СОСТАВ ПОЛИРУЮЩЕГО ТРАВИТЕЛЯ ДЛЯ ТЕЛЛУРИДА КАДМИЯ-РТУТИ
POLISHING ETCH COMPOSITION FOR MERCURY CADMIUM TELLURIDE

Изобретение относится к материаловедению полупроводниковых материалов и предназначено для использования в производстве различных фотоприемников на основе теллурида кадмия-ртути (CdHgTe), в частности к области обработки поверхности теллурида кадмия-ртути ориентации (310) химическим полирующим травлением.
От состояния поверхности полупроводникового материала, ее дефектности зависит качество пассивации и стабильность границы раздела CdHgTe/пассивирующий слой при изготовлении приборов. Для минимизации токов утечки на границе раздела CdHgTe/пассивирующий слой необходимо, чтобы перед проведением пассивации теллурида кадмия-ртути размеры шероховатостей поверхности были минимальны. Лучшим способом подготовки поверхности является полирующее травление.
Задачей данного изобретения является разработка состава травителя, который позволяет вести процесс полирующего травления теллурида кадмия-ртути со скоростью, обеспечивающей однородность травления.
Процесс полирующего травления осуществляется за счет относительно малого содержания растворителя по сравнению с окислителем, то есть процесс растворения полупроводникового материала протекает в диффузионном режиме, при этом вблизи поверхности образуется вязкая пленка из продуктов растворения полупроводникового материала. Растворение полупроводникового материала в системе кислот зависит от стадии окисления поверхности и последующего растворения окисла (в заявляемом изобретении растворение теллурида-кадмия ртути происходит за счет появления активного атомарного брома в процессе реакции взаимодействия: ). При диффузионном режиме радиус кривизны неровностей намного меньше толщины диффузионного слоя и подача реагента производится из глубины раствора, поэтому искривление растворяющейся поверхности не будет оказывать существенного влияния на скорость переноса вещества внутри диффузионного слоя.
Для растворения образующихся на поверхности оксидов целесообразно добавлять в травитель комплексообразователь (в заявляемом изобретении функцию комплексообразователей выполняют спирты).
Комплексообразователь способствует растворению продуктов реакции окисления путем образования хорошо растворимых комплексных соединений. Различные многоосновные спирты (например, этиленгликоль, глицерин), благодаря высокой вязкости и малой константе ионизации, уменьшают скорость растворения, что очень важно при полирующем травлении. Таким образом, процессы растворения полупроводниковых материалов в области полирующих составов протекают по окислительно-гидротационному механизму.
В кислых растворах подавляется диссоциация органических веществ, которые являются комплексообразователями. Поэтому на практике для достижения эффекта полирующего травления подбирается пара: неорганическая кислота - комплексообразователь.
Для теллурида кадмия-ртути наиболее распространены травители на основе брома в метаноле или бромистоводородной кислоты с добавлением этиленгликоля, глицерина. Известны составы для травления теллурида кадмия-цинка, которые также применяются и для травления теллурида кадмия-ртути, содержащие метанол, молочную кислоту, бром и этиленгликоль в различных соотношениях. Например, 5 объемных % (об.%) брома в метаноле +20 об.% молочной кислоты +2 об.% брома в этиленгликоле [Method for surface treatment of a cadmium zinc telluride crystal, US 5933706 A, дата публикации 3 авг. 1999, авторы изобретения: Burger A., Chang Н., Kuo-Tong Chen, James R.]. Для случая полирующего травления теллурида кадмия-ртути травитель этого состава неприемлем, так как характеризуется высокими скоростями (3-9 мкм/мин) травления.
2
2
x
1-x
2
2
Наиболее близким к изобретению является состав для полирующего травления теллурида кадмия-ртути на основе системы HO-HBr-растворитель, где в качестве растворителей используется вода, этиленгликоль [Томашик З.Ф., Гнатий И.И., Томашик В.Н., Стратийчук И.Б. Формирование полированных поверхностей монокристаллов CdHgTe травителями систем HO-HBr-растворитель. Тезисы докладов XIX Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, Москва, 2006, стр.148-149]. Максимальное значение (≈23 мкм/мин) скорости травления характерна для растворов, обогащенных HBr, а минимальное (≈1 мкм/мин) - в растворах, содержащих наибольшее количество растворителя.
Недостатком травителя на основе такой системы является то, что при обработке в нем теллурида кадмия-ртути с ориентацией поверхности (310) шероховатость поверхности составляет не менее 7-10 нм (фиг.3), что не позволяет получать оптимальные электрофизические параметры на границе раздела CdHgTe/пассивирующий слой.
max
Задача изобретения - разработка состава для полирующего травления теллурида кадмия-ртути, который обеспечивает полирующее травление теллурида кадмия-ртути со скоростью не более v=0,75 мкм/мин и шероховатостью поверхности в среднем не более 2 нм.
2
2
2
4
2
3
2
2
Задача решается за счет того, что состав для полирующего травления теллурида кадмия-ртути, представляющий систему HO-HBr-этиленгликоль, согласно формуле изобретения дополнительно содержит метанол при следующем соотношении ингредиентов, объемные доли: этиленгликоль CH(OH) 13, метанол CHOH (95%) 5, бромистоводородная кислота HBr (47%) 2, перекись водорода HO (30%) 1. Метанол, выполняя функции комплексообразователя, способствует растворению продуктов реакции окисления путем образования хорошо растворимых комплексных соединений.
3
Необходимость использования CHOH обусловлена тем, что метанол смешивается в любых соотношениях с водой и органическими растворителями, а также его высокой активностью, связанной с малыми размерами молекул.
2
4
2
3
2
2
Метанол способствует растворению продуктов реакции окисления путем образования хорошо растворимых комплексных соединений. Это позволяет избежать загрязнений поверхности теллурида кадмия-ртути продуктами реакций травления. При соблюдении объемных соотношений CH(ОН) 13, CHOH (95%) 5, HBr (47%) 2, HO (30%) 1 скорость травления составляет v≈0,65 мкм/мин, при этом шероховатость поверхности в среднем составляет менее 4-6 нм (фиг.2).
Таким образом, для осуществления полирующего травления состав отвечает следующим требованиям:
- процесс растворения полупроводникового материала протекает в диффузионном режиме, поэтому процесс полирования поверхности проходит с минимальной скоростью;
- за счет того, что радиус кривизны неровностей при дуффузионном режиме намного меньше толщины диффузионного слоя, искривление растворяющейся поверхности не будет оказывать существенного влияния на скорость переноса вещества внутри диффузионного слоя, и шероховатость поверхности будет минимальна.
Каждый из перечисленных признаков необходим, а вместе они достаточны для решения задачи изобретения.
3
max
Так, например, в состав многих травителей входит СНОН, однако, находясь в отличной от предлагаемой совокупности признаков, это приводит к отличному от достигаемого эффекту и не может быть использовано для неселективного, полирующего травления поверхности теллурида кадмия-ртути со скоростью не более v 0,7 мкм/мин. Только благодаря всей совокупности предлагаемых признаков, в результате взаимодействия всех компонентов, взятых в указанных пределах соотношений, удалось выявить новое свойство, состоящее в том, что представляется возможность проводить процесс растворения полупроводникового материала в диффузионном режиме. Это позволяет решить задачу изобретения. Таким образом, предлагаемое техническое решение удовлетворяет критерию изобретательского уровня.
Технический результат изобретения заключается в получении высококачественной поверхности теллурида кадмия-ртути с минимальной шероховатостью и высокими электрофизическими характеристиками для улучшения качества пассивации и стабилизации границы раздела CdHgTe/пассивирующий слой при изготовлении фотоэлектронных приборов.
Сущность изобретения: для полирующего травления теллурида кадмия-ртути используют состав, имеющий содержание следующих компонентов, в объемных долях: этиленгликоль - 13; метанол (95%) - 5; бромистоводородная кислота (47%) - 2; перекись водорода (30%) - 1.
2
4
2
3
2
2
2
2
max
В качестве примера осуществления изобретения приведем испытанный состав для полирующего травления теллурида кадмия-ртути в составе следующих компонентов, в объемных соотношениях: CH(OH) - 13, CHOH (95%) - 5, HBr (47%) - 2, HO (30%) - 1. В качестве образцов использовались эпитаксиальные структуры теллурида кадмия-ртути p-типа проводимости ориентации (310). Наличие полирующего эффекта травления устанавливалось наблюдением поверхности образцов после травления методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Скорость травления определялась при помощи анализа АСМ изображений профилей образцов после травления, поверхность которых перед травлением частично покрывалась фоторезистом. Сопоставление изображений «ступенек» на фиг.1 и фиг.2 показало, что при добавлении к системе HO-HBr-этиленгликоль метанола скорость травления уменьшается (время травления - 2 минуты). В предлагаемых соотношениях компонентов удалось осуществить полирующее травление поверхности теллурида-кадмия ртути ориентации (310) с максимальной скоростью порядка v≈0,7+0,05 мкм/мин.
2
2
2
2
Фиг.3 и фиг.4 показывают, что после травления в системе HO- HBr - этиленгликоль - метанол шероховатость снижается не менее чем в три раза (среднее значение шероховатости 1,6 нм) по сравнению с травлением в системе HO- HBr - этиленгликоль (среднее значение шероховатости - 6,339 нм). Данные, характеризующие шероховатость поверхности образцов, были получены при помощи программного обеспечения «Integra Maximus» (таблица 1).
Таким образом, предлагаемый состав позволяет получать полирующий эффект на образцах теллурида-кадмия ртути p-типа кристаллографической ориентации (310) при сохранении требуемой скорости процесса, чего не обеспечивал состав-прототип. Уменьшение шероховатости поверхности теллурида-кадмия ртути способствовало сокращению токов утечки на границе раздела CdHgTe/пассивирующий слой, что позволило повысить электрофизические характеристики приборов.
Таблица 1
Сравнительная характеристика шероховатости поверхности Cd<sub>x</sub>Hg<sub>1-x</sub>Te после воздействия полирующими травителями. Данные обработаны при помощи программного обеспечения «Integra Maximus»
1
Показатели
H<sub>2</sub>O<sub>2 </sub>- HBr -этиленгликоль - метанол
H<sub>2</sub>O<sub>2 </sub>- HBr -этиленгликоль
2
Amount of sampling (Объем выборки)
65536
65536
3
Мах (максимальное значение)
5.935 nm
10.954 nm
4
Min (минимальное значение)
0.000 nm
0.000 nm
5
Sy, Peak-to-peak (расстояние Мах-Min)
5.935 nm
10.954 nm
6
Mean Value (среднее значение шероховатостей поверхности)
1.555 nm
6.339 nm
7
Sa, Roughness average (среднее арифметическое отклонение профиля, Ra)
0.678 nm
1.325 nm
8
Sq, Root Mean Square (среднеквадратическое значение)
0.892 nm
1.660 nm
9
Second Moment (дисперсия)
3.217 nm*nm
42.948 nm*nm
10
Sdr, Surface Area Ratio (относительная погрешность по площади)
0.0155%
0.00715%