Состав селективного травителя для теллурида кадмия-ртути Российский патент 2017 года по МПК C23F1/30 H01L21/306 

Изобретение относится к материаловедению полупроводниковых материалов и предназначено для контроля качества пластин на основе теллурида кадмия-ртути (CdHgTe), применяемых в производстве фотоприемников, в частности для выявления плотности дислокаций в слоях CdHgTe кристаллографической ориентации (310) при помощи химического селективного травления поверхности пластин.

От плотности дислокаций в полупроводниковом материале зависит качество р-n-перехода при изготовлении фотоприемных приборов. Для минимизации токов утечек, «темновых» токов в области р-n-перехода необходимо, чтобы плотность дислокаций теллурида кадмия-ртути не превышала порядка 10⁶ на см². Одним из способов контроля плотности дислокаций является селективное травление, в результате которого образуются фигуры травления на поверхности пластины (треугольники - для пластин ориентации (310)).

Целью данного изобретения является разработка состава травителя, который позволяет получать на поверхности полупроводника хорошо идентифицируемые (дифференцируемые) фигуры травления (ямки травления).

Обычно вдоль дислокационных линий происходит сегрегация примесей, находящихся в растущих слоях полупроводникового материала. Процесс селективного травления осуществляется за счет различных скоростей травления атомов примесей и собственных атомов полупроводникового материала. При этом процесс окисления и переноса атомов примесей протекает в кинетическом режиме химического травления, в то время как травление полупроводникового материала осуществляется в диффузионном режиме. Скорость растворения полупроводника в процессе химического травления зависит от характера и прочности химических связей, ширины запрещенной зоны полупроводникового соединения и т.д. Характер воздействия травителя определяется соотношением компонентов раствора между окислителем и растворителем, что обуславливает механизм физико-химического взаимодействия полупроводника с компонентами травителя.

Для растворения образующихся на поверхности оксидов целесообразно добавлять в травитель комплексообразователь (в заявляемом изобретении функцию комплексообразователя выполняет раствор лимонной кислоты). Комплексообразователь способствует растворению продуктов реакции окисления путем образования хорошо растворимых комплексных соединений. Различные органические кислоты (например, лимонная, щавелевая или d-винная), увеличивают скорость растворения полупроводникового материала в областях дислокаций, что очень важно при селективном травлении.

Для теллурида кадмия-ртути наиболее распространены травители на основе оксида хрома (VI), соляной кислоты и воды. Для случая селективного травления теллурида кадмия-ртути травитель этого состава не является оптимальным, так как приводит к дополнительному «растраву» фигур травления на поверхности, что влечет за собой невозможность визуального контроля ямок травления.

Наиболее близким к изобретению является состав для селективного травления теллурида кадмия-ртути на основе системы, например, 60 см³ 5 М раствора оксида хрома (VI), 25 см³ соляной кислоты и 90 см³ воды, где в качестве растворителей используется вода [H.F. Schaake, A.J. Lewis. Mater. Res Soc. Symp. Proc (USA), vol. 14 (1983), p. 301].

Недостатком травителя на основе такой системы является то, что при обработке в нем теллурида кадмия-ртути с ориентацией поверхности (310) «подтравы» фигур травления затрудняют получить достаточно четко идентифицируемое изображение треугольных ямок травления на поверхности пластины (фиг. 1).

На фиг. 1 представлено изображение поверхности эпитаксиальной структуры Cd_xHg_1-xTe после селективного травления в течение 45 секунд в системе: 24 об. доля CrO₃; 1 об. доля HCl; 8 об. долей H₂O, полученное на атомно-силовом микроскопе «Integra Maximus».

Задача изобретения - разработка состава для селективного травления теллурида кадмия-ртути, который обеспечивает селективное травление поверхности пластин теллурида кадмия-ртути ориентации (310) с образованием четко различимых треугольных ямок травления.

Задача решается за счет того, что состав для селективного травления теллурида кадмия-ртути, представляющий систему CrO₃-HCl, согласно формуле изобретения дополнительно содержит раствор органической (лимонной) кислоты при следующем соотношении ингредиентов, объемные доли: 25% водный раствор оксида хрома (VI) (CrO₃) - 24; концентрированная соляная кислота (HCl) - 1; 5% раствор лимонной кислоты - 8.

Таким образом, для осуществления селективного травления состав отвечает следующим требованиям:

- процесс растворения атомов примесей, сегрегирующих в местах выходов дислокаций на поверхность полупроводникового материала, протекает кинетическом режиме, поэтому процесс селективного травления поверхности в местах выхода дислокаций проходит с максимальной скоростью;

- процесс растворения полупроводникового материала осуществляется в диффузионном режиме, что позволяет избежать «подтравов» фигур травления и получить четко идентифицируемые треугольные ямки травления.

Каждый из перечисленных признаков необходим, а вместе они достаточны для решения задачи изобретения.

Сущность изобретения: для селективного травления теллурида кадмия-ртути используют раствор, имеющий содержание следующих компонентов, в объемных долях: 25% водный раствор оксида хрома (VI) (CrO₃) - 24, концентрированная соляная кислота (HCl) - 1, 5% раствор лимонной кислоты - 8.

В качестве примера осуществления изобретения приведем испытанный состав для селективного травления теллурида кадмия-ртути в составе следующих компонентов, в объемных соотношениях: 25%-ного водного раствора оксида хрома (VI) (CrO₃) - 24 об. доли; концентрированной соляной кислоты (HCl) - 1 об. доля; 5%-ного раствора органической кислоты - 8 об. долей. В качестве образцов использовались эпитаксиальные структуры теллурида кадмия-ртути кристаллографической ориентации (310). Наличие селективного эффекта травления устанавливалось наблюдением поверхности образцов после травления методом атомно-силовой микроскопии (АСМ).

Фиг. 2 показывает, что после травления эпитаксиальной структуры теллурида кадмия-ртути ориентации (310) в системе 25% раствор CrO₃ (VI) - концентрированная HCl - 5% раствор лимонной кислоты на поверхности появляются более четко идентифицируемые треугольные ямки травления, чем после травления в ранее предлагаемом травителе [H.F. Schaake, A.J. Lewis. Mater. Res. Soc. Symp. Proc (USA), vol. 14 (1983), p. 301] (Фиг. 1).

На фиг. 2 представлено изображение поверхности эпитаксиальной структуры Cd_xHg_1-xTe после селективного травления в течение 45 с в системе: 24 об. доля CrO₃; 1 об. доля HCl; 8 об. долей 5% водного раствора лимонной кислоты, полученное на атомно-силовом микроскопе «Integra Maximus».

Таким образом, предлагаемый состав позволяет получать селективный эффект на образцах теллурида-кадмия ртути кристаллографической ориентации (310).

Изобретение относится к области обработки поверхности теллурида кадмия-ртути ориентации (310) химическим селективным травлением. Cостав для селективного травления теллурида кадмия-ртути содержит ингредиенты при следующем соотношении, в объемных долях: 25%-ный водный раствор оксида хрома (VI) (CrO₃) – 24, концентрированная соляная кислота (HCl) – 1, 5%-ный раствор лимонной кислоты – 8. Предложенный состав обеспечивает селективное травление теллурида кадмия-ртути с образованием треугольных ямок травления. 2 ил.

Состав селективного травителя для теллурида кадмия-ртути, включающий оксид хрома (VI), соляную кислоту, отличающийся тем, что он дополнительно содержит раствор лимонной кислоты при следующем соотношении компонентов, в объемных долях: 25%-ный водный раствор оксида хрома (VI) (CrO₃) – 24, концентрированная соляная кислота (HCl) – 1, 5%-ный раствор лимонной кислоты – 8.