Селективные травители для метода световых фигур

Точность определения углов ориентации методом световых фигур составляет для кремния и германия 3' и 15' соответственно. Существуют промышленные установки, основанные на методе световых фигур типа ЖК 7808 и др.

Метод ямок травления заключается в том, что производится химическое травление поверхности полупроводникового монокристалла в селективных травителях и анализируется вид полученных ямок травления под микроскопом. Известно, что взаимодействие полупроводника с травильными растворами может быть различным и подразделяется на изотропное химическое травление, анизотропное химическое травление и селективное химическое травление [4].

Рис. 3. Оптическая схема метода световых фигур: 1 – экран с отверстием, 2 – исследуемая поверхность.

Рис. 4. Фигуры, получаемые при отражении светового пучка от кристаллографических плоскостей: а – (111), трёхлепестковая звезда, б – (110), двухлепестковая звезда, в – (100), четырёхлепестковая звезда.

Изотропное химическое травление – процесс растворения полупроводника с одинаковой скоростью травления всех граней монокристалла. Скорость травления не зависит от кристаллографического направления поверхности травления. Изотропное химическое травление применяют для предпланарной и предэпитаксиальной обработки подложек, включающей удаление нарушенного поверхностного слоя и химическое полирование. Химическое полирование – это процесс химического травления полупроводника, в котором происходит сглаживание неровностей полупроводника с уменьшением шероховатости поверхности.

Анизотропное химическое травление – растворение полупроводника с неодинаковой скоростью травления на различных гранях монокристалла. Скорость протекания химической реакции зависит от кристаллографического направления поверхности. Анизотропное химическое травление используют для металлографического и оптического исследований структурных поверхностных и объемных дефектов.

Селективное химическое травление основано на различной скорости растворения полупроводника на различных участках поверхности с одной и той же кристаллографической ориентацией. Оно приводит к образованию ямок травления, выявляет дислокации, неоднородности распределения примесей и другие дефекты.

Для кристаллов, имеющих кристаллическую решетку типа алмаза, рассмотрим возможные связи поверхностных атомов между собой и с атомами в объеме и на плоскостях {100}, {110}, {111}. У кремния на плоскости {100} каждый поверхностный атом связан с двумя атомами в объеме и имеет два неспаренных электрона (две разорванные связи). На плоскостях {110} и {111} поверхностный атом имеет только одну разорванную связь. Следовательно, плоскость {100) должна быть более реакционноспособной по сравнению с плоскостями {110} и {111}. На плоскости {110} поверхностный атом связан с двумя себе подобными и только с одним атомом в объеме. Удаление одного атома с поверхности ослабляет связи двух соседних атомов на поверхности. Поэтому плоскость {110} более химически активна по сравнению с плоскостью {111}, поверхностные атомы которой связаны с тремя атомами в объеме. Следовательно, для алмазоподобных полупроводников наблюдается следующая зависимость скоростей травления от ориентации:

(1)

Если на поверхности имеются дефекты, например выходы дислокаций, то в этих местах по сравнению с ненарушенной поверхностью происходит локальное увеличение скорости травления. «Дефектное» место растравливается с образованием фигуры (ямки) травления, которая ограничена плоскостями с наименьшей скоростью травления. Например, дефекты на плоскости (111) кремния или германия принимают форму треугольных пирамид, образованных плоскостями {111} (рис. 5). На рисунке 5 показана также форма ямок травления на плоскостях (100) и (110).

Рис. 5. Форма дислокационных ямок травления кремния

Длительное травление увеличивает размеры ямок, не влияя на их форму. Таким образом, наблюдая под микроскопом форму ямок травления, можно сделать заключение о кристаллографической ориентации исследуемых образцов. Ямки на структурных дефектах образуются не только при химическом травлении, но и при обработке поверхности мощным световым излучением. Локальное расплавление полупроводникового материала прежде всего происходит на нарушениях, активно поглощающих световую энергию, причем форма ямок идентична той, что формируются при химическом травлении. Метод ямок травления характеризуется простотой и наглядностью, однако является разрушающим, что не всегда допустимо. Кроме того, метод не может быть применен для поверхностей с высокой плотностью дефектов, так как в этом случае многочисленные ямки образуют сплошной рельеф.

Определение плотности дислокаций методом ямок травления.

Поскольку селективное химическое травление, как правило, происходит на выходах дислокаций, то методом ямок травления может быть оценена величина их плотности. При этом необходимо убедиться, что ямки травления действительно соответствуют дислокациям. Дефекты малой протяженности (инородные включения, точечные дефекты, трещины) образуют плоскодонные ямки в виде усеченных пирамид. Дислокации, как более протяженные дефекты, образуют пирамидальные ямки с остроконечной вершиной. При отклонении поверхности кристалла от плоскости с малыми индексами или отклонении оси дислокаций от нормали к поверхности ямки становятся псевдосимметричными. Анализ формы ямок при последующем травлении позволяет проследить направление линий дислокаций в кристалле.

Поверхностная плотность дислокационных ямок травления N определяется числом ямок травления на единицу площади (см^-2) поверхности. Условия наблюдения дислокационных ямок зависят от плотности дислокаций: относительно совершенные кристаллы (N < 10⁶ см^-2) наблюдаются при небольшом увеличении (~ 100), а при N =10⁶–10⁸ увеличение микроскопа должно быть большим, чем в первом случае. Состав наиболее распространенных травителей для кремния приведен в таблице 2

Подсчет количества дислокаций производят при помощи металлографического микроскопа. Поверхность исследуемого образца просматривается в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для этого используют окуляр с координатной сеткой. Подсчитывают число ямок травления на пяти участках пластины и берут среднее арифметическое.

Таблица 2

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: