ЭЛЕКТРОЛИТ ДЛЯ АНОДНОГО ОКИСЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ТИПА АВ Советский патент 2006 года по МПК H01L21/306 

Изобретение относится к области микроэлектроники и может найти широкое применение в технологии МДП-интегральных схем, в частности фотоприемных устройств, на основе полупроводников A^IIIB^V.

Современные требования к многоэлементным фотоприемникам на базе полупроводников А^IIIВ^V диктуют необходимость создания МДП-структур с плотностью поверхностных состояний на границе раздела диэлектрик-полупроводник N_ss<2,0·10¹¹см^-2 и временем релаксации емкости неосновных носителей τ_рел>40 мксек одновременно. При этом время релаксации не должно уменьшаться при увеличении рабочего напряжения, поданного на МДП-структуру.

Электрические свойства границы раздела полупроводник - диэлектрик зависят, в основном, от способа формирования активного диэлектрика.

Наиболее приемлемым и перспективным методом получения диэлектрических пленок на поверхности полупроводников A^IIIB^V является их электрическое окисление. При этом электрофизические параметры анодных окислов, а также границы раздела анодный окисел - полупроводник в большой степени определяются составом и свойствами применяемого электролита.

Известен безводный электролит на основе тетрагидрофурфурилового спирта и пирофосфорной кислоты [1]. Результаты электрофизических измерений МДП-структур, диэлектрические пленки которых получены в указанном электролите, превышали практически по всем параметрам МДП-структуры с анодными слоями, формированными в водных растворах: например, N_ss=7,5·10¹¹см^-2; Е_пр=2·10⁶ В/см, по сравнению с N_ss=1·10¹²см^-2 и Е_пр=10⁶ В/см для пленок, полученных в водных растворах.

Известен электролит [2] на основе органических соединении, содержащий, вес.%:

Персульфат аммония1-3Глицерин55-70Диметилформамидостальное

Применительно к антимониду индия использование этого электролита в режиме постоянного тока позволяет получать МДП-структуры с N_ss=(2,0-2,5)·10¹¹см^-2.

Известен также электролит [3], содержащий, вес.%:

Фторид аммония0,0001-0,01Персульфат аммония0,3-0,5Диметилформамид50-80Глипериностальное

Применение этого электролита для получения активного диэлектрика на поверхности антимонида индия в вольтстатическом режиме позволяет получить МДП-структуры с N_ss1,0·10¹¹см^-2. Однако время релаксации емкости у сформированных в этом электролите структур не превышает 20-30 мксек и быстро спадает при рабочих напряжениях, поданных на структуру, больше 7-10 В. А это, в свою очередь, ограничивает число работающих элементов в изготавливаемом приборе. Следует отметить, что неорганические галогениды, в том числе и фторид аммония, входящий в состав известного электролита [3], трудно использовать в качестве одного из компонентов электролита главным образом из-за того, что их сложно растворять во многих органических растворителях. Это снижает их эффективность. Кроме того, неорганические галогениды, содержащиеся в электролите, могут селективно травить полупроводниковые подложки А^IIIВ^V и тем самым значительно снижать однородность диэлектрических свойств анодного окисла по площади пластины, а значит, и выход годных приборов. Указанные недостатки приводят к недостаточно высоким значениям времени релаксации у сформированных МДП-структур и нестабильным электрофизический свойствам.

Целью настоящего изобретения является улучшение параметров границы раздела полупроводник - анодный окисел.

Поставленная цель достигается тем, что в безводный электролит для окисления полупроводников A^IIIB^V добавляют четыреххлористый углерод в количестве 5-15 вес.%.

Экспериментально обнаружено, что введение хлор-радикалов в раствор для анодирования улучшает электрофизические свойства границы раздела полупроводник - диэлектрик. Выбор в качестве галогенсодержащего органического соединения четыреххлористого углерода определяется тем соображением, что легкость расщепления связи углерод-галоген в значительной степени зависит от структуры углеродного скелета и увеличивается по мере накопления атомов галогена при одном атоме углерода.

В качестве электролита можно использовать раствор пирофосфорной кислоты и четыреххлористого углерода в органических растворителях.

В качестве растворителя целесообразно использовать апетонитрил. Тогда составляющие электролита выполняют следующую роль. Ацетонитрил - хороший растворитель для многих полярных и ионных органических соединений, а также для минеральных кислот, он совершенно инертен и с большим трудом окисляется и восстанавливается электрохимически, чем выгодно отличается от других органических растворителей, в том числе и диметилформамида. Пирофосфорная кислота - источник кислорода и электропроводный компонент, четыреххлористый углерод - источник хлор-ионов и хлорсодержащих радикалов, образующихся в процессе электролиза и встраивающихся в оксид.

Для анодирования антимонида индия можно использовать электролиты состава, вес.%:

Примеры

Предварительно была определена концентрация пирофосфорной кислоты на фоне чистого растворителя. В таблице 1 приведены электрофизические характеристики границы полупроводник InSb - диэлектрик. Анодный окисел выращен в растворе анетонитрила или диметилформамида с разным содержанием пирофосфорной кислоты.

Анодирование здесь и в последующих примерах осуществлялось в гальваностатическом режиме при плотности тока 1,0 мА/см² в течение 2,5-3,0 мин.

Вспомогательным электродом служила платиновая пластина. Толщина анодного окисла при этом составляла 1500-1700

Таблица 1№ п/пКонцентрация пирофосфорной кислоты, вес.%N_ss·10^-11, см^-2τ_рел, мксек% годных10,27,0±0,510±53020,33,0±0,420±106033,04,2±0,625±106545,07,2±0,830±1035

Таким образом, оптимальной концентрацией пирофосфорной кислоты в электролите является концентрация 0,3-3,0 вес.%.

Для получения оптимального состава предлагаемого электролита были подготовлены пять смесей ингредиентов, содержащих каждая, вес.%: пирофосфорная кислота 1,0; четыреххлористый углерод 2, 5, 10, 15, 20, ацетонитрид остальное. В таблице 2 приведены сведения, характеризующие влияние концентрации четыреххлористого углерода на электрофизические свойства МДП-структур на антимониде индия.

Таблица 2№ п/пКонцентрация четыреххлористого углерода, вес.%N_ss·10^-11, см^-2τ_рел, мксек% годных125,0±0,815±530252,5±0,440±5603101,8±0,350±10604153,0±0,540±10505205,5±0,510±540

Таким образом, определены границы количественного состава электролита, вес.%:

Пирофосфорная кислота0,3-3,0Четыреххлористый углерод5 - 15Растворительостальное

В качестве растворителя может быть применен ацетонитрил, диметилформамид, тетрагидрофурфуриловый спирт и другие органические соединения.

Достоинством предлагаемых электролитов является их универсальность. Эти электролиты, особенно ацетонитрильный, можно с успехом применять для анодирования других полупроводников группы A^IIIB^V. В таблице 3 приведены электрофизические характеристики МДП-структур на арсениде индия, анодное пленки которых получены при окислении в предлагаемом электролите на основе ацетонитрила, пирофосфорной кислоты и четыреххлористого углерода.

Таблица 3№ п/пКонцентрация четыреххлористого углерода, вес %N_ss·10^-11, см^-2τ_рел, мксек% годных157504021066050315104055

В таблице 4 приведены электрофизические параметры МДП-структур на антимониде индия, анодные пленки выращены в электролитах I и II. Концентрация четыреххлористого углерода изменялась в пределах 5-15 вес.% для следующего состава каждого из электролитов:

Таблица 4ЭлектролитКонцентрация четыреххлористого углерода, вес.%N_ss·10^-11, см^-2τ_рел, мксек% годных 5 4070I101,7±0,45060 15 3065 5 4550II100,9±0,25555 15 4540

Как видно из таблиц 2-4, электрофизические параметры МДП-структур на полупроводниковых материалах А^IIIВ^V, анодные пленки которых получены в предлагаемых электролитах, значительно лучше, чем те, которые сформированы в известных электролитах. Лучшие электрофизические свойства МДП-структур позволяют совершенствовать технологию фотоприемных МДП-линеек и увеличить процент выхода годных на 20-30%.

Изобретение относится к области микроэлектроники и может найти широкое применение в технологии МДП-интегральных схем. Сущность: электролит содержит органический растворитель, кислородосодержащую и электропроводную составляющую. Кроме того, электролит дополнительно содержит четыреххлористый углерод в количестве 5-15 вес.%. Электролит может содержать органический растворитель, пирофосфорную кислоту и четыреххлористый углерод при следующем соотношении компонентов, вес.%: пирофосфорная кислота 0,3-3,0, четыреххлористый углерод 5-15, растворитель остальное. Технический результат: улучшение параметров границы раздела полупроводник - анодный окисел. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Электролит для анодного окисления полупроводников типа А^IIIВ^V, содержащий органический растворитель, кислородосодержащую и электропроводную составляющую, отличающийся тем, что, с целью улучшения параметров границы раздела полупроводник - анодный окисел, электролит дополнительно содержит четыреххлористый углерод в количестве 5-15 вес.%.2. Электролит по п.1, содержащий органический растворитель, пирофосфорную кислоту, отличающийся тем, что электролит дополнительно содержит четыреххлористый углерод при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Пирофосфорная кислота 0,3-3,0

Четырехлористый углерод 5-15

Растворитель остальное