3.5. Строение нарушенного слоя после механической обработки пластины
Реальные монокристаллы, как правило, не обладают совершенно идеальной структурой. Современная физика твердого тела позволяет теоретически обосновать и экспериментально выявить основные виды нарушений кристаллической структуры монокристаллов: трещины, точечные дефекты, двойники, дислокации, дефекты упаковки. При различных видах воздействия (механических, химических, тепловых, электрических и др.) может происходить либо хрупкое разрушение монокристаллов, либо нарушение его структуры.
Закономерности деформации и разрушения наиболее распространенных полупроводниковых материалов изучены достаточно хорошо. Установлено, что необратимая деформация зависит от условий нагружения и происходит в результате скольжения одних частей кристалла относительно других по плоскостям (111) в направлении (110); двойникования; трещинообразования.
Первые два вида деформации согласно современным представлениям рассматриваются как пластическая деформация монокристаллов, а образование трещин – как признак хрупкого разрушения. Пластическая деформация скольжением и двойникованием происходит в области температур от 0,44 до 0,74 Тпл. Начало пластической объемной деформации для кремния имеет место при температурах не менее 600оС; в сапфире двойникование наблюдается при термической деформации в пределах от 20 до 650 оС.
Внешняя картина разрушения полупроводниковых материалов при комнатной температуре носит ярко выраженный хрупкостный характер. Однако следует учитывать роль и пластической деформации, причем как при разрушении в объеме твердого тела, так и при протекании деформации в тонких приповерхностных слоях.
Для характеристики состояния полупроводниковых и диэлектрических подложек после механической обработки необходимо выявить:
типы нарушений структуры, внесенные механической обработкой;
плотность распределения нарушения по глубине;
вид нарушений;
степень влияния нарушений на изменение электрофизических параметров материала;
поведение нарушений структуры при воздействии различных физических и химических процессов;
нарушения, формирующие поля упругих напряжений пластины;
характер разрушения при различных видах обработки.
Как уже говорилось ранее, основное требование к процессу механической обработки – минимум повреждений поверхности и объема пластин и возможность ликвидации этих повреждений в последующих операциях травления и очистки.
В результате механической обработки монокристаллических пластин-подложек их поверхность из-за большого числа повреждений становится шероховатой. Последующая полировка нивелирует вершины рельефа, обеспечивая более гладкую поверхность. Механические напряжения, возникающие при шлифовке и полировке подложек, создают кроме шероховатого рельефа нарушенный слой, прилегающий к поверхности пластины. В зависимости от интенсивности обработки в нарушенном слое обнаруживаются различные переходные структуры от монокристалла до искаженного поликристалла или даже аморфного слоя.
Экспериментально в нарушенном слое выделяют 4 зоны. Глубина нарушенного слоя и его характер зависят от ряда технологических факторов: материала абразива; размера частиц абразива; режимов полировки; скорости процесса обработки пластины абразивом.
Очевидно, что нарушенный слой должен быть удален, так как он отрицательно сказывается на электрических параметрах ИС. На рис. 3.9 схематически изображено изменение глубины нарушенного слоя в процессе механической обработки кремниевых монокристаллических пластин.
Рис. 3.8. Структура нарушенного слоя
После
травления неровности практически
отсутствуют
Рис. 3.9. Изменение глубины нарушенного слоя
в процессе механической обработки
Таким образом, механическая обработка всегда оставляет нарушенный слой, хотя и обеспечивает высокую плоскостность поверхностей пластин.