ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ АНОДНОГО ОКИСЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ НА ОСНОВЕ AB Российский патент 2017 года по МПК H01L21/306 

Настоящее изобретение относится к области микроэлектроники и может найти широкое применение при формировании оксидных слоев в технологии МДП-приборов.

Известно, что тонкие пленки оксида можно изготавливать на поверхности полупроводниковой подложки различными методами, например термообработкой подложки в воздушной атмосфере (термоотжиг), методом магнетронного распыления, анодным оксидированием в растворе электролита, анодным микродуговым оксидированием, методом автоволнового окисления. Принимая во внимание тот факт, что полупроводники не являются термостойкими соединениями и повышение температуры при обработке полупроводниковых кристаллов приводит к нежелательным последствиям, предпочтительным является метод анодного окисления в электролите при комнатной температуре.

При изготовлении МДП-структур возникает необходимость применять фотолитографию для ограничения области, на которой формируют слой анодного оксида и слой металла. Поскольку фоторезист присутствует в качестве маски на поверхности полупроводниковой пластины во время проведения анодного оксидирования необходим электролит, в котором фоторезист не разрушается.

Известен электролит для анодного окисления кремния (см. SU 602054, МПК H01L 21/306, опубликован 10.04.2001), содержащий этиленгликоль, ортофосфорную кислоту и ортомышьяковую кислоту при следующем соотношении компонентов, об.%:

Ортофосфорная кислота (уд. вес 1,68 г/см³) 5-15 Ортомышьяковая кислота (уд. вес 2,26 г/см³) 0,01-0,1 Этиленгликоль Остальное

Недостатком известного электролита является присутствие в нем этиленгликоля, являющегося растворителем органических веществ, в том числе фоторезиста. Кроме того, этиленгликоль является токсичным веществом, относящимся по степени воздействия на организм к веществам 3-го класса опасности.

Известен электролит для анодного окисления антимонида индия (см. SU 1840205, МПК H01L 21/306, опубликован 20.08.2006), содержащий аммоний надсернокислый, глицерин, углерод четыреххлористый, диметилформамид и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глицерин 55,0-70,0 Углерод четыреххлористый 5,0-15,0 Аммоний надсернокислый 0,3-3,0 Вода 0,1-1,0 Диметилформамид Остальное

В качестве электропроводящей составляющей известный электролит содержит аммоний надсернокислый. Являясь сильным окислителем, аммоний надсернокислый в присутствии воды разлагается с выделением кислорода и озона, что приводит к появлению пузырьков газа в электролите, негативно влияющих на качество поверхности анодной оксидной пленки, а именно повышает ее пористость. Растворителем в известном электролите служат четыреххлористый углерод и диметилформамид. Основным недостатком известного электролита является нестойкость защитной маски из фоторезиста к этим растворителям.

Известен электролит для анодного окисления полупроводников типа A^IIIB^V (см. SU 1840202, МПК H01L 21/306, опубликован 20.08.2006), содержащий пирофосфорную кислоту, четыреххлористый углерод и органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Пирофосфорная кислота 0,3-3,0 Четыреххлористый углерод 5-15 Органический растворитель Остальное

Известный электролит обеспечивает улучшенные параметры границы раздела полупроводник - анодный окисел, но не может быть использован при фотолитографии из-за растворения четыреххлористым углеродом и органическим растворителем маски из фоторезиста.

Известен электролит для анодного окисления полупроводниковых соединений A^IIIB^V (см. SU 1840187, МПК H01L 21/00, опубликован 10.08.2006), содержащий диметилформамид, персульфат аммония, глицерин и галогеносодержащую соль аммония при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Диметилформамид 50-80 Персульфат аммония 0,3-0,5 Галогеносодержащая соль аммония 0,0001-0,1 Глицерин Остальное

Основным недостатком известного электролита является нестойкость защитной маски из фоторезиста к этому растворителю.

Известен электролит для анодного окисления полупроводниковых соединений на основе A^IIIB^V (см. RU 553699, МПК H01L 21/316, опубликовано 05.04.1977), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Электролит-прототип включает ортофосфорную кислоту, изопропиловый спирт и глицерин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ортофосфорная кислота 1,0-10,0 Изопропиловый спирт 30-70 Глицерин Остальное

В электролите-прототипе ортофосфорная кислота служит в качестве электропроводящей добавки и обеспечивает увеличение скорости анодирования и улучшение диэлектрических свойств покрытия. Основным недостатком известного электролита-прототипа является нестойкость защитной маски из фоторезиста к изопропиловому спирту.

Задачей изобретения является разработка электролита для анодного окисления полупроводниковых соединений на основе A^IIIB^V, позволяющего проводить анодное окисление поверхности полупроводников A^IIIB^V с сохранением целостности защитной маски из фоторезиста.

Поставленная задача достигается тем, что электролит для анодного окисления полупроводниковых соединений на основе A^IIIB^V, включающий ортофосфорную кислоту и глицерин, дополнительно содержит уксусную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ортофосфорная кислота 1-20 Уксусная кислота 46-57 Глицерин Остальное

При содержании ортофосфорной кислоты более 20,0 мас.% скорость анодного окисления чрезмерно увеличивается, что приводит к менее ровной поверхности оксидного слоя. При содержании ортофосфорной кислоты менее 1 мас.% скорость анодного окисления значительно замедляется, что приводит к увеличению продолжительности и снижению технологичности процесса анодирования. При содержании уксусной кислоты более 57 мас.% вязкость электролита понижается, что препятствует достижению более ровной поверхности оксидного слоя на аноде. При содержании уксусной кислоты менее 46,0 мас.% морфология поверхности ухудшается из-за возрастающего влияния ортофосфорной кислоты. К тому же понижается электропроводность электролита, процесс растворения анодной пленки доминирует над процессом окисления поверхности полупроводника.

Электролит приготавливают путем смешивания компонентов: ортофосфорной кислоты, уксусной кислоты и глицерина в указанном выше соотношении. Смесь приготавливают при комнатной температуре, используют как свежеприготовленную, так и после выстаивания в течение 6 часов.

Пример 1. Анодное окисление проводили на полупроводниковом соединении InP, на поверхность которого была нанесена маска из позитивного фоторезиста AZ 4533 толщиной 2,0 мкм.

Электролит имел следующий состав, мас.%:

Ортофосфорная кислота 0,8 Уксусная кислота 57,0 Глицерин Остальное

Расстояние между образцом площадью S=2 см² и катодом, изготовленным из платиновой проволоки, составляло 2 см. Анодирование проводилось при комнатной температуре 23°C без перемешивания электролита и дополнительного освещения, в потенциометрическом режиме (при постоянном напряжении) 50 В в течение 3 минут. Величина плотности тока в начале процесса анодирования составляла 20 мА/см², в конце процесса анодирования плотность тока понижалась до 0,2 мА/см². Толщину анодной пленки регулировали напряжением, создаваемым между анодом и катодом, которое задавалось на внешнем источнике питания постоянного тока Б5-50. Результат анодирования: оксидный слой на поверхности полупроводниковой пластины сформировался равномерным по толщине в виде беспористой пленки, фоторезист не поврежден.

Пример 2. Проводили анодное окисление, как в примере 1, за исключением того, что полупроводниковым соединением была пластина GaSb, на поверхность которого была нанесена маска толщиной 1,5 мкм из позитивного фоторезиста Shipley 1813-SP15, а электролит имел следующий состав, мас.%:

Ортофосфорная кислота 20,0 Уксусная кислота 46,0 Глицерин Остальное

Результат анодирования: оксидный слой на поверхности полупроводниковой пластины сформировался равномерным по толщине в виде беспористой пленки, фоторезист не поврежден.

Пример 3. Проводили анодное окисление, как в примере 1, за исключением того, что полупроводниковым соединением была структура InAsSbP, на поверхность которого была нанесена маска толщиной 3 мкм из позитивного фоторезиста AZ 4533, а электролит имел следующий состав, мас.%:

Ортофосфорная кислота 7,5 Уксусная кислота 53,0 Глицерин Остальное

Результат анодирования: оксидный слой на поверхности полупроводниковой пластины сформировался равномерным по толщине в виде беспористой пленки, фоторезист не поврежден.

Настоящий электролит позволяет совмещать в одном процессе два метода - фотолитографию с использованием позитивных фоторезистов, стойких в кислой среде, и анодное окисление поверхности полупроводника через маску из фоторезиста.

Диэлектрические свойства полученных анодных оксидов позволяют использовать их в приборах и устройствах, изготовленных на основе полупроводников A^IIIB^V и их соединений, работающих в ИК диапазоне (для пассивации поверхности мез свето- и фотодиодов, для создания МДП структур с применением в газочувствительных сенсорах).

Изобретение относится к области микроэлектроники и может найти применение при формировании оксидных слоев в технологии МДП-приборов. Электролит для анодного окисления полупроводниковых соединений на основе A^IIIB^V включает ортофосфорную кислоту и глицерин. Дополнительно электролит содержит уксусную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ортофосфорная кислота 1-20 Уксусная кислота 46-57 Глицерин Остальное

Электролит позволяет проводить анодное окисление поверхности полупроводников A^IIIB^V с сохранением целостности защитной маски из фоторезиста.

Электролит для анодного окисления полупроводниковых соединений на основе A^IIIB^V, включающий ортофосфорную кислоту и глицерин, отличающийся тем, что дополнительно содержит уксусную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ортофосфорная кислота 1-20 Уксусная кислота 46-57 Глицерин Остальное