1-2 МОм-см).

Эпитаксия. Описанные выше технологические процессы являются подготовительными и вспомогательными в том смысле, что сами по себе они не обеспечивают создания тех неоднородностей

в кристалле (например, р-п переходов), которые необходимы для работы диодов и транзисторов.

Эпитаксию можно определить как процесс наращивания монокристаллического слоя на подложку при сохранении кристаллографической ориентации последней.

Эпитаксия занимает промежуточное место между основными и вспомогательными процессами. В принципе она может обеспечить создание локальных неоднородностей, однако это направление еще слабо разработано и в настоящее время эпитаксия обычно используется как способ получения пластин - заготовок в виде тонких слоев однородного полупроводника на более толстой подложке.

Процесс эпитаксии применительно к кремнию состоит в следующем. Монокристаллическая кремниевая пластина помещается в поток водорода, содержащий пары галоидного соединения кремния (обычно SiCle). При высо-

кой температуре (1200°С и выше) на поверхности пластины происходит реакция

SiCl4-b2H2 = Si-b4HCl,

Рис. 4-46. Примеры эпитаксиальных в результате которой н-а подлож-слоев на разных типах подложки осаждается чистый кремний,

а пары НС1 уносятся потоком водорода. Эпитаксиальный слой осажденного кремния монокри-сталличен и имеет ту же кристаллографическую ориентацию, что и подложка.

Если к парам тетрахлорида кремния добавить пары галоидных соед11нений бора (ВВгд) или фосфора (PClg), то эпитаксиальный слой будет иметь уже не собственную, а соответственно дырочную или электронную проводимость, поскольку в ходе химической реакции в кремний будут внедряться акцепторные атомы бора или донорные атомы фосфора.

Таким образом, эпитаксия позволяет выращивать монокристаллические слои любого типа проводимости и любого удельного сопротивления на подложке, обладающей тоже произвольными параметрами как по типу, так и по величине проводимости (рис. 4-46).

Граница между эпйтаксиальным слоем и подложкой не получается идеально резкой, так как примеси в процессе эпитаксии частично диффундируют из одного слоя в другой. Поэтому попытки создать многослойные эпитаксиальные структуры лишь в последние годы увенчались успехом. Основную роль в настоящее время играет однослойная эпитаксия, при помощи которой возможно получение тонких однородных слоев до одного микрона, что невозможно осуществить иными средствами .

* Даже если бы шлифовальные и полировальные установки позволяли достигнуть такой толщины, полученные пластины не допускали бы никакой последующей обработки из-за Механической хрупкости. -