УСТРОЙСТВО ХИМИКО-ДИНАМИЧЕСКОГО ТРАВЛЕНИЯ ГЕРМАНИЕВЫХ ПОДЛОЖЕК
DEVICE FOR CHEMICAL-DYNAMICAL ETCHING OF GERMANIUM SUBSTRATES

Изобретение относится к электротехническому оборудованию и может быть использовано для химико-динамического утонения германиевых подложек.
Известно устройство (аналог) химико-динамического травления пластин кремния, германия (см. «Физико-химические методы обработки поверхности полупроводников» под редакцией Б.Д.Луфт, изд-во «Радио и связь», 1982 г.), представляющее собой цилиндрический реакционный сосуд из фторопласта, поставленный на ось электромотора, угол наклона которого можно изменять от 0 до 90°. Частота вращения реакционного сосуда регулируется от 0 до 200 об/мин. Утоняемая пластина наклеивается на круглый фторопластовый диск с помощью химически стойкого лака или оптической смолы. В процессе травления пластина вращается вокруг своей оси. Устройство позволяет обрабатывать один образец.
Недостаток устройства - низкая производительность, кроме того, вблизи края пластина стравливается больше, чем в центре (эффект «чечевицы»), в результате чего снижается ее механическая прочность.
Признаки вышеуказанного аналога, общие с предлагаемым устройством, следующие: наличие реакционного сосуда, приводимого в движение электродвигателем.
Известно устройство для перемешивания растворов типа LS 220(см. Руководство по эксплуатации, паспорт ЗАО «Лабораторное оборудование и приборы», г.Санкт-Петербург, info@loip.ru, 2010 г.),принятое за прототип, в котором платформа с расположенными на ней реакционными сосудами совершает орбитальное вращательное движение с заданной амплитудой в горизонтальной плоскости. При этом все участки платформы движутся по одной траектории. Диапазон частоты вращения от 0 до 400 об/мин. Платформа приводится в движение асинхронным электродвигателем с внешним ротором.
Недостаток устройства-прототипа заключается в том, что применение его ограничено областью перемешивания растворов.
Признаки прототипа, общие с предлагаемым устройством, следующие: наличие платформы с реакционными сосудами, совершающей орбитальное движение в горизонтальной плоскости.
Технический результат, достигаемый в предлагаемом устройстве химико-динамического травления германиевых подложек, заключается в повышении производительности и упрощении конструкции.
Отличительные признаки предлагаемого устройства химико-динамического травления германиевых подложек, обуславливающие его соответствие критерию «новизна», следующие: выполнение платформы с реакционными сосудами в виде короба и снабжение ее цилиндрическими ванночками, на дно которых установлены диски вкладышей, на которых, в свою очередь, горизонтально расположены пластины подложкой вверх, при этом крышки-втулки ванночек выполнены с возможностью ограничения толщины слоя травителя на поверхности пластин, а дно ванночек выполнено с возможностью его охлаждения проточной водой.
Для обоснования соответствия предлагаемого устройства критерию «изобретательский уровень» был проведен анализ известных решений по литературным источникам, в результате которого не обнаружено технических решений, содержащих совокупность известных и отличительных признаков предлагаемого устройства, дающих вышеуказанный технический результат. Поэтому, по мнению авторов, предлагаемое устройство химико-динамического травления германиевых подложек соответствует критерию «изобретательский уровень».
Устройство химико-динамического травления германиевых подложек представлено на фиг.1-3.
На фиг.1 - вид ванночки в сборе с пластиной, вкладышем и крышкой-втулкой, на фиг.2 - вид платформы устройства химико-динамического травления германиевых подложек, на фиг.3 - вид пластины с вкладышем.
Предлагаемое устройство химико-динамического травления германиевых подложек применено, в качестве примера, в технологии изготовления фотопреобразователей. Используют германиевые подложки диаметром 100 мм, толщиной 145 мкм с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры. На стороне подложки с эпитаксиальными слоями создают фоторезистивную маску с рисунком лицевых контактов фотопреобразователя и диода, локально вытравливают площадки под диод, напылением и «взрывом» фоторезистивной маски создают лицевую металлизацию, выполняют меза-изоляцию активных областей фотопреобразователя и диода. Формируют защитное покрытие с использованием фоторезиста ФП 2550.
2
2
2
В цилиндрические ванночки 1(с внутренним диаметром 105 мм), в которые установлены вкладыши 2 с плоским диском, заливают раствор травителя 3 состава HF÷HО÷НО=1÷1÷4 объемом 25 мл. Пластины 4 укладывают в ванночки 1 германиевой подложкой вверх. Устанавливают на борт каждой ванночки 1 крышку-втулку 5, нижняя профилированная сторона которой задает толщину слоя травителя 3 над поверхностью пластины 4 в процессе травления. Ванночки в количестве 8 шт. с пластинами 4 располагаются на горизонтальной платформе 7 в виде короба, при этом дно ванночек 1 омывается проточной водой с температурой ~25°С для обеспечения теплоотвода. Контур водяного охлаждения может быть дополнен блоком термостатирования.
Включают устройство химико-динамического травления посредством блока управления 8, при этом платформа 7 с ванночками 1 совершает орбитальное движение в горизонтальной плоскости с амплитудой ~5 мм, частотой 200 об/мин.
В процессе движения платформы 7 раствор в ванночках 1 вращается по кругу. Нижняя сторона крышки-втулки 5 ограничивает толщину слоя травителя 3 над поверхностью пластины 4. Чем меньше толщина слоя и скорость течения травителя 3 над поверхностью пластины 4, тем меньше скорость травления в этой области, таким образом задавая определенную конфигурацию нижней стороны крышки-втулки - 5, а следовательно, профиль слоя травителя 3, выравнивают скорости травления центрального и периферийных участков пластины 4.
ср
2
3
Скорость травления подложки германия составляет .=2 мкм/мин. По окончании первого цикла травления t=15 мин (толщина стравливаемого слоя 30 мкм) платформу 7 останавливают, израсходованный травитель 3 выливают, затем без промывки водой в ванночки 1 наливают свежую порцию раствора травителя, включают установку. По окончании второго цикла травления t=15 мин платформу 7 останавливают, заполняют ванночки 1 деионизованной водой (для торможения процесса травления), затем поочередно промывают и извлекают утоненные пластины 4 с помощью вкладышей 2. Необходимость вкладышей 2 обусловлена прилипанием утоненной пластины 4 к плоскому дну ванночки 1.Толщина германиевой подложки после утонения составляет 70÷80 мкм. В отсутствие теплоотвода от поверхности дна ванночки 1 температура травителя 3 достигает ~60°С, что приводит к деградации защитных свойств фоторезистивного покрытия на лицевой стороне пластины 4. Далее удаляют фоторезист в диметилформамиде. Напыляют слои тыльной металлизации Cr/Au/Ag/Au толщиной 6 мкм на установке ВАК 641. Вжигают контакты при температуре 335°С, t=10 ceк на установке ATVSRO 706. Отжиг необходим для формирования омических контактов, кроме того, отжигом отпускают упругие напряжения сплошного слоя тыльной металлизации. Выравнивают пластины 4 путем охлаждения. Затем вскрывают оптическое окно, стравливая контактный полупроводниковый слой по маске лицевой металлизации. Наносят просветляющее покрытие ТiOх/АlO на установке ВАК 761. 0 pt. Вырезают фотопреобразователь со встроенным диодом с помощью алмазного диска с внешней режущей кромкой на установке DFD 6240. Дополнительно выравнивают плоскость изготовленных фотопреобразователей посредством охлаждения, при этом величина отклонения от плоскости фотопреобразователя размером 40×80 мм составляет менее 0,15 мм.
2
Стравливанием подложки германия снижают вес фотопреобразователя с 2,5 г при исходной толщине подложки 145 мкм до 1,6 г при толщине утоненной подложки 80 мкм. Снижение веса батареи фотоэлементов площадью S=40 мсоставляет ~12 кг.
Предложенное устройство химико-динамического травления германиевых подложек не требует использования дорогостоящих оборудования и расходных материалов, устраняется эффект преимущественного травления пластин 4 в области края (эффект «чечевицы»). Производительность установки с платформой на 8 ванночек при утонении германиевых подложек с 145 до 80 мкм составляет ~16 пл/час.