硅片的腐蚀

实验三 硅片的腐蚀一、实验目的1．掌握 Si 单晶片的位错侵蚀方法和位错密度的计算方法2．了解腐蚀 Si 单晶位错原理 ,正确使用金相显微镜 , 二、实验原理位错是晶体的线缺陷，它标志着晶体结构的完整程度，它对半导体材料的电学性能有很大影响，通常制造器件要求位错密度要低，或是无位错晶体，而且还要求晶体位错分布均匀，位错高低直接影响晶体做器件的质量。测量单位体积内位错的方法有 X 射线法，电子显微镜法和铜缀饰红外投射法等，但这些方法设备昂贵，工艺复杂，所以生产上很少采用。目前生产上广泛使用的是腐蚀金相法（腐蚀坑法） 。它是将样品进行化学腐蚀，然后用金相显微镜测定样品表面上出现的腐蚀坑数目。因为每一腐蚀坑代表与被测表面相交的一条位错线的露头处，所以位错密度是指单位被测表面积上相交的位错线（坑）的个数。ND= Sn （ 1）ND 为位错密度，单位个数 /厘米 2 ， n 是位错线的（坑）的个数， S 是面积。为什么在晶体表面位错露头的地方，经化学腐蚀后会出现腐蚀坑呢？这是因为在位错线的地方，原子排列不规则，存在差应力场，使该处的原子具有较高的能量和较大的应力，当我们用某种化学腐蚀剂腐蚀晶体时，有位错处的腐蚀速度大于完整晶体的腐蚀速度，这样经过一定时间腐蚀后，就会在位错线和样品表面的相交处显示出凹的蚀坑，由于晶体具有各向异性，因此在不同的结晶面腐蚀速度不同，在不同晶面上其蚀坑形状亦不同。如图 1 所示，在（ 111 ）面上经腐蚀出现正三角形腐蚀坑，在（ 100 ）面上出现正四边形腐蚀坑，在（ 110）面上为矩形腐蚀坑。图 2.1－ 1 位错蚀坑的形状用金相显微镜观测位错密度是一种近似的方法，因为位错在晶体中的分布是不规则的，有些位错并不一定在被观测的面形成蚀坑，有些位错非常临近，几个临近的位错只形成一个蚀坑，所以蚀坑与位错并不是一 一对应的，它只能近似地反应出晶体中的位错密度大小。三、实验仪器和化学药品金相显微镜、天平、塑料烧杯、镊子、量桶、硝酸、氢氟酸，自配铬酸溶液、乙醇等。四、实验步骤1．位错腐蚀前准备工作在显示位错之前，应将晶体表面用金刚砂研磨，研磨后的表面应进行化学抛光，以便除去由机械研磨形成的表面破坏层对位错显示的严重影响， Si 用单晶用 HF： HNO3 ＝ 1： 3（体积比） ，腐蚀时间 2-3mins 2．腐蚀位错称取 5gCrO3 溶于 10ml 水中，制成铬酸溶液，按 HF：铬酸溶液＝ 1： 1的配比，配制成腐蚀液， HF 和铬酸各取 10ml 倒入塑料烧杯中，然后将样品放入，在温室腐蚀 10－ 30mins （ 10mins 可观察层错， 20mins 可观察位错）腐蚀过程中要求样品不能露出水面，腐蚀完用大量水冲至中性，用乙醇脱水，烘干待用，在化学腐蚀操作时，要牢记操作要点，即要两准一快，配比要准，时间要准，脱酸要快。3．错密度观测与计算(1) 视场面积测定将每格为 0.0 1mm 精度的标准计量板放在显微镜的载物台上，从显微镜中测出视场面积的直径 D，然根据公式（ 2）计算出视场面积 S S = π r2 = 41 π D2 （ 2）(2) 位错密度观测将样品放在显微镜的载舞台上，观测 5 个视场，然后对每个视场所观测到的位错数目取其平均值。(3) 计标位错密度位错密度＝ 视场面积视场个数各视场内位错的总数ND＝ Snnnnn554321 （ 3）五、实验报告要求1．实验目的；2．简述位错腐蚀原理及位错显示、观察的过程；3．按所观察到的位借蚀坑形貌、分布绘出示意图，判断观察面是何晶面，确定位错密度。4．总结实验中存在的问题。