СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАТРИЦ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ НА ПОДЛОЖКАХ CdHgTe Российский патент 1997 года по МПК H01L21/465 H01L21/306 

Изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов на основе CdHgTe, в частности к улучшению параметров приборов, их однородности по пластине и стабильности во времени и может найти применение для создания матриц, например, n-p-переходов или других полупроводниковых приборов.

При изготовлении приборов на CdHgTe перед нанесением диэлектрических слоев поверхность обычно полируют в бромсодержащем травителе и проводят промывку в органических растворителях, после чего в приповерхностной области образцов всегда остаются нерастворимые бромиды ртути Hg₂Br₂. Наличие бромидов ртути в приповерхностной области полупроводника приводит к ухудшению параметров приборов и является основной причиной деградации приборов со временем (US, патенты, 3671313, 3799803, кл. H 01 L 7/00).

Известен способ изготовления фоторезисторов, в котором предлагается после травления в концентрированном травителе с концентрацией брома (>10%) проводить в течение 5-10 с дополнительную обработку в растворе с концентрацией брома менее 1% далее после промывки в метаноле проводили напыление ZnS. Параметры группы фоторезисторов, поверхность которых была пассивирована таким образом, изменились при хранении в течение нескольких месяцев не более, чем на 10% (Бердченко Н.Н. Евстигнеев А.И. Ерохов В.Ю. Матвиенко А.В. Свойства поверхности узкозонных полупроводников и методы ее защиты, Зарубежная электронная техника, 1981, N 3(235), c. 3).

Недостатком данного способа изготовления фоторезисторов является трудность стабилизации свойств поверхности в процессе нанесения ZnS вследствие нарушения стехиометрии состава приповерхностного слоя (Бердченко Н.Н. Евстигнеев А.И. Ерохов В.Ю. Матвиенко А.В. Свойства поверхности узкозонных полупроводников и методы ее защиты, Зарубежная электронная техника, 1981, N 3(235), c. 3).

Известен способ изготовления фотодетекторов с использованием обработки поверхности в плазме водорода после предварительной пассивации поверхности. Пассивация поверхности включает промывку в растворе трихлорэтилена после бромного травления, промывку в метаноле, промывку в 30%-ном растворе перекиси водорода при 90^oC и сушку в атмосфере азота. Отжиг в плазме водорода проводили двукратно в камере, наполненной водородом, при рабочем напряжении 5В в течение 10 с. Далее на поверхность наносился ZnS толщиной 1 мкм, в качестве металла напылялось золото. Фотодетекторы, изготовленные с отжигом в плазме водорода, имели исключительную однородность и стабильность во времени (US, патент, 3671313, кл. H 01 L 7/00).

Основным недостатком этого способа является большое количество операций, трудоемкость, необходимость дорогостоящего специального технологического оборудования.

Была поставлена задача изготовить матрицы полупроводниковых приборов на основе Cd_xHg_1-xTe с высокими, однородными и стабильными параметрами дешевым и простым способом.

Изобретение поясняется на фиг. 1 4.

Поставленная задача решалась следующим образом. В способе изготовления матриц полупроводниковых приборов на подложках Cd_xHg_1-xTe, включающем в себя химическую полировку в бромном травителе и промывку поверхности в органических растворителях, нанесение диэлектриков и напыление металла, после травления и промывки поверхности в органических растворителях поверхность подложек обрабатывают во фторсодержащем водном растворе с концентрацией фтора 3 20% с последующей промывкой в воде.

Метод вторичной масс-спектрометрии показал, что в приповерхностной области материала количество брома и других примесей после фторсодержащей обработки (фиг. 1,а) значительно меньше, чем без обработки (фиг. 1,б). Уменьшение количества брома в приповерхностной области материала после предлагаемой обработки объясняется хорошей растворимостью в воде фторидов, в частности Hg₂F₂ и HgF₂, образующихся на поверхности после обработки подложек во фторсодержащей среде.

Диапазон концентрации фтора в растворе определяется следующими обстоятельствами.

1. При концентрации фтора в растворе менее 3% реакция взаимодействия его с подложкой незначительна, поэтому дальнейшее уменьшение концентрации нецелесообразно.

2. При концентрации фтора в растворе боле 20% качество поверхности ухудшается, поверхность становится шероховатой, что затрудняет качественное нанесение диэлектриков.

Время обработки поверхности во фторсодержащем растворе не влияет на характеристики приборов.

При изготовлении приборов поверхность кристаллов CdHgTe подвергали травлению в травителе следующего состава: 20 об. раствор брома в смеси этанол этиленгликоль (1 4). После травления пластины промывали в ацетоне. Далее образец обрабатывался во фторсодержащем водном растворе с концентрацией фтора 3-20% с последующей промывкой в воде.

Пример 1. С предлагаемой обработкой поверхности были изготовлены 64-элементные линейки n-p-переходов на p-типе CdHgTe с x 0,227, концентрацией дырок p 5•10¹⁵ см^-3 и подвижностью μ 600 см²/В с? n-слой в переходах создавался термодиффузией ртути из анодного окисла. После травления в бромном травителе и промывки в ацетоне поверхность была обработана в смеси водного раствора фторида аммония с плавиковой кислотой, с 7%-ным содержанием фтора в течении 15 с и промыта водой. Диэлектрики наносили после выращивания на поверхности образца естественного окисла в воздушной атмосфере при комнатной температуре. В качестве диэлектрика наносился пиролитический SiO₂ и плазмохимический Si₃N₄. Омический контакт к n-типу формировался напылением In.

На фиг. 2 представлены типичные вольт-амперные характеристики диодов, измеренные на линейках при Т 77К, изготовленных с обработкой поверхности во фторсодержащем водном растворе: темновая 1 и световая 2 и без обработки: темновая 3 и световая 4. На фиг. 3 представлены гистограммы по однородности темновых токов диодов, изготовленных с обработкой поверхности (b) и без обработки (а) при напряжении смещения V -70mV. После обработки во фторсодержащих травителях значительно улучшается однородность диодов и практически на порядок увеличивается их фоточувствительность. После хранения этих приборов в течение 18 мес деградации их параметров не наблюдается.

Пример 2. При изготовлении МДП-структур на подложках CdHgTe, как в примере 1, после бромного травления и промывки в ацетоне поверхность обрабатывали в водном растворе фторида аммония с концентрацией фтора 3% в течение 15 с и промывали в воде. Нанесение диэлектриков, как и в примере 1, проводили после выращивания окисла на воздухе. В качестве электрода использовался Ni. На фиг. 4 представлены вольт-фарадные характеристики, измеренные при T 77К для МДП-структур, изготовленных с обработкой поверхности во фторсодержащем растворе 5 и без обработки поверхности 6. По сравнению со структурами, изготовленными без дополнительной обработки поверхности, характеристики имеют более высокочастотный вид. А как известно (Пасынков В.В. Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы, М. Высш. шк. 1987, 479 с.) уменьшение емкости при обратном смещении увеличивает добротность варикапов. Другие МДП-структуры на этой пластине имели такие же характеристики.

Пример 3. При изготовлении МДП-структур поверхность подложек после бромного трвления и промывки в ацетоне обрабатывали в водном растворе фторида аммония с концентрацией фтора 20% с последующей промывкой в воде и нанесением диэлектриков, как в примере 1. Вольт-фарадные характеристики имели такой же вид как и на фиг. 4.

Предлагаемый способ изготовления матриц полупроводниковых приборов на основе CdHgTe обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества: позволяет достаточно простым, дешевым способом, не требующим дополнительных трудоемких и дорогостоящих операций и оборудования, изготовлять матрицы стабильных, однородных приборов на основе CdHgTe с достаточно высокими параметрами.

Использование: изобретение относится к технологии производства полупроводниковых приборов и может найти применение для создания матриц, например, п-р переходов или других полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: способ изготовления матриц полупроводниковых приборов на подложках Cd_xHg_1-xTe включает в себя химическую полировку в бромном травителе, промывку поверхности в органических растворителях, нанесение диэлектриков и напыление металла, причем после травления и промывки поверхности в органических растворителях поверхность подложек обрабатывают во фторсодержащем водном растворе с концентрацией фтора 3 - 20% с последующей промывкой в воде. Предлагаемый способ позволяет достаточно простым дешевым способом, не требующим дополнительных трудоемких и дорогостоящих операций и оборудования, изготовлять матрицы стабильных однородных приборов с достаточно высокими параметрами. 4 ил.

Способ изготовления матриц полупроводниковых приборов на подложках Cd_xHg_1 - xTe, включающий в себя химическую полировку в бромном травителе и промывку поверхности в органических растворителях, нанесение диэлектриков и напыление металла, отличающийся тем, что после травления и промывки поверхности в органических растворителях поверхность подложек обрабатывают во фторсодержащем водном растворе с концентрацией фтора 3 20% с последующей промывкой в воде.