РАСТВОР ДЛЯ НЕГАТИВНОГО ТРАВЛЕНИЯ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКОЛ Российский патент 1994 года по МПК C03C15/00 C03C23/00 

Изобретение относится к области регистрации оптической информации и может быть использовано в оптотехнике, голографии, электронной технике, полиграфии и др.

Халькогенидное стекло (ХС) являет собой максимально однородное, строго аморфизированное состояние вещества, что в сочетании с простотой получения, фоточувствительностью в широком спектральном диапазоне, они представляют собой интерес как высокоразрешающие неорганичные фоторезистивные среды. Важнейшим параметром, характеризующим пригодность использования ХС, как фоторезиста, является селективность растворения γ, которая определяется отношением скоростей растворения экспонированного v_э и неэкспонированного v_нэ участков слоя для позитивного травления и обратным отношением v_нэ/v_э в случае негативного травления. От величины γ зависят качество травления (однородность, равномерность), а также резистивные свойства слоя ХС. Эффекты фотоиндуцированного изменения растворимости (ФИИР) наиболее ярко выражены в мышьяковистых ХС бинарных систем Аs-S, As-Sе, а также тройной системы Аs-S-Se, которые представляют наибольший практический интерес. В зависимости от состава ХС, раствора для травления имеет место как позитивный, так и негативный тип ФИИР.

Известны растворы для негативного травления слоев ХС на основе щелочей [1] . Характерные недостатки этих травителей - невысокие значения селективности травления ( ≈ 10), а также достаточно высокие концентрации токсичных компонентов.

Наиболее близким решением к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ растворения халькогенидных стекол в моноэтаноламине [2] .

Однако, как показали исследования ФИИР ХС, известные растворы для негативного селективного травления не обеспечивают качественного травления как из-за высокой скорости травления, так и вследствие образования осадка, что делает их технологически неприемлемыми.

В настоящем изобретении предлагаются простые двухкомпонентные растворы для негативного травления халькогенидных стекол, обладающие высокими значениями γ. В качестве растворителя для травящих реагентов на основе аминосодержащих соединений используют диметилкетон (СН₃)₂ СО.

Для слоев бинарного состава Аs₂S₃ наиболее подходящим является раствор гидроокиси аммиака (25% NН₄ОН) в диметилкетоне при следующих соотношениях, мас. % :
25% NН₄ОН 1,6-2,8
(СН₃)₂СО Остальное
Слои тройных ХС составов Аs₄₀S_60-x Se_х, где 20 ≅ х ≅ 40, отличаются более высокими резистивными свойствами, а также более высокой светочувствительностью в длинно-волновом диапазоне видимого спектра и представляют значительный практический интерес. В этом случае раствор содержит этилендиамин (75% (СН₂)₂ (N H₂)₂ и диметилкетон при следующих соотношениях, мас. % :
75% (СН₂)₂ (NH₂)₂ 5,0-30,0
(СН₂)₂ СО Остальное.

П р и м е р 1. На стеклянную подложку размером (100х40) мм²термическим испарением в вакууме 2 10^-3 Па наносили слой Аs₂S₃ толщиной 200 нм. После извлечения образца из вакуумной камеры его одну половину закрывали вдоль черной непрозрачной бумагой, а вторую экспонировали излучением ртутной лампы ДРЩ-250 (установка ЭМ-583). Время экспонирования составляло 60с, плотность мощности излучения 0,14 Вт/см². После экспонирования образец разрывали на десять равных частей так, чтобы каждая из них содержала экспонированный и неэкспонированный участки слоя As₂S₃. Затем в растворах, состоящих из диметилкетона и гидроокиси аммиака, при различных концентрациях последнего, производили селективное травление слоя As₂S₃. Селективность травления γ определяли отношением времен полного стравливания экспонированного и неэкспонированного участков t_э/t_нэ. Одновременно визуально наблюдали за характером травления. Зависимость селективности травления γ от значения концентрации С травящего раствора представлена в табл. 1.

Исследование экспонированных участков слоя As₂S₃ после травления с помощью растрового электронного микроскопа JEOL (увеличение х 20000) не обнаруживает дефектов травления, что свидетельствует о высоком качестве селективного травления.

П р и м е р 2. На стеклянных подложках были нанесены слои ХС тройной системы различного состава:
1 - As₄₀ S₄₀ Se₂₀
2 - As₄₀ S₃₀ Se₃₀
3 - As₄₀ S₂₀ Se₄₀
Условия приготовления и экспонирования образцов описаны в примере 1. Селективное травление образцов проводили в растворах, состоящих из смеси диметилкетона (СН₂)₂СО и этилендиамина (75% ) (СН₂)₂( NH₂)₂ при различных концентрациях последнего.

Результаты исследования зависимости селективности γ от концентрации раствора С для различных ХС представлены в табл. 2.

Сравнение экспонированных участков слоев As₂S₃ и As₄₀S_60-x Se_x(х= 20, 30, 40) после полного растворения неэкспонированных, проведенное с помощью электронного микроскопа (увеличение 20000), показало, что несмотря на более низкие значения γ для тройных составов ХС, качество поверхности последних значительно лучше, чем в случае As₂S₃, что обусловлено более однородной структурой тройных ХС.

Предложенные растворы для селективного травления ХС обладают следующими технико-экономическими преимуществами перед известными травителями: позволяют улучшить качество изготовляемых изделий; обеспечивают воспроизводимость результатов благодаря высокой степени контролируемости процессов химического селективного травления; не содержит ионов щелочных металлов; повышает выход годных изделий. (56) Борисова З. У. Химия стеклообразных полупроводников. Л. : ЛГУ, 1972, с. 208-224.

Авторское свидетельство СССР N 914526, кл. С 03 С 23/00, 1982.

Раствор для негативного травления халькогенидных стекол относится к областям регистрации оптической информации. Он содержит, мас. % : диметилкетон 70 - 98,4; основание остальное. Причем при травлении As₂S₃ в качестве основания используют гидроксид аммония в количестве 1,6 - 2,8 мас. % , а при травлении As₄₀S_60-xSe_x где х= 20 - 40, в качестве основания используют этилендиамин в количестве 5 - 30 мас. % . 2 з. п. ф - лы, 2 табл.

1. РАСТВОР ДЛЯ НЕГАТИВНОГО ТРАВЛЕНИЯ ХАЛЬКОГЕНИДНЫХ СТЕКОЛ, включающий основание, отличающийся тем, что, с целью улучшения селективности травления, он дополнительно содержит диметилкетон при следующем соотношении компонентов, мас. % :
Диметилкетон 70 - 98,4
Основание Остальное
2. Раствор по п. 1, отличающийся тем, что при травлении халькогенидного стекла As₂ S₃ он в качестве основания содержит гидроксид аммония в количестве 1,6 - 2,8 мас. % . 3. Раствор по п. 1, отличающийся тем, что при травлении халькогенидного стекла
As₄₀ S_60-x Se_x,
где X = 20 - 40,
в качестве основания используют этилендиамин в количестве 5 - 30 мас. % .