Состав полирующего травителя для химико-механической полировки теллурида кадмия-цинка Российский патент 2017 года по МПК C23F1/30 H01L21/306 

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:

H₂SO₄+H₂O₂=H₂SO₅+H₂O; H₂SO₅=H₂SO₄+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.

Задача решается за счет того, что состав для химико-механического полирующего травления теллурида кадмия-цинка представляет из себя систему из 7 об. частей H₂SO₄ (98%), 1 об. части H₂O₂ (30%), 1 об. части H₂O, 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:

H₂SO₄+H₂O₂=H₂SO₅+H₂O.

Раствор этой кислоты не стабилен и разлагается по следующей реакции:

H₂SO_{5(раствор)}=H₂SO₄+2O*.

Активный кислород окисляет теллур, кадмий и цинк по следующим реакциям:

Те₂+2O₂*=2TeO₂;

2Zn+O₂*=2ZnO;

2Cd+O₂*=2CdO.

Добавление дополнительной серной кислоты способствует растворению оксидов и выведению их из зоны реакции.

Взаимодействие серной кислоты с оксидами происходит по следующим реакциям:

ZnO+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂O;

CdO+H₂SO₄=CdSO₄+H₂O.

К этой системе H₂SO₄-H₂O₂ 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).

При соблюдении объемных соотношений 7 об. частей H₂SO₄ (98%), 1 об. части Н₂О₂ (30%), 1 об. части H₂O, 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.

Изобретение относится к обработке поверхности теллурида кадмия-цинка химико-механическим полирующим травлением. Предложенный состав включает серную кислоту, перекись водорода, воду, этиленгликоль и глицерин, при следующем соотношении компонентов, объемные доли: серная кислота (98%) – 7, перекись водорода (30%) – 1, вода – 1, этиленгликоль - 3,5, глицерин - 3,5. Изобретение обеспечивает полирующее травление теллурида кадмия-цинка с образованием однородной поверхности с шероховатостью в среднем не более 7 нм. 3 ил.

Состав полирующего травителя для химико-механической полировки теллурида кадмия-цинка, включающий серную кислоту, перекись водорода, воду, этиленгликоль и глицерин, при следующем соотношении компонентов, объемные доли: серная кислота (98%) – 7, перекись водорода (30%) – 1, вода – 1, этиленгликоль - 3,5, глицерин - 3,5.