CN111755566B - 一种硅基碲化镉复合衬底预处理方法 - Google Patents
一种硅基碲化镉复合衬底预处理方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种硅基碲化镉复合衬底预处理方法，本发明在硅基碲化镉的最后阶段，即硅基碲化镉经过高温退火之后，增加一个工艺流程生长预设厚度的碲化镉层，且不经退火，实验证明，该方法能够使得碲化镉表面粗糙度减小至1nm以下，从而能够大大提高硅基碲化镉复合衬底的成品率，进而提高了硅基碲化镉的整体品质。
Description
技术领域
本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种硅基碲化镉复合衬底预处理方法。
背景技术
目前，红外焦平面探测器正向着大面阵、双多色的第三代焦平面探测器领域发展。在众多焦平面探测器中，基于碲镉汞材料的焦平面探测器由于其较高的量子效率、探测光谱范围在全谱段可调等诸多优点占据着绝对的市场份额。
硅基碲化镉复合衬底是碲镉汞材料的主要衬底之一，其具有以下的优势：更大的可用面积，为大面积红外焦平面器件的制备提供了可能；更低的材料成本；与Si读出电路的热应力匹配，解决了器件互连过程中与读出电路的热失配问题；较高的机械强度和平整度，实现了器件工艺过程中的良好的兼容匹配性；因此它成为诸多替代衬底中最具有竞争力的一种。
为了稳定、高效的开展硅基碲镉汞材料工艺，硅基碲化镉复合衬底工艺和硅基碲镉汞工艺通常在两个分子束外延生长腔室中分别进行，而硅基碲化镉复合衬底在进入硅基碲镉汞工艺腔室之前需要进行预处理。当前国内外常用的硅基碲化镉复合衬底预处理方法通常是直接湿化学腐蚀处理方法，即采用0.5～2％溴甲醇腐蚀10～30秒，其目的是去除氧化层，同时保持衬底表面粗糙度低于1nm。但是实际湿化学预处理过程后硅基碲化镉复合衬底表面粗糙度仍大于1nm，从而不利于后期外延碲镉汞材料的质量。
发明内容
本发明提供了一种硅基碲化镉复合衬底预处理方法，以解决现有湿化学预处理后的硅基碲化镉表面粗糙，从而影响硅基碲化镉的质量的问题。
本发明提供了一种硅基碲化镉复合衬底预处理方法，该方法包括：
硅基碲化镉高温退火后，在所述硅基碲化镉上生长预设厚度的碲化镉层，得到硅基碲化镉复合衬底；
对所述硅基碲化镉复合衬底进行超声清洗；
对超声清洗后的硅基碲化镉复合衬底在溴甲醇腐蚀液中进行湿化学腐蚀处理；
去除所述硅基碲化镉复合衬底表面试剂残留，得到处理后的硅基碲化镉复合衬底。
可选地，所述预设厚度为0.08-0.12μm。
可选地，在所述硅基碲化镉上生长预设厚度的碲化镉层之后，对所述硅基碲化镉复合衬底进行超声清洗之前，还包括：对所述硅基碲化镉复合衬底进行筛选测试，筛选出合格的硅基碲化镉复合衬底。
可选地，对所述硅基碲化镉复合衬底进行超声清洗，包括：将筛选合格的硅基碲化镉复合衬底在丙酮中进行超声清洗10～15分钟，取出后，使用丙酮冲洗30～60秒。
可选地，所述溴甲醇腐蚀液中溴甲醇浓度为0.01～0.1％。
可选地，所述溴甲醇腐蚀液的温度为30～40℃，
可选地，所述湿化学腐蚀处理的时间为60～70s。
可选地，去除所述硅基碲化镉复合衬底表面试剂残留，包括：使用甲醇漂洗所述硅基碲化镉复合衬底3～5分钟，以去除所述硅基碲化镉复合衬底表面的残留的试剂。
可选地，去除所述硅基碲化镉复合衬底表面试剂残留之后，还包括：使用氮气枪吹干所述硅基碲化镉复合衬底表面。
本发明有益效果如下：
本发明在硅基碲化镉的最后阶段，即硅基碲化镉经过高温退火之后，增加一个工艺流程生长预设厚度的碲化镉层，且不经退火，实验证明，该方法能够使得碲化镉表面粗糙度减小至1nm以下，从而能够大大提高硅基碲化镉复合衬底的成品率，进而提高了硅基碲化镉的整体品质。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种硅基碲化镉复合衬底预处理方法的流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例针对现有湿化学预处理后的硅基碲化镉表面粗糙而影响硅基碲化镉的质量的问题，通过在硅基碲化镉的最后阶段，即硅基碲化镉经过高温退火之后，增加一个工艺流程生长预设厚度的碲化镉层，且不经退火，实验证明，该方法能够使得碲化镉表面粗糙度减小至1nm以下，从而能够大大提高硅基碲化镉复合衬底的成品率，进而提高了硅基碲化镉的整体品质。以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。
本发明第一实施例提供了一种自动化测试数据的方法，参见图1，在测试机侧，该方法包括：
一种硅基碲化镉复合衬底预处理方法，参见图1，该方法包括：
S101、硅基碲化镉高温退火后，在所述硅基碲化镉上生长预设厚度的碲化镉层，得到硅基碲化镉复合衬底；
具体实施时，所述预设厚度为0.08-0.12μm。
S102、对所述硅基碲化镉复合衬底进行超声清洗；
S103、对超声清洗后的硅基碲化镉复合衬底在溴甲醇腐蚀液中进行湿化学腐蚀处理；
所述溴甲醇腐蚀液中溴甲醇浓度为0.01～0.1％，所述溴甲醇腐蚀液的温度为30～40℃，所述湿化学腐蚀处理的时间为60～70s。
S104、去除所述硅基碲化镉复合衬底表面试剂残留，得到处理后的硅基碲化镉复合衬底。
具体实施时，本发明实施例中，在所述硅基碲化镉上生长预设厚度的碲化镉层之后，对所述硅基碲化镉复合衬底进行超声清洗之前，还包括：
对所述硅基碲化镉复合衬底进行筛选测试，筛选出合格的硅基碲化镉复合衬底。
具体来说，本发明实施例对所述硅基碲化镉复合衬底进行超声清洗，包括：
将筛选合格的硅基碲化镉复合衬底在丙酮中进行超声清洗10～15分钟，取出后，使用丙酮冲洗30～60秒。
进一步地，本发明实施例中，去除所述硅基碲化镉复合衬底表面试剂残留，包括：使用甲醇漂洗所述硅基碲化镉复合衬底3～5分钟，以去除所述硅基碲化镉复合衬底表面的残留的试剂。
本发明实施例中，去除所述硅基碲化镉复合衬底表面试剂残留之后，还包括：
使用氮气枪吹干所述硅基碲化镉复合衬底表面。
需要说明的是，本发明实施例中所述的厚度、时间以及浓度参数都可以根据实际情况进行任意设定，本发明对此不作详细限定。
总体来说，本发明实施例首先在硅基碲化镉复合衬底工艺的最后阶段，生长0.1μm碲化镉层，且不对其进行退火处理，此步骤能够解决硅基碲化镉工艺最后一步中碲化镉退火导致的部分硅基碲化镉表面粗糙度大于1nm的问题，并且，此步骤与后面的步骤综合作用，使腐蚀后的硅基碲化镉表面质量高和表面粗糙度低二者兼具；其次采用温度恒定为30～40℃的0.01～0.1％溴甲醇，腐蚀液腐蚀60～70秒，去除表面新形成的氧化层和上一个步骤中生长的大部分未退火处理的碲化镉层，从而使得本发明所述的方法能够稳定获得表面粗糙度在1nm左右，并使得RHEED图样呈(211)晶面特征条纹状。
详细来说，由于部分硅基碲化镉复合衬底本身的粗糙度已经大于1nm，不利于后续外延碲镉汞材料质量，为了提高硅基碲化镉质量，在硅基碲化镉复合衬底工艺的最后阶段(硅基碲化镉经过高温退火)之后，增加一个工艺流程生长0.1μm碲化镉层，且不经退火，此过程能够减小碲化镉表面粗糙度至1nm以下，但是由于其未经退火，材料质量不高，不适合碲镉汞材料生长，需要在后一步的处理中去除大部分此0.1μm碲化镉层，仅保留其减小表面粗糙度的有益效用；取出衬底进行筛选测试，筛选合格的硅基碲化镉复合衬底首先采用丙酮和甲醇漂洗的方法去除衬底表面有机物；使用温度为30～40℃、浓度为0.01～0.1％溴甲醇腐蚀液对硅基碲化镉复合衬底表面进行湿化学腐蚀处理60～70s，去除步骤1生长的0.1μm碲化镉层，并将粗糙度保持在1nm水平，此步骤中的腐蚀液温度与浓度和处理时间对应的效果是将0.1μm碲化镉层腐蚀殆尽，浓度为0.01～0.1％溴甲醇腐蚀液对应的效果是将粗糙度保持在1nm以内水平，且低浓度、较长时间的腐蚀工艺重复性更高；使用甲醇漂洗衬底3～5分钟，去除衬底表面试剂残留；使用氮气枪吹干衬底表面，然后转移进碲镉汞腔室进行碲镉汞工艺。
实验表明，本发明实施例所述的方法有效提高了硅基碲化镉复合衬底的成品率：部分硅基碲化镉本身的粗糙度已经大于1nm，不利于后续外延碲镉汞材料的质量，在硅基碲化镉的最后阶段(硅基碲化镉经过高温退火)之后，增加一个工艺流程生长0.1μm碲化镉层，且不经退火，此过程能够减小碲化镉表面粗糙度至1nm以下，能够大大提高硅基碲化镉复合衬底的成品率；
并且，本发明实施例所述的方法在降低粗糙度的同时没有牺牲硅基碲化镉表面质量：粗糙度低与表面质量高在某些方面来说是不相容的，为了追求表面质量高，必须对硅基碲化镉衬底进行高温退火，但高温退火势必引入更高的粗糙度，但我们的硅基碲化镉复合衬底预处理方案在生长未经退火的0.1μm碲化镉层后，再将其大部分腐蚀掉，仅保留其减小表面粗糙度的有益效用，而不降低表面质量。
另外，本发明实施例使用温度为30～40℃、浓度为0.01～0.1％溴甲醇腐蚀液对硅基碲化镉复合衬底表面进行湿化学腐蚀处理60～70s，去除0.1μm碲化镉层，并将粗糙度保持在1nm水平，此步骤中的30～40℃、0.01～0.1％溴甲醇浓度和60～70s处理时间是经过多次测算，对应的效果是将0.1μm碲化镉层腐蚀殆尽，浓度为0.01～0.1％溴甲醇腐蚀液也是通过多次试验获得，对应的效果是将粗糙度保持在1nm以内水平，且低浓度长时间的腐蚀工艺重复性更加出色，满足生产化工艺的要求。
总体来说，依照本发明实施例的硅基碲化镉复合衬底预处理方法，能够大大提高硅基碲化镉复合衬底的质量，减小碲化镉表面粗糙度至1nm以下，并能解决在衬底转移过程中出现的衬底沾污、氧化情况，利于后续的碲镉汞工艺的开展。易于操作，重复性高，方便硅基碲化镉复合衬底预处理工艺的开展。
为便于理解，下面将通过一个具体的例子详述本发明所述的方法，具体步骤如下：
步骤1：在原先的硅基碲化镉工艺结束(硅基碲化镉经过高温退火)后，生长0.1μm碲化镉层，且不经退火；
步骤2：取出衬底进行筛选测试，筛选合格的硅基碲化镉复合衬底；
步骤3：将筛选合格的衬底在丙酮中进行超声清洗10～15分钟，去除表面油脂；之后取出，使用丙酮冲洗30～60秒；
步骤4：配制温度为30～40℃、浓度为0.01～0.1％溴甲醇腐蚀液；
步骤5：溴甲醇腐蚀液对硅基碲化镉复合衬底表面进行湿化学腐蚀处理60～70s；
步骤6：使用甲醇漂洗衬底3～5分钟，去除衬底表面试剂残留；
步骤7：使用氮气枪吹干衬底表面，然后转移进碲镉汞腔室。
综上所述，依照本发明专利的方法，按照以上步骤，即硅基碲化镉复合衬底预处理方法。
尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。
Claims (9)
1.一种硅基碲化镉复合衬底预处理方法，其特征在于，包括：
硅基碲化镉高温退火后，在所述硅基碲化镉上生长预设厚度的碲化镉层，得到硅基碲化镉复合衬底；
对所述硅基碲化镉复合衬底进行超声清洗；
对超声清洗后的硅基碲化镉复合衬底在溴甲醇腐蚀液中进行湿化学腐蚀处理；
去除所述硅基碲化镉复合衬底表面试剂残留，得到处理后的硅基碲化镉复合衬底；
通过复合衬底上增加形成预设厚度碲化镉层，不经退火，然后将增加的碲化镉层除减小表面粗糙度有益效用的厚度外，控制腐蚀条件将形成的预设厚度碲化镉层全部去除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述预设厚度为0.08-0.12μm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述硅基碲化镉上生长预设厚度的碲化镉层之后，对所述硅基碲化镉复合衬底进行超声清洗之前，还包括：
对所述硅基碲化镉复合衬底进行筛选测试，筛选出合格的硅基碲化镉复合衬底。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对所述硅基碲化镉复合衬底进行超声清洗，包括：
将筛选合格的硅基碲化镉复合衬底在丙酮中进行超声清洗10～15分钟，取出后，使用丙酮冲洗30～60秒。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述溴甲醇腐蚀液中溴甲醇浓度为0.01～0.1％。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
所述溴甲醇腐蚀液的温度为30～40℃。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述湿化学腐蚀处理的时间为60～70s。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，去除所述硅基碲化镉复合衬底表面试剂残留，包括：
使用甲醇漂洗所述硅基碲化镉复合衬底3～5分钟，以去除所述硅基碲化镉复合衬底表面的残留的试剂。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，去除所述硅基碲化镉复合衬底表面试剂残留之后，还包括：
使用氮气枪吹干所述硅基碲化镉复合衬底表面。
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