Источник: Электронные технологические процессы
Материал индий-фосфида (InP) обладает высокой скоростью дрейфа электронов в электрическом поле, хорошей теплопроводностью и высокой радиационной стойкостью, что делает его подходящим для изготовления высокочастотных, высокоскоростных и низкопотребляющих микроволновых устройств и схем. В области волоконной связи индий-фосфид является предпочтительным коммуникационным материалом. В частности, полупроводниковые подложки на базе InP с высокой электрической изоляцией широко применяются в оптоэлектронных интегральных схемах (OEIC), транзисторах с высокой подвижностью электронов (HEMT) и гетероструктурных биполярных транзисторах (HBT) [1]. Эти устройства обычно формируются с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии (MBE) или металл-органического химического осаждения (MOCVD) на отполированной поверхности InP. Шероховатость поверхности и целостность кристаллической решетки полировки напрямую влияют на укладку атомов в эпитаксиальном слое, что требует высокой кристаллической целостности и низкой шероховатости поверхности, обычно менее 0,5 нм.

Хотя InP и GaAs относятся к III-V полупроводникам, их свойства существенно различаются. Технологии полировки GaAs хорошо изучены, тогда как исследования InP в основном касаются роста кристаллов и анализа поверхностного состава [2-8], а данные по полировке и очистке крайне ограничены, что указывает на высокий уровень коммерческой секретности в данной области. При использовании аналогичных технологий скорость черновой полировки GaAs достигает 0,7–1,0 мкм/мин с последующим достижением состояния "без очистки", тогда как InP демонстрирует скорость всего 0,10–0,15 мкм/мин с заметными царапинами и менее качественной поверхностью после полировки. Поэтому исследования технологии полировки монокристаллов InP имеют большое значение.

Как правило, InP отполированы с двух сторон, и требуется высокая однородность и качество обеих поверхностей. Для полировки применяются двухсторонние полировальные машины, где спутниковые диски приводят к планетарному вращению подложек между верхним и нижним полировальными дисками, обеспечивая одновременную обработку обеих сторон с высокой геометрической точностью и согласованным качеством поверхностей.

В работе проанализирован механизм полировки InP, проведены эксперименты с использованием серии двухсторонних полировальных машин SPEEDFAM. Сравнительный анализ показал значительное влияние окислителей на скорость полировки. Трехэтапный процесс полировки улучшает качество поверхности, а структура канавок на полировальной ткани существенно влияет на качество верхней поверхности. Благодаря переработанной структуре ткани удалось получить двухсторонние отполированные образцы InP с шероховатостью поверхности менее 0,5 нм.

1. Анализ механизма полировки

Полировка InP — это процесс, сочетающий химическое и механическое воздействие. Во время полировки поверхность реагирует с окислителем в растворе, образуя растворимые соли. Коллоидный диоксид кремния (SiO2) в полировальной жидкости и быстро вращающаяся ткань создают механическое трение, удаляя реакционные продукты и открывая новую поверхность для дальнейшего взаимодействия с раствором. Такой циклический химико-механический процесс устраняет микродефекты и повреждения, обеспечивая высокую локальную плоскостность и минимальную шероховатость поверхности, необходимую для дальнейших технологических операций.

1.1 Влияние механической составляющей

Механическое воздействие обусловлено трением между поверхностью подложки, полировальной тканью и частицами SiO2 в полировальной жидкости. Скорость механического снятия определяется формулой [9], где при постоянной скорости вращения и составе жидкости скорость удаления пропорциональна давлению и твердости ткани и обратно пропорциональна твердости подложки.

Поскольку твердость InP ниже, чем у Si, Ge и GaAs, поверхность InP более подвержена механическим повреждениям и царапинам, поэтому для полировки предпочтительны ткани с меньшей твердостью. Однако для повышения скорости удаления и контроля общего изменения толщины требуется ткань с большей твердостью и меньшей сжимаемостью. Следовательно, для поддержания баланса химико-механического действия необходимо усилить химическую составляющую.

1.2 Влияние химической составляющей

Химический процесс связан с реакцией окислителей в растворе и InP, а также растворимостью продуктов реакции. Скорость реакции зависит от концентрации окислителя и температуры. В отличие от GaAs, InP слабо реагирует с пероксидами и гипохлоритами, что ограничивает скорость полировки и качество поверхности.

1.3 Выбор полировальной жидкости

Поскольку InP реагирует с соляной кислотой, казалось бы, лучше использовать кислые растворы. Однако HCl имеет сильный запах и высокую летучесть, что затрудняет технологию и снижает безопасность. При кислой среде скорость полировки низкая, а стабильность процесса и качество поверхности ухудшаются из-за гелеобразования коллоидного кремнезёма. Поэтому предпочтительна щелочная коллоидная жидкость с использованием более сильных окислителей, например, перхлоратов, что повышает скорость химической реакции и стабильность процесса.

Итоги:

• Применение щелочной коллоидной жидкости с перхлоратами в качестве окислителей позволило увеличить скорость полировки InP с 0,1–0,15 до 0,5–0,6 мкм/мин.

• Трехступенчатая схема полировки (черновая, тонкая и финишная) улучшает качество поверхности.

• Поверхность ткани с дугообразными канавками обеспечивает высокое и однородное качество обеих сторон подложек.

• Получены двухсторонние отполированные монокристаллы InP с шероховатостью менее 0,3 нм.