7.2. Изготовление монокристалла полупроводникового материала

Монокристалл — отдельный однородный кристалл, имеющий во всем объеме единую кристаллическую решетку и зависимость физических свойств от направления (анизотропия). Электрические, магнитные, оптиче­ские, акустические, механические и другие свойства монокристалла связаны между собой и обусловлены кристаллической структурой, силами связи ме­жду атомами и энергетическим спектром электронов.

Монокристаллы для полупроводниковой промышленности (кремний, германий, рубин, гранаты, фосфид и арсенид галлия, ниобат лития и др.) изготавливаются, как правило, методом Чохральского путем вытягивания из

Рис. 7.3. Схема установки для выращивания монокристаллов по методу Чохральского

расплава с помощью затравки. На рис. 7.3 приведена схема установки для выращива­ния монокристаллов по методу Чохральского. Тигель с расплавом 1 размещается в печи 2. Затравка 3, охлаждаемая холодильником 4, медленно поднимается под действием ме­ханизма вытягивания 5, увлекая за собой монокристалл полупроводникового мате­риала. Монокристалл растет на затравке со скоростью до 80 мм/ч. Расплав смачивает затравку и удерживается на ней силами по­верхностного натяжения. Температуру рас­плава и скорость кристаллизации можно изменять независимо. Отсутствие прямого контакта растущего монокристалла с тиглем и возможность изменения его геометричес­кой формы позволяют получать 'бездисло-

кационные монокристаллы. Получаемые методом Чохральского монокри­сталлы имеют форму цилиндра длиной до 1 м и более и диаметром 20.. .300 мм. Монокристалл после охлаждения калибруют по диаметру до заданно­го размера с точностью ±1 мм. Затем проводится травление его поверхности на глубину 0,3...0,5 мм и ориентация по заданному кристаллографическому направлению (для Si, например, чаще всего по оси <111>), чтобы получить после резки пластины, ориентированные строго в заданной плоскости. Пра­вильная ориентация пластин обеспечивает высокую воспроизводимость электрофизических параметров создаваемых на пластине приборов методом диффузии, эпитаксии и др.

7.3. Резка монокристалла и получение пластин

Резку монокристаллов на пластины осуществляют чаще всего абра­зивными дисками с режущей кромкой, покрытой алмазной крошкой разме­ром 40...60 мкм. Толщина режущей алмазной кромки диска составляет 0,18...0,20 мм, при этом ширина реза получается 0,25...0,35 мм.

Так как на поверхности пластин остаются царапины, сколы, трещины и другие дефекты, нарушающие однородность структуры поверхностного слоя, пластины шлифуют, травят и полируют. При шлифовании достигается неплос-копараллельность пластин не более 3 мкм и прогиб по поверхности не более 10 мкм. При травлении удаляется нарушенный слой толщиной 5...30 мкм и снимаются внутренние напряжения, возникшие в процессе шлифования.

Окончательная тонкая доводка поверхности пластин проводится по­лированием абразивными порошками или пастами, а затем химико-меха­ническим способом с применением суспензий, золей и гелей. В результате получают полупроводниковую пластину диаметром 20...250 мм толщиной от десятков до нескольких сотен микрометров с шероховатостью обрабо­танной поверхности не более 0,04 мкм.