Пластины арсенида галлия GaAs. Технология изготовления.

 

 

 

Некоторые операции изготовления пластин GaAs.

 Лазерная маркировка пластин GaAs.

 

Маркировка пластин GaAs (общепринятая)

В обозначении марки GaAs указывают вид материала (АГ – арсенид галлия), способ получения (Ч – по методу Чохральского, Н – методом направленной кристаллизации), вид легирующей примеси (Ц – цинк, О – олово, Т – теллур, К – кремний, (s-i) – нелегированный GaAs(полуизолятор). К буквенному обозначению добавляют две цифры, из которых первая означает величину концентрации основных носителей заряда, вторая – показатель десятичного порядка этой величины. Например, АГЧЦ – 21-19 (арсенид галлия, полученный методом Чохральского, легирован цинком, марки 2, концентрация основных носителей заряда 1 ⋅ 10¹⁹ см^–3.

В обозначениях марки пластин GaAs дополнительно указываются: номинальный размер пластины в дюймах или миллиметрах, номинальная толщина пластины в микрометрах, кристаллографическая ориентация основной плоскости пластины и разориентация основной плоскости пластины на угол Y в направлении другой плоскости, наличие основного и дополнительного базового срезов в соответствии со стандартами, наличие фаски, тип обработки поверхностей пластин (односторонняя или двусторонняя полировка или шлифовано-травленная пластина).

Примеры обозначения пластин GaAs:

GaAs(Te)-50.8-400-(100)-US-P/E – 50.8 мм – номинальный диаметр, 400 мкм – номинальная толщина, (100) – ориентация плоскости пластин,
US – наличие основного и дополнительного базовых срезов в соответствии со стандартами SEMI US, P/E – односторонняя полировка;

АГЧK-50.8-450-(111)-EJ-ОСП – GaAs(Si) – марка монокристаллического арсенида галлия, 50.8 мм – номинальный диаметр, 450 мкм - номинальная толщина, (111) – ориентация плоскости пластин, EJ – наличие основного и дополнительного базовых срезов в соответствии со стандартами SEMI EJ, ОСП – односторонняя полировка;

АГЧЦ-39.5-400-(100)20′(110)-OF(110)12-IF(90⁰CW)8-ОСП – GaAs(Zn) – марка монокристаллического арсенида галлия, 39.5 мм– номинальный диаметр, 400 мкм – номинальная толщина, (100) – ориентация плоскости пластин, 20′(110) – угол разориентации пластин от основной плоскости в направлении плоскости (110) (′ - в минутах), OF(110)12 – основной базовый срез в плоскости (110), длина 12мм, IF(90⁰CW)8- дополнительный срез длиной 8 мм повернут в плоскости пластины на 90 град. по (CW) часовой стрелки, ОСП – односторонняя полировка;

АГЧТ-40,0-320-(100)3(0-1-1)-EJ-ДСП – GaAs(Te) – марка монокристаллического арсенида галлия, 40.0 мм– номинальный диаметр , 320 мкм - номинальная толщина, (100) – ориентация плоскости пластин, 3⁰(011) – угол разориентации пластин от основной плоскости в направлении плоскости (011) (⁰ - в градусах), EJ – наличие основного и дополнительного базовых срезов в соответствии со стандартами SEMI EJ , ДСП – двусторонняя полировка;

АГЧП-15*20-350-(100)-БФ-ОСП - GaAs(s-i), 15*20 мм – номинальный размер прямоугольной формы, 350 мкм – номинальная толщина, (100) – ориентация плоскости пластин, БФ – без фаски, ОСП – односторонняя полировка;

GaAs(Si)-2ʺ-400-(111)-US-P/P – 2 дюйма– номинальный диаметр , 400 мкм - номинальная толщина, (111) – ориентация плоскости пластин, US – наличие основного и дополнительного базовых срезов в соответствии со стандартами SEMI US, P/P – двусторонняя полировка.

Контроль ориентации подложки GaAs

Спецификация на подложку содержит следующие данные об ориентации среза:

•          стандарт обозначений - EJ (Europe/Japan) или US. «EJ» маркировка соответствует расположению для лицевой стороны подложки дополнительного среза по часовой стрелке относительно базового, «US» – против часовой стрелки.
•          ближайшая к поверхности среза кристаллографическая плоскость, например, (100);
•          отклонение среза от этой плоскости, например, 2^о ±0.5^о;
•          направление отклонения - задается индексами ближайшей кристаллографической плоскости, к которой отклонен срез и дублировано «углом ориентации» α, который отсчитывается от нормали к основному боковому срезу (OF, orientation flat, он же primary flat, т.е. первичный срез) до проекции вектора нормали к срезу на поверхность среза (по ч.с.), см. рис. 1.

Это относится к лицевой стороне пластины, которая идентифицируется по положению «вторичного», дополнительного среза IF относительно первичного, α=90^о на рис. 1. IF отличается от OF меньшими размерами. В кристалле эти срезы не эквивалентны, см. обсуждение ниже и Табл. 1.

Пример спецификации:

(100)2^o off. Toward, <110> ±0.5^о. Orientation angle 45^o. EJ-option.

Без указания угла α возможна неоднозначность в понимании записи Toward, <110> -имеется ли в виду «ближайшая» или «боковая» плоскость, см. ниже.

На стереографической проекции выхода нормалей к плоскостям кристалла GaAs нормаль к срезу (n), изготовленного по такой спецификации, должна выглядеть следующим образом (лицевая сторона, EJ маркировка):

Рис. 1. Стереографическая проекция выхода нормалей к плоскостям кристалла GaAs и нормаль к срезу (n), изготовленного по спецификации (100)2^o off. Toward, <110> ±0.5^о. Orientation angle 45^o. EJ-option.

При выполнении контроля ориентации мы имеем дело с готовой пластиной среза, на которой нанесены боковые первичный и вторичный срезы. Кристаллографическая плоскость (100) отклонена от поверхности пластины. Вид пластины, соответствующей рис. 1, показан на рис. 2.

В рентгеновском дифрактометре пластина устанавливается на держатель своей плоской поверхностью, с помощью поворотов находится дифракционное отражение от кристаллографической плоскости (400). При этом фиксируется угол отклонения Δ и угол в плоскости φ, который отличается от α на 180^о, если отсчет ведется от первичного среза по часовой стрелке. Рентгеновским методом проверить правильность нанесения самих срезов (различить между собой OF и IF) не удается, поскольку интенсивности отражений от (111)А и (111)В слишком мало различаются. Изготовитель слитков GaAs или производитель подложек (перед резкой слитка на пластины) должен делать это по форме ямок травления на торце слитка и наносить срезы OF и IF.

Рис. 2. Схематический вид пластины со срезами и направлениями нормалей к поверхности, (n), и кристаллографической плоскости (100).

При анализе вариантов ориентации среза следует учитывать симметрию кристалла, которая делает эквивалентными некоторые варианты. В частности, симметрично эквивалентными для кристалла со структурой цинковой обманки являются срезы: (100), (010), (001), (-100), (0-10) и (00-1). На срезе (100) эквивалентны по свойствам срезы, отклоненные в направлениях к противоположным боковым плоскостям (011) и (0-1-1). Если указываются не боковые, а «ближайшие» плоскости, к которым отклонен срез, то для этого случая это будут (111) и (1-1-1), соответственно, см. рис. 1. Действительно, (100) + (011) = (111). Наглядное изображение кубической формы кристалла и соответствующих плоскостей приведены на рис. 3 для варианта EJ маркировки. Там же показано расположение срезов относительно атомных плоскостей, вводится определение ориентационного угла α.

Рис. 3. Представление кубической формы кристалла A3B5. Помечены основные плоскости, положения базового и дополнительного срезов (EJ-маркировка), введено определение ориентационного угла α.

Эквивалентны между собой и срезы, отклоненные к боковым (0-11) и (01-1), т.е. к ближайшим (1-11) и (11-1).

Между собой эти две группы срезов не эквивалентны, хотя в кристалле боковые плоскости (011) и (0-11) связаны осью симметрии 2_z. Это связано с тем, что на пластине (100) ближайшие плоскости не эквивалентны: (111) это Ga - поверхность, плоскость (111)А, а (1-11) - это As- поверхность, обозначаемая плоскость (111)В в кристаллах А³В⁵. (111)А это плоскость «без минусов» (111), или «с двумя минусами», например (1-1-1). (111В) это плоскость с тремя минусами (-1-1-1) или с одним минусом, например (1-11).

При отклонениях среза (на одинаковые углы) к боковым плоскостям (010), (001), (0-10) и (00-1) все 4 среза эквивалентны, поскольку и боковые и ближайшие плоскости, а это (110), (101), (1-10) и (10-1), в кристалле симметрично эквивалентны.

Сводная таблица для среза по (100) с разделением на эквивалентные и с указанием боковых и ближайших плоскостей, а также углов α, приведена на рис. 3. Аналогичные данные для US-маркировки (дополнительный срез IF расположен по направлению против часовой стрелки от базового OF) приведены на рис. 4.

Рис. 4. Представление кубической формы кристалла A3B5. Помечены основные плоскости, положения базового и дополнительного срезов (US-маркировка), введено определение ориентационного угла α.

Толщина пластин - в диапазоне 300-600 мкм является компромиссом между требованиями к жесткости и прочности подложки и стоимостью монокристаллического арсенида галлия. 

Толщина пластины обычно измеряется в ее центре. При выполнении серии измерений в нескольких точках можно определить общее изменение толщины  пластины  (Total Thickness Variation - TTV), которое равно разнице между максимальным (t_max) и минимальным (t_min) значениями измеренной толщины:

TTV = t_max – t_min

Для описания отклонений формы пластин используется ряд параметров (табл.).

Деформации пластины в свободном состоянии – прогиб и  коробление - определяются как исходным качеством изготовления пластины, так и воздействием на нее высокотемпературных операций нанесения функциональных слоев и легирования.

В отличие от прогиба (Bow), измеряемого только в центре пластины, коробление (Warp)  оценивает деформации всей срединной поверхности и учитывает максимальные (RPDmax - Reference Plane Deviation) и минимальные (RPDmin)отклонения срединной поверхности вверх и вниз от базовой плоскости:

Warp = RPDmax – RPDmin

Таблица                                                              Параметры деформации  пластин

Важнейшим параметром пластин является плоскостность. При этом учитывается, что во время выполнения прецизионных операций микротехнологии пластина обычно крепится на вакуумном подложкодержателе. Ее обратная сторона плотно прижимается к плоской опорной поверхности держателя, также становясь максимально плоской. 

Для оценки плоскостности используются параметры (таблица):

· уже упомянутое ранее общее изменение толщины  пластины  TTV,  поскольку при прилегании обратной стороны пластины к плоскому держателю, разница между максимальным (t_max) и минимальным (t_min) значениями измеренной толщины пластины характеризует ее неплоскостность

· полное измеренное показание (Total Indicated Reading, TIR)  - максимальные отклонения поверхности пластины вверх и вниз от базовой плоскости. Чаще всего  в качестве базовой используется фокальная плоскость, поэтому этот параметр имеет эквивалентное название  отклонение фокальной плоскости (Focal Plane Deviation, FPD). 

Базовая плоскость проводится через выступы и впадины на поверхности пластины на основе регрессионного анализа измеренных значений. Выявляющийся при этом угол наклона верхней плоскости относительно нижней (опорной), может быть устранен в установке совмещения и экспонирования поворотом плоскости подложкодержателя на требуемое значение.

                 Отметим, что значения неплоскостности определяются как для всей поверхности пластины (Global Flatness), так и для отдельных участков (Site Flatness).

                 Для уменьшения микросколов,  внутренних напряжений и утолщений функциональных слоев на кромке пластины профильным шлифованием формируется фаска.  Контур фаски в соответствии со стандартом SEMI M73 может быть полукруглой формы или иметь более сложную форму (рис. ).

Рис.Конфигурация и параметры фаски на кремневой пластине

В последнем случае контур включает скосы под углом f  к поверхностям пластины, плечи, образованные окружностями с радиусом r,  и вершину. 

 

• Назад
• Вперёд