Підготовка зливків до різання на пластини

Після вирощування зливків відрізають затравлювальну і хвостову частини, а також видаляють частини зливка з електрофізичними параметрами, що не відповідають установленим нормам з неприпустимими дефектами.

Травлення зливка здійснюється для очищення поверхні і виявлення дефектів.

Калібрування, або кругле шліфування, виконується, щоб вирівняти бічну поверхню і надати зливку строго циліндричної форми з діаметром, що дорівнює діаметру стандартних пластин, на які розраховане виробниче обладнання.Попередньо на торці клейкою мастикою наклеюються центри. Калібрування виконується шліфуванням по твірній поверхні зливка (кругле шліфування) шліфування кругом. Перед калібруванням до торців зливка, використовуючи пристрій для центрування, приклеюють центри так, щоб їхні осі збігалися з геометричною віссю зливка. За допомогою цих центрів зливок закріплюють у круглошліфувальному верстаті.

Режими калібрування: частота обертання шліфувального круга 2500±500 хв^-1;

Частота обертання монокристала 350±50 хв^-1; швидкість поздовжньої подачі шліфувального круга 2-4м/хв, а поперечної 5*10^-3 – 2*10^-2 мм за один подвійний хід.

Після калібрування на поверхні монокристала утворюється поршений шар глибиною

50-250 мкм залежно від швидкості поздовжньої подачі. Наявність його на перифирії підкладок може викликати появу сколів, а під час подальшої високотемпрературної обробки призвести до генерації структурних дефектів, що поширюються у центральній області підкладки. Для зняття порушеного шару монокристали, що пройшли операцію калібрування, піддаються операції хімічного травлення.

Травлення зливка необхідне для видалення шару з порушеною під час калібрування структурою кристала.

Орієнтація торця зливка – визначення розороєнтації (кута відхилення) площини торця зливка від головної кристалографічної площини. Для забезпечення необхідних умов напівпровідниковий кристал повинен бути строго зорієнтованим відносно кристалографічних площин вихідного монокристала,допустима похибка становить бриблизно 1°. Орієнтація досягається за рахунок формування зливку базового зрізу,який виконується паралельно до однієї з кристалографічних площин (перважно [110]),і напрямленого розрізання зливка на пластини (зазвичай на площині [111]).Перед цими операціями зливок орієнтується відносно кристалографічних площин.Це необхідно,щоб перед різанням на пластини закріпити зливок у верстаті відносно різального інструмента з урахуванням цієї розорієнтації.Тоді поверхні всіх відрізаних пластин будуть однаково орієнтовані, тобто унеможливлюється або зводиться до мінімуму розкид параметрів макросхем,зв’язаний з анізотропією властивостей напівпровідника.

Орієнтація напрямку базового зрізу. Одержання базового зріз необхідне для однакової орієнтації пластин у технологічних установках.

Одержання додаткових зрізів необхідне для сортуванняпластин у разі, коли їх випадково перемішають.

Наклеювання зливка для закріплення у верстаті для різання.У всіх видах різання зливка закріплюють, наклеюючи на спеціальний тримач.Використання механічних затискачів недоцільне,оскільки висока крихкість кремнію і германію не даєможливості прикласти значн зусилля на затискачах.

Матеріали, що використовуються для наклеювання зливка,повинні мати достатньо механічну міцність,яка дає змогу протистояти силам різання під час обробки,володіти стійкістю до температурних впливів, легко змиватись, не вступати в хімічну взаємодію і не забруднювати поверхню напівпровідника.

Розрізання зливка на пластини. Розрізання зливка на пластини здійснюється найчастіше алмазним диском з внутрішнім ріжучим ребром.

Очещення пластин для усунення забруднень,які виникли під час попередніх операцій.

Шліфування пласти для зменшення розкиду значень товщини,покращення площинності і парадедбності сторін пластин,зменшення жорстксті їхньої поверхні.П ластину спочатку шліфують,потім для запобігання сколювання під час транспортування і обробки пластин з їхніх ребер знімається фаска. Операція здійснюєтьсяч хімачним або механічни способами обробки профільним алмазним кругом.

Очищення пластин від забруднень.

Зняття фаски з периферійної частини поверхні пластин зменшує ймовірність утворення сколів,тріщин,а під час подальших високотемпературних процесів формування структур – виникнення дислокації та механічних напружень,що призводят до збільшення густини дефектів, зниження процента виходу придатних,а іноді й до руйнування пластин.

Травлення пластин для видалення механічного порушення поверхневого шару і очищення плстин.Після зняття фаски здебільшого повторяють дво- або однобічне видалення механічне полірування.Між операціями механічної обробки пластин для видалення абразиву, клейкої мастики, розгладжування та усунення дефектного шару здійснюють операціх відмивання,хімічного очищення і травлення.

Полірування пластин – операція доведення після шліфування і зняття фаски, виконується для підвищення точності та якості обробки поверхні, для одержання дзеркальної-гладкої поверхні. Слово ``полірування`` походить від латинського ``polio`` - роблю гладеньким.

Завершальне доведення робочої поверхні пластини здійснюють фінішним та суперфініш ним хіміко-механічним поліруванням.

Завершальними операціями механічної обробки пластини є відклеювання від блоків, відмивання та контроль параметрів.

Очищення поверхні пластини, сушіння.

Контроль пластини на відповідність геометричних, електрофізичних параметрів і якості поверхні встановлених нормам.

Після калібрування центри відклеюють, торці зливка відшліфовують так, так щоб вони були строго перпендикулярні до геометричної осі зливка, а для усунення механічного порушення шару і забруднень зливок травлять.

Контроль кристалографічної орієнтації торця зливка і базового зрізу виконується рентгенівським або оптичним методами. Рентгенівський метод ґрунтується на використанні залежності інтенсивності розсіяння рентгенівських променів площинами кристала від густини їхнього пакування атомами і на тому що характеристичне рентгенівське випромінювання відбивається від відповідних кристалографічних площин під строго визначеними для кожного напівпровідника кутами. Оптичний метод менш точний, однак має переваги з погляду безпеки.

Він полягає в тому,що ямки селективного травлення, одержані на поверхнях пластин з різною кристалографічною орієнтацією, відрізняються за формою і відбите від них світло на екрані установки утворює різні світлові фігур.

Точність рентгенівського методу орієнтації ±(2-6) ’, оптичного ±(15-30) ’.

Фізика поверхні НП

Для отримання атомарно-чистої поверхні використовують іонне бомбардування з відпалом, високотемпературний нагрів та іонне травлення. Поверхня пластини бомбардується іонами інертних газів (аргону), який впускають у камеру. Енергія іонів становить 200-400еВ, густина струму декілька мікроампер на квадратний см.

На атомарно-чистій поверхні в умовах надвисокого вакууму вдається спостерігати власні стани, на відміну від невласних,які існують у звичайних виробничих умовах.

Власні – це поверхневі стани, зумовлені обривом кристалічної гратки.

Невласні – це поверхневі стани, зумовлені наявністю на поверхні домішок і структурних дефектів. Джерелами невласних станів можуть бути хімічно і фізично адсорбовані атоми, оксиди, залишки електролітів після травлення та осаджені метали. У звичайих умовах на реальній поверхні обов’язково існують забруднення і структурні порушення.

Реальна поверхня характеризується трьома видами поверхневих станів:

- власні стани, зумовлені розривом гратки ідеального кристала;

- стани, викликані порушенням структури кристалічної гратки;

- стани, зумовлені наявністю адсорбованих домішок та оксидного шару. Залежно від типу зв’язку речовини-забруднююча з поверхнею розрізняють фізичну і хімічну адсорбцію.

Фізична адсорбція є результатом міжмолекулярної (сили Ван-дер-Ваальса) і електростатичної кулонівської взаємодії. Адсорбовані частинки, здійснюючи тепловий рух, можуть долати сили зв’язку і відриватися (десорбція) від поверхні, тобто фізична адсорбція – процес оборотний. Фізично адсорбовані забруднення розміщені на поверхні кількома шарами порівняно легко усуваються чистим розчинником, відпалом випаровуванням у вакуумі.

Хімічна адсорбція є необоротним процесом, оскільки між забрудненням і поверхнею утаїворюються міцні хімічні зв’язки. Забруднення розміщуються одним шаром та видалити їх складніше.