Подготовка кремния

Монокристаллические слитки кремния, как и других полупроводников, получают обычно путем кристаллизации из расплава — методом Чохральского. При этом методе стержень с затравкой (в виде монокристалла кремния) после соприкосновения с расплавом медленно поднимают с одновременным вращением (рисунок 65). При этом вслед за затравкой вытягивается нарастающий и застывающий слиток.

Рисунок 65 - Схема выращивания монокристалла методом Чохральского:

1 — тигель; 2 — расплав полупроводника; 3 — выращиваемый монокристалл; 4 — затравка: 5 — катушка высокочастотного нагрева

Кристаллографическая ориентация слитка (его поперечного сечения) определяется кристаллографической ориентацией затравки. Типовой диаметр слитков составляет в настоящее время 80 мм, а максимальный может достигать 120 мм и более. Длина слитков может достигать 1—1,5 м, но обычно она в несколько раз меньше.

Слитки кремния разрезают на множество тонких пластин (толщиной 0,4 - 0,5 мм), на которых затем изготавливают интегральные схемы или другие приборы. Во время резки слиток прочно закрепляют, причем очень важно обеспечить перпендикулярное расположение слитка относительно режущих полотен или дисков с тем, чтобы пластины имели необходимую кристаллографическую ориентацию.

Поверхность пластин после резки весьма неровная. 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. Шлифовку осуществляют на вращающихся шлифовальных кругах.

По окончании шлифовки на поверхности остается механически нарушенный слой толщиной несколько микрон, 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 — сотые доли микрона.

Помимо механической используется химическая полировка (травление), т. е, по существу растворение поверхностною слоя полупроводника в тех или иных реактивах. Выступы и трещины на поверхности стравливаются быстрее, чем основной материал, и в целом поверхность выравнивается.

Важным процессом в полупроводниковой технологии является также очистка поверхности от загрязнений органическими веществами, особенно жирами. Очистку и обезжиривание проводят в органических растворителях (толуол, ацетон, этиловый спирт и др.) при повышенной температуре.