Проблеми хіміко-динамічного полірування в технології кремнієвих p-i-n фотодіодів
During the preparation of silicon substrates for the manufacture of silicon p-i-n photodiodes, the effect of the presence of chemical-dynamic polishing and the depth of etching on the electrical parameters of the FD was observed. The quality of the polishing operation also affected the optical and p...
Gespeichert in:
| Datum: | 2023 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2023
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/658 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543943876935680 |
|---|---|
| author | Kukurudziak, M. S. |
| author_facet | Kukurudziak, M. S. |
| author_sort | Kukurudziak, M. S. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2023-03-05T11:04:31Z |
| description | During the preparation of silicon substrates for the manufacture of silicon p-i-n photodiodes, the effect of the presence of chemical-dynamic polishing and the depth of etching on the electrical parameters of the FD was observed. The quality of the polishing operation also affected the optical and photoelectric parameters of the samples. These effects required detailed study. The article investigates defect formation during the operation of chemical-dynamic polishing in the technology of silicon p-i-n FDs and determines the optimal modes of polishing the front and back sides of the substrates. The composition of the etching mixture was HNO3:HF:CH3COOH = 9:2:4.CDP has a significant effect on dark currents. This operation should be performed before heat treatments and before diffusion in the reverse direction to obtain minimum values of the dark current. The optimal polishing depth of the front side of the substrate is 20–25 microns (if we take into account the etching of the reverse side – 35–40 microns in total), the reverse side before boron diffusion – 10–15 microns.The main factors that affect the appearance of defects during polishing have been elucidated. Thus, when the concentration of the components of the polisher medicine for the СDP changes significantly, its properties change significantly – the polisher can become selective, since its composition is similar to the selective polisher of Dash. In order to avoid this, it is necessary to carry out incoming control of component acids. If there are inclusions of another phase in the volume of ingots and, accordingly, on the surface of the substrates, clusters of point microdefects of different sizes, or defects acquired in the process of mechanical processing, there is unevenness of etching and violation of planar parallelism. At a high speed of rotation of the tank with the polisher, the depleted layer of the solution may not have time to form near the surface of the substrates or be “broken off” from the surface by the flow of liquid, which leads to selective etching of the plates. This effect can be manifested in the so-called texturing of substrates, which increases the level of dark current and reduces sensitivity. In the case of the reverse side of the СDP, before boron diffusion, the front side is protected with a chemically resistant varnish. If the thickness of the varnish is insufficient, the formation of punctures in the protective layer is possible. In this case, during the polishing operation, the herbaceous material flows under the varnish layer and the brightening or masking oxide is etched. To prevent the described phenomena, we recommend applying two layers of varnish with intermediate drying. Before the end of the polishing process, it is inadmissible to remove the plates from the container with the herbal agent, because drops of the herbal agent remain on the surface of the substrates. In places where there are drops, a violent reaction begins with the release of nitric acid vapors and strong heating. As a result of this reaction, the plates are strongly etched and spots, depressions-craters and black coating of silicon oxide are formed on their surface. In the event of the appearance of the described damaged surface and the unsuitability of the substrates for further technological operations, it is necessary to remove the surface layers by mechanical methods and again to perform the СDP. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:34:46Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-658 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-17T12:08:29Z |
| publishDate | 2023 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-6582023-03-05T11:04:31Z Problems of chemical-dynamic polishing in the technology of silicon p-i-n photodiodes Проблеми хіміко-динамічного полірування в технології кремнієвих p-i-n фотодіодів Kukurudziak, M. S. silicon photodiode chemical dynamic polishing dislocation кремній фотодіод хіміко-динамічне полірування дислокація During the preparation of silicon substrates for the manufacture of silicon p-i-n photodiodes, the effect of the presence of chemical-dynamic polishing and the depth of etching on the electrical parameters of the FD was observed. The quality of the polishing operation also affected the optical and photoelectric parameters of the samples. These effects required detailed study. The article investigates defect formation during the operation of chemical-dynamic polishing in the technology of silicon p-i-n FDs and determines the optimal modes of polishing the front and back sides of the substrates. The composition of the etching mixture was HNO3:HF:CH3COOH = 9:2:4.CDP has a significant effect on dark currents. This operation should be performed before heat treatments and before diffusion in the reverse direction to obtain minimum values of the dark current. The optimal polishing depth of the front side of the substrate is 20–25 microns (if we take into account the etching of the reverse side – 35–40 microns in total), the reverse side before boron diffusion – 10–15 microns.The main factors that affect the appearance of defects during polishing have been elucidated. Thus, when the concentration of the components of the polisher medicine for the СDP changes significantly, its properties change significantly – the polisher can become selective, since its composition is similar to the selective polisher of Dash. In order to avoid this, it is necessary to carry out incoming control of component acids. If there are inclusions of another phase in the volume of ingots and, accordingly, on the surface of the substrates, clusters of point microdefects of different sizes, or defects acquired in the process of mechanical processing, there is unevenness of etching and violation of planar parallelism. At a high speed of rotation of the tank with the polisher, the depleted layer of the solution may not have time to form near the surface of the substrates or be “broken off” from the surface by the flow of liquid, which leads to selective etching of the plates. This effect can be manifested in the so-called texturing of substrates, which increases the level of dark current and reduces sensitivity. In the case of the reverse side of the СDP, before boron diffusion, the front side is protected with a chemically resistant varnish. If the thickness of the varnish is insufficient, the formation of punctures in the protective layer is possible. In this case, during the polishing operation, the herbaceous material flows under the varnish layer and the brightening or masking oxide is etched. To prevent the described phenomena, we recommend applying two layers of varnish with intermediate drying. Before the end of the polishing process, it is inadmissible to remove the plates from the container with the herbal agent, because drops of the herbal agent remain on the surface of the substrates. In places where there are drops, a violent reaction begins with the release of nitric acid vapors and strong heating. As a result of this reaction, the plates are strongly etched and spots, depressions-craters and black coating of silicon oxide are formed on their surface. In the event of the appearance of the described damaged surface and the unsuitability of the substrates for further technological operations, it is necessary to remove the surface layers by mechanical methods and again to perform the СDP. 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. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2023-02-25 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/658 10.15407/hftp14.01.042 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 14 No. 1 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 42-52 Химия, физика и технология поверхности; Том 14 № 1 (2023): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 42-52 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 14 № 1 (2023): Хімія, фізика та технологія поверхні; 42-52 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp14.01 uk https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/658/672 Copyright (c) 2023 M. S. Kukurudziak |
| spellingShingle | кремній фотодіод хіміко-динамічне полірування дислокація Kukurudziak, M. S. Проблеми хіміко-динамічного полірування в технології кремнієвих p-i-n фотодіодів |
| title | Проблеми хіміко-динамічного полірування в технології кремнієвих p-i-n фотодіодів |
| title_alt | Problems of chemical-dynamic polishing in the technology of silicon p-i-n photodiodes |
| title_full | Проблеми хіміко-динамічного полірування в технології кремнієвих p-i-n фотодіодів |
| title_fullStr | Проблеми хіміко-динамічного полірування в технології кремнієвих p-i-n фотодіодів |
| title_full_unstemmed | Проблеми хіміко-динамічного полірування в технології кремнієвих p-i-n фотодіодів |
| title_short | Проблеми хіміко-динамічного полірування в технології кремнієвих p-i-n фотодіодів |
| title_sort | проблеми хіміко-динамічного полірування в технології кремнієвих p-i-n фотодіодів |
| topic | кремній фотодіод хіміко-динамічне полірування дислокація |
| topic_facet | silicon photodiode chemical dynamic polishing dislocation кремній фотодіод хіміко-динамічне полірування дислокація |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/658 |
| work_keys_str_mv | AT kukurudziakms problemsofchemicaldynamicpolishinginthetechnologyofsiliconpinphotodiodes AT kukurudziakms problemihímíkodinamíčnogopolíruvannâvtehnologííkremníêvihpinfotodíodív |