Состав полирующего травителя для химико-механической полировки теллурида кадмия-цинка
POLISHING ETCHANT COMPOSITION FOR CHEMICAL-MECHANICAL POLISHING OF CADMIUM-ZINC TELLURIDE

Изобретение относится к материаловедению, в частности к области обработки поверхности теллурида кадмия-цинка (КЦТ) ориентации (111) химико-механическим полирующим травлением.
При изготовлении полупроводниковых приборов качество антиотражающего покрытия (АОП), нанесенного на поверхность КЦТ, зависит от ее дефектности. Для улучшения адгезии на границе раздела КЦТ-АОП необходимо, чтобы перед проведением процесса нанесения АОП шероховатости поверхности были минимальны. Лучшим способом подготовки поверхности является полирующее химико-механическое травление.
Целью данного изобретения является улучшение состава травителя, которое позволяет вести процесс полирующего химико-механического травления для получения более равномерного съема материала по всей площади поверхности теллурида кадмия-цинка.
Процесс полирующего травления может иметь место только в случае гомогенности физико-химических свойств обрабатываемой поверхности. Для гомогенизации поверхности необходимо обеспечить условия, при которых скорость электронного обмена между гетерогенными в физико-химическом отношении точками поверхности будет больше или равна скорости электронного обмена между этими точками и реагентами (травителем) в растворе.
Согласно известным теориям эффект химического полирующего травления может быть достигнут при условии, если в процессе травления вблизи поверхности образуется вязкая пленка из продуктов растворения полупроводников. Этот тип пленки является гомогенной.
Поэтому на практике для достижения эффекта полирующего травления обычно используют концентрированные вязкие растворы, часто с добавками ингибиторов.
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-цинка происходит за счет появления активного атомарного кислорода в процессе реакций взаимодействия:
2
4
2
2
2
5
2
2
5
2
4
HSO+HO=HSO+HO; HSO=HSO+2O*).
Для растворения образующихся на поверхности оксидов целесообразно добавлять в травитель комплексообразователь (в заявляемом изобретении функцию комплексообразователя выполняет этиленгликоль и глицерин). 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.
Прототипом данного изобретения является патент RU №2574459.
При использовании состава полирующего травителя по этому патенту съем материала по краю поверхности структуры был больше, чем по ее центру (фиг. 1), так как при травлении в продуктах реакции оставался окислитель и он взаимодействовал с полупроводниковым материалам по краям структуры.
Задача изобретения - улучшение химического состава для химико-механического полирующего травления теллурида кадмия-цинка, который обеспечивает полирующее травление с равномерным съемом материала по всей плоскости поверхности структуры при шероховатости поверхности в среднем не более 7 нм.
2
4
2
2
2
Задача решается за счет того, что состав для химико-механического полирующего травления теллурида кадмия-цинка представляет из себя систему из 7 об. частей HSO (98%), 1 об. части HO (30%), 1 об. части HO, 3,5 об. частей этиленгликоля (чда), 3,5 об. частей глицерина (чда).
Основа состава для нашего травителя была взята из кремниевой технологии для окисления верхнего слоя кремниевых пластин - серная кислота и перекись водорода.
Серная кислота взаимодействуя с перекисью водорода образует пероксомоносерную кислоту (кислота Каро), которая является сильным окислителем:
2
4
2
2
2
5
2
HSO+HO=HSO+HO.
Раствор этой кислоты не стабилен и разлагается по следующей реакции:
2
5(раствор)
2
4
HSO=HSO+2O*.
Активный кислород окисляет теллур, кадмий и цинк по следующим реакциям:
2
2
2
Те+2O*=2TeO;
2
2Zn+O*=2ZnO;
2
2Cd+O*=2CdO.
Добавление дополнительной серной кислоты способствует растворению оксидов и выведению их из зоны реакции.
Взаимодействие серной кислоты с оксидами происходит по следующим реакциям:
2
4
4
2
ZnO+HSO=ZnSO+HO;
2
4
4
2
CdO+HSO=CdSO+HO.
2
4
2
2
К этой системе HSO-HO добавили этиленгликоль и глицерин. Необходимость использования органических комплексообразователей (этиленгликоля и глицерина) обусловлена тем, что они являются многоосновными спиртами, имеют высокую вязкость и способствуют созданию условий, определяющих скорость травления, когда одной из стадий становится диффузионный режим.
Добавление этиленгликоля и глицерина, во-первых, увеличивают вязкость раствора, что способствует удержанию травителя на поверхности полировальника и улучшает смачиваемость поверхности образца и увеличивает продолжительность контакта травителя с пластиной.
Во-вторых, происходит реакция окисления этиленгликоля до диоксана:
и, в-третьих, продукты окисления глицерина окисляются диоксаном до щавелевой кислоты с разрывом химической связи углерод-углерод и исключают присутствие диоксана и участие его в дальнейших реакциях,
Образовавшаяся щавелевая кислота может вступать в реакцию с оксидами металлов, образуя растворимые соли.
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 (серная кислота) - комплексообразователь (этиленгликоль-глицерин).
2
4
2
2
2
При соблюдении объемных соотношений 7 об. частей HSO (98%), 1 об. части НО (30%), 1 об. части HO, 3,5 об. частей этиленгликоля, 3,5 об. частей глицерина и скорости подачи травителя на полировальный диск 1 капля в 4 секунды обеспечивается равномерный съем материала по всей плоскости поверхности пластины (фиг. 2) и обеспечивается шероховатость поверхности не хуже чем 7 нм (патент RU №2574459 (фиг. 3)).
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.
Технический результат изобретения заключается в получении высококачественной поверхности теллурида кадмия-цинка с равномерным съемом материала по всей поверхности пластины для улучшения качества нанесения АОП при изготовлении фотоэлектронных приборов.
Сущность изобретения: для полирующего травления используют раствор теллурида кадмия-цинка, имеющий содержание следующих компонентов, объемные доли: серная кислота (98%) - 7; перекись водорода (30%) - 1; вода - 1; этиленгликоль - 3,5, глицерин - 3,5.
В качестве примера осуществления изобретения приведем испытанный состав для химико-механического полирующего травления теллурида кадмия-цинка в составе следующих компонентов, объемные соотношения: серная кислота (98%) - 7; перекись водорода (30%) - 1; вода - 1; этиленгликоль - 3,5, глицерин - 3,5.
В качестве образцов использовались пластины теллурида кадмия-цинка ориентации (111). Наличие полирующего эффекта травления устанавливалось наблюдением поверхности образцов после химико-механического полирования методом профилограмм (DickTak) и методом атомно-силовой микроскопии (АСМ).
Предлагаемый состав травителя позволяет получать полирующий эффект на пластинах теллурида кадмия-цинка ориентации (111) с равномерным съемом материала всей площади поверхности.