Одним из необходимых условий получения химически полированной поверхности полупроводниковых подложек является полное удаление нарушенного слоя после предшествующих механических обработок. Чем больше глубина нарушенной структуры, тем более толстый слой материала необходимо удалить при ХДП. Финишная стадия механической обработки должна обеспечивать определенную высоту неровностей поверхности перед ее ХДП. В технологическом цикле механической обработки подложек на последующих операциях должны строго выдерживаться режимы съема по толщине с целью удаления всех нарушений предыдущей обработки. Иначе при ХДП следы не удаленных неровностей и нарушений предшествующих стадий будут обнаруживаться в виде рисок, царапин, многочисленных выколок, алмазного фона и т. д. Существенное влияние на состояние поверхности подложек перед химическим полированием оказывает качество их финишной очистки после операций механической или химико-механической полировки-необходимо сразу же удалить поверхностные загрязнения во избежание их «старения» (полимеризации, необратимой адсорбции ц т. п.). Остатки полировальных паст и суспензий в сильной мер влияют на эффективность ХДП. Недопустимы также остатки органических и неорганических загрязнении на рабочей и нерабочих сторонах подложки перед ХДП, так как они ухудшают смачиваемость подложки травителем при полировании, снижают химическую активность поверхности полупроводника и травителя.
Большое значение при ХДП подложек имеют глубина и скорость химического полирования.
Если химическим полированием удалить слон с подложки полупроводника, соответствующий только толщине нарушенной структуры, и на этом прекратить обработку, то может получиться поверхность неудовлетворительного качества. Нарушенный слой, имеющий четко очерченных границ каждой зоны, не может закончиться сразу же полностью упорядоченной (совершенной моно. кристаллической) структурой. Такая структура появляется постепенно, переходя от беспорядочной к более упорядоченной и далее к совершенной. Любая химическая реакция происходит во времени; для того чтобы происходил процесс сглаживания неровностей, необходим стационарный режим его протекания. Практически при химическом полировании подложек полупроводника с нарушенной структурой скорость полирования не может быть сразу стационарной (из-за поверхностных и глубинных нарушений), и процесс сглаживания неровностей протекает первоначально неоднородно и с малой скоростью. В основном идет неконтролируемая реакция удаления нарушенных участков поверхности. После удаления всех или большинства нарушений на поверхности остаются неровности, которые необходимо сгладить до определенного допустимого размера. К этому моменту скорость химической реакции приближается к стационарной, т. е. процесс удаления атомов решетки кристалла полупроводника упорядочивается. Механизм сглаживания неровностей основан на растворении выступов с большей скоростью, чем впадин, при этом наряду с уменьшением по высоте выступов глубина ямок (впадин) также уменьшается, хотя н с меньшей скоростью, чем высота выступов; тем самым происходит общее уменьшение толщины полируемого материала и выравнивание микро-профиля.
По истечении некоторого времени, определяемого временем удаления слоя определенной толщины А, наступает момент, когда разница между высотой выступов и глубиной впадин становится ничтожно малой. Следовательно, для сглаживания неровностей необходимо не только удалить нарушенную структуру полупроводника, но и снять еще некоторый дополнительный слой материала, чтобы сгладить остаточную шероховатость подложки до требуемой величины. Экспериментально установлено, процесс сглаживания поверхности полностью заканчивается 0,025 мкм и структура кристалла становится моно-кристаллической если снять общин слон полупроводника, в 2—3 раза превышающей величину нарушенного слоя. Практически требуемую глубину химического полирования определяют то методу ступеньки, последовательно стравливая с подложки в заданном режиме и составе полирующего травителя слои разной глубины. Определяя качество поверхности на ступеньках травления визуально, с помощью металлографического и интерференционного микроскопов, а также другими методами, можно найти необходимую глубину полирования для данной партии подложек.
С глубиной тесно связана скорость химического полирования. Практика химического травления показывает, что ХДП подложек полупроводниковых материалов нежелательно проводить со скоростью больше 15 мкм/мин. При большой скорости растворения полупроводника происходит значительное выделение теплоты реакции, что приводит к повышению температуры процесса, локальному разогреву образца й неконтролируемому ускорению реакции; нарушается стационарный режим травления. При повышенных скоростях травления также часто выделяется большое количество газообразных продуктов реакции. Последние вызывают повышенную турбулентность потока жидкости в гидродинамическом и диффузионном пограничных слоях, что отрицательно сказывается на сглаживании рельефа. Кроме того, газовые пузырьки экранируют микро-участки поверхности и создают неоднородные условия для протекания реакции на поверхности. При больших скоростях травления возрастает погрешность в глубине травления и понижается точность полирования в размер.
Использование травителя с медленной скоростью травления (менее 1 мкм/мин) затягивает процесс сглаживания неровностей (в силу замедленности диффузионных процессов), увеличивает время нахождения пластин в жидкой агрессивной среде, снижает производительность и эффективность обработки.
Оптимальными скоростями ХДП полупроводниковых подложек являются скорости 2—15 мкм/мин. При этом надо иметь в виду что требуемая скорость полирования в указанном диапазоне скоростей определяется исходным состоянием предварительно обработанной поверхности подложек. Для грубо обработанных поверхностей со средней высотой неровностей около 2—5 мкм целесообразно применять составы травителей с большей скоростью травления для подложек с более тонкой обработкой, имеющих среднюю высоту неровностей около 0,14-0,2 мкм, лучше применять травители с меньшей скоростью полирования. Полезным технологическим приемом является сочетание процессов травления в составах с разной скоростью реакции. Первоначально для предварительного сглаживания больших неровностей применяется травитель с повышенной скоростью, а для завершения процесса химического полирования — травитель с меньшей скоростью травления. В табл. 2.1 приведены рекомендуемые значения глубины и скорости ХДП поверхности подложек кремния после различной механической обработки для получения высококачественной поверхности подложек.