Проблеми хіміко-динамічного полірування в технології кремнієвих p-i-n фотодіодів

Анотація

При підготовці підкладок кремнію для виготовлення кремнієвих p-i-n фотодіодів (ФД) виявлено вплив наявності хімічко-динамічного полірування (ХДП) та глибини травлення на електричні параметри ФД. Якість операції полірування в даному випадку впливала і на оптичні та фотоелектричні параметри зразків. Вказані ефекти потребували детального вивчення. В статті досліджено дефектоутворення під час операції хіміко-динамічного полірування в технології кремнієвих p-i-n ФД та втановлено оптимальні режими полірування лицевої та зворотної сторін підкладок. Розчин травника складався із суміші HNO₃:HF:CH₃COOH = 9:2:4.

ХДП суттєво впливає на темнові струми, та для отримання мінімальних значень темнового струму варто виконувати дану операцію і перед термічними обробками і перед дифузією в протилежний бік. Оптимальною глибиною травлення лицевої сторони підкладки при ХДП є 20–25 мкм (якщо враховувати травлення і зворотної сторони – 35–40 мкм сумарно), зворотної сторони перед дифузією бора – 10–15 мкм.

Встановлено основні фактори, які впливають на появу дефектів під час полірування. Так, при зміні концетрації компонентів травника для ХДП суттєво змінюються його властивості – травник може стати селективним, оскільки його склад схожий із селективним травником Деша. Для уникнення вказаного варто проводити вхідий контроль кислот-складників. При наявності в об’ємі зливків, а відповідно і на поверхні підкладок включень іншої фази, скупчень точкових мікродефектів різного розміру, чи набутих дефектів в процесі механічної обробки, спостерігається нерівномірність травлення та порушення плоскопаралельності. При високій швидкості обертання резервуара з травником, збіднений шар розчину може не встигати утворюватися біля поверхні підкладок або «зриватися» з поверхні потоком рідини, що призводить до селективного підтравлювання пластин. Даний ефект може проявлятися в т. зв. текстуруванні підкладок, що збільшує рівень темнового струму та знижує чутливість. У випадку ХДП зворотної сторони  перед дифузією бору, лицеву сторону захищають хімічно стійким лаком. При недостатній товщині лаку, можливе утворення проколів в захисному шарі. В такому випадку під час операції полірування відбувається затікання травника під шар лаку та розтравлення просвітлюючого чи маскуючого оксиду. Для запобігання описаного рекомендуємо  наносити два шари лаку із проміжною сушкою. Перед закінченням полірування неприйнятно виймати пластини із резервуару з травником, оскільки на поверхні пластин залишаються краплі травника. В місцях наявності крапель починається реакція з виділенням парів азотної кислоти і сильним розігрівом. Внаслідок описаної реакції підкладки сильно розтравлюються і на їхній поверхні утворюються плями, заглиблення-кратери та чорний наліт оксиду кремнію. При появі описаної порушеної  поверхні та не придатності підкладок до подальших технологічних операцій варто проводити зняття поверхневих шарів механічними методами та знову ХДП.