RU2574459C1 - Composition of polishing etching agent for chemical-mechanical polishing of cadmium-zinc telluride - Google Patents

Composition of polishing etching agent for chemical-mechanical polishing of cadmium-zinc telluride Download PDF

Info

Publication number
RU2574459C1
RU2574459C1 RU2014147278/05A RU2014147278A RU2574459C1 RU 2574459 C1 RU2574459 C1 RU 2574459C1 RU 2014147278/05 A RU2014147278/05 A RU 2014147278/05A RU 2014147278 A RU2014147278 A RU 2014147278A RU 2574459 C1 RU2574459 C1 RU 2574459C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
polishing
cadmium
zinc telluride
chemical
composition
Prior art date
Application number
RU2014147278/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Сергеевич Кашуба
Медина Рефатовна Лакманова
Анна Владимировна Погожева
Эльмар Фазиевич Захаров
Original Assignee
Акционерное общество "НПО "Орион"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "НПО "Орион" filed Critical Акционерное общество "НПО "Орион"
Application granted granted Critical
Publication of RU2574459C1 publication Critical patent/RU2574459C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: composition of polishing etching agent includes the following components: 7 volume parts of sulphuric acid (98%), 1 volume part of hydrogen peroxide (30%), 1 volume part of water, 3.5 volume parts of ethyleneglycol.
EFFECT: increase of polishing speed at specified speed of disk revolution.
2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к материаловедению, в частности к области обработки поверхности теллурида кадмия-цинка (КЦТ) ориентации (111) химико-механическим полирующим травлением.The invention relates to materials science, in particular to the field of surface treatment of cadmium-zinc telluride (CCT) orientation (111) by chemical-mechanical polishing etching.

От состояния поверхности полупроводникового материала, ее дефектности зависит качество нанесения антиотражающего покрытия (АОП) при изготовлении полупроводниковых приборов. Для улучшения адгезии на границе раздела КЦТ-АОП необходимо, чтобы перед проведением нанесения АОП шероховатости поверхности были минимальны. Лучшим способом подготовки поверхности является полирующее химико-механическое травление.The quality of the antireflection coating (AOP) in the manufacture of semiconductor devices depends on the state of the surface of the semiconductor material and its imperfection. To improve adhesion at the CCT-AOP interface, it is necessary that the surface roughness is minimal before applying AOP. The best way to prepare the surface is polishing chemical-mechanical etching.

Целью данного изобретения является разработка состава травителя, который позволяет вести процесс полирующего химико-механического травления теллурида кадмия-цинка.The aim of this invention is to develop an etchant composition that allows the process of polishing chemical-mechanical etching of cadmium-zinc telluride.

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.The process of polishing etching can take place only in case of homogeneity of the physicochemical properties of the treated surface. For surface homogenization, it is necessary to ensure conditions under which the rate of electronic exchange between physically and chemically heterogeneous points of the surface is greater than or equal to the rate of electronic exchange between these points and reagents (etching agent) in solution.

Согласно известным теориям эффект химического полирующего травления может быть достигнут при условии, что в процессе травления вблизи поверхности образуется вязкая пленка из продуктов растворения полупроводников. Этот тип пленки является гомогенной.According to well-known theories, the effect of chemical polishing etching can be achieved provided that during the etching process a viscous film is formed near the surface of the dissolution products of semiconductors. This type of film is homogeneous.

Поэтому на практике для достижения эффекта полирующего травления обычно используют концентрированные вязкие растворы, часто с добавками ингибиторов (вода).Therefore, in practice, concentrated viscous solutions are often used to achieve the effect of polishing etching, often with the addition of inhibitors (water).

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:The process of polishing etching is carried out due to the relatively low solvent content compared with the oxidizing agent, that is, the process of dissolution of the semiconductor material proceeds in the diffusion mode, and a viscous film is formed near the surface of the products of dissolution of the semiconductor material. The dissolution of the semiconductor material in the acid system depends on the stage of surface oxidation and the subsequent dissolution of the oxide (in the present invention, the dissolution of cadmium-zinc telluride) occurs due to the appearance of active atomic oxygen in the process of interaction reactions:

(H2SO4+H2O2=H2SO5+H2O; H2SO5=H2SO4+2O*).(H 2 SO 4 + H 2 O 2 = H 2 SO 5 + H 2 O; H 2 SO 5 = H 2 SO 4 + 2O *).

Для растворения образующихся на поверхности оксидов целесообразно добавлять в травитель комплексообразователь (в заявляемом изобретении функцию комплексообразователя выполняет этиленгликоль). 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.To dissolve the oxides formed on the surface, it is advisable to add a complexing agent to the etchant (in the present invention, the function of the complexing agent is ethylene glycol). Various polybasic alcohols (for example, ethylene glycol, glycerin), due to their high viscosity and low ionization constant, reduce the dissolution rate, which is very important for polishing etching. Thus, the processes of dissolution of semiconductor materials in the field of polishing compositions proceed by the oxidation-hydration mechanism.

В кислых растворах подавляется диссоциация органических веществ, которые являются комплексообразователями. Поэтому на практике для достижения эффекта полирующего травления подбирается пара: неорганическая кислота - комплексообразователь.In acidic solutions, the dissociation of organic substances, which are complexing agents, is suppressed. Therefore, in practice, to achieve the effect of polishing etching, a pair is selected: inorganic acid is a complexing agent.

Для теллурида кадмия-цинка наиболее распространены травители на основе брома в метаноле или бромистоводородной кислоты с добавлением этиленгликоля, глицерина. Известны составы для травления теллурида кадмия-цинка, содержащие метанол, молочную кислоту, бром и этиленгликоль в различных соотношениях. Например, 5 объемных % (об. %) брома в метаноле + 20 об. % молочной кислоты + 2 об. % брома в этиленгликоле [Method for surface treatment of a cadmium zinc telluride crystal, US 55933706 А, дата публикации 3 авг.1999, авторы изобретения: Burger A., Chang Н., Kuo-Tong Chen, James R.]. Для случая полирующего травления теллурида кадмия-цинка травитель этого состава неприемлем, так как бром, являясь активным и токсичным веществом, сильно усложняет процесс химико-механического полирования.For cadmium zinc telluride, the most common are bromine-based etchants in methanol or hydrobromic acid with the addition of ethylene glycol, glycerol. Known compositions for the etching of cadmium-zinc telluride containing methanol, lactic acid, bromine and ethylene glycol in various ratios. For example, 5 volume% (vol.%) Bromine in methanol + 20 vol. % lactic acid + 2 vol. % bromine in ethylene glycol [Method for surface treatment of a cadmium zinc telluride crystal, US 55933706 A, publication date Aug 3, 1999, inventors: Burger A., Chang N., Kuo-Tong Chen, James R.]. For the case of polishing etching of cadmium-zinc telluride, an etchant of this composition is unacceptable, since bromine, being an active and toxic substance, greatly complicates the process of chemical-mechanical polishing.

Задача изобретения - разработка состава для химико-механического полирующего травления теллурида кадмия-цинка, который обеспечивает полирующее травление при шероховатости поверхности в среднем не более 7 нм.The objective of the invention is the development of a composition for chemical-mechanical polishing etching of cadmium-zinc telluride, which provides polishing etching with a surface roughness of an average of not more than 7 nm.

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.The problem is solved due to the fact that the composition for chemical-mechanical polishing etching of cadmium-zinc telluride is a system of 7 vol. parts H 2 SO 4 (98%), 1 vol. parts of H 2 O 2 (30%), 1 vol. parts of H 2 O, 3.5 vol. parts of ethylene glycol.

В литературе схожий состав для полирующего травления теллурида кадмия-цинка при химико-механической полировки не упоминается.In the literature, a similar composition for polishing etching of cadmium-zinc telluride during chemical-mechanical polishing is not mentioned.

Основа для нашего травителя была взята из кремниевой технологии для окисления верхнего слоя кремниевых пластин: серная кислота и перекись водорода.The basis for our etchant was taken from silicon technology for the oxidation of the upper layer of silicon wafers: sulfuric acid and hydrogen peroxide.

Серная кислота, взаимодействуя с перекисью водорода, образует пероксомоносерную кислоту (кислота Каро), которая является сильным окислителем:Sulfuric acid, interacting with hydrogen peroxide, forms peroxomonosulfuric acid (Caro acid), which is a strong oxidizing agent:

H2SO4+H2O2=H2SO5+H2O.H 2 SO 4 + H 2 O 2 = H 2 SO 5 + H 2 O.

Раствор этой кислоты не стабилен и разлагается по следующей реакции:The solution of this acid is not stable and decomposes according to the following reaction:

H2SO5(раствор)=H2SO4+2O*.H 2 SO 5 (solution) = H 2 SO 4 + 2O *.

Активный кислород окисляет теллур, кадмий и цинк по следующим реакциям:Active oxygen oxidizes tellurium, cadmium and zinc in the following reactions:

Те2+2O2*=2TeO2,Te 2 + 2O 2 * = 2 TeO 2 ,

2Zn+O2*=2ZnO,2Zn + O 2 * = 2ZnO,

2Cd+O2*=2CdO.2Cd + O 2 * = 2CdO.

В этой системе H2SO4-H2O2 увеличили концентрацию серной кислоты и добавили этиленгликоль.In this system, H 2 SO 4 —H 2 O 2 increased the concentration of sulfuric acid and ethylene glycol was added.

Добавление дополнительной серной кислоты способствует растворению оксидов и выведению их из зоны реакции.The addition of additional sulfuric acid promotes the dissolution of oxides and their removal from the reaction zone.

Взаимодействие серной кислоты с оксидами происходит по следующим реакциям:The interaction of sulfuric acid with oxides occurs according to the following reactions:

ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O,ZnO + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 O,

CdO+H2SO4=CdSO4+H2O.CdO + H 2 SO 4 = CdSO 4 + H 2 O.

Добавление этиленгликоля увеличивает время контакта травителя с образцом.The addition of ethylene glycol increases the contact time of the etchant with the sample.

Необходимость использования этиленгликоля обусловлена тем, что он, являясь многоосновным спиртом и имея высокую вязкость, имеет также малую константу ионизации, которая уменьшает скорость растворения, что очень важно при полирующем травлении.The need to use ethylene glycol is due to the fact that, being a polybasic alcohol and having a high viscosity, it also has a small ionization constant, which reduces the dissolution rate, which is very important for polishing etching.

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. В нашем случае это серная кислота и этиленгликоль.Thus, the processes of dissolution of semiconductor materials in the field of polishing compositions proceed by the oxidation-hydration mechanism. In acidic solutions, the dissociation of organic substances, which are complexing agents, is suppressed. Therefore, in practice, to achieve the effect of polishing etching, a pair is selected: inorganic acid is a complexing agent. In our case, it is sulfuric acid and ethylene glycol.

При соблюдении объемных соотношений 7 об. частей H2SO4 (98%), 1 об. части H2O2 (30%), 1 об. части H2O, 3,5 об. частей этиленгликоля и скорости подачи травителя на полировальный диск 1 капля в 4 секунды (таблица, фиг. 1) обеспечивает шероховатость поверхности в среднем менее 7 нм (фиг. 2).Subject to volumetric ratios of 7 vol. parts of H 2 SO 4 (98%), 1 vol. parts of H 2 O 2 (30%), 1 vol. parts of H 2 O, 3.5 vol. parts of ethylene glycol and the feed rate of the etchant to the polishing disc 1 drop in 4 seconds (table, Fig. 1) provides an average surface roughness of less than 7 nm (Fig. 2).

Таким образом, для осуществления полирующего травления состав отвечает следующим требованиям:Thus, for polishing etching the composition meets the following requirements:

- процесс растворения полупроводникового материала протекает в диффузионном режиме, поэтому процесс полирования поверхности проходит с минимальной скоростью;- the process of dissolution of the semiconductor material proceeds in a diffusion mode, therefore, the process of polishing the surface takes place at a minimum speed;

- 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.- due to the fact that the radius of curvature of irregularities during the diffusion regime is much smaller than the thickness of the diffusion layer, the curvature of the dissolving surface will not have a significant effect on the transfer rate of the substance inside the diffusion layer, and the surface roughness will be minimal.

Каждый из перечисленных признаков необходим, а вместе они достаточны для решения задачи изобретения.Each of the listed features is necessary, and together they are sufficient to solve the problem of the invention.

Технический результат изобретения заключается в получении высококачественной поверхности теллурида кадмия-цинка с минимальной шероховатостью и улучшении качества адгезии АОП при изготовлении фотоэлектронных приборов. Сущность изобретения: для полирующего травления используют раствор теллурида кадмия-цинка, имеющий содержание следующих компонентов, в объемных долях: серная кислота (98%) - 7; перекись водорода (30%) - 1; вода - 1; этиленгликоль - 3,5.The technical result of the invention is to obtain a high-quality cadmium-zinc telluride surface with minimal roughness and improving the quality of AOP adhesion in the manufacture of photoelectronic devices. The essence of the invention: for polishing etching using a solution of cadmium-zinc telluride, having the content of the following components, in volume fractions: sulfuric acid (98%) - 7; hydrogen peroxide (30%) - 1; water - 1; ethylene glycol - 3.5.

В качестве примера осуществления изобретения приведем испытанный состав для химико-механического полирующего травления теллурида кадмия-цинка в составе следующих компонентов, в объемных соотношениях: серная кислота (98%) - 7; перекись водорода (30%) - 1; вода - 1; этиленгликоль - 3,5.As an example embodiment of the invention, we give a tested composition for chemical-mechanical polishing etching of cadmium-zinc telluride in the composition of the following components, in volume ratios: sulfuric acid (98%) - 7; hydrogen peroxide (30%) - 1; water - 1; ethylene glycol - 3.5.

В качестве образцов использовались подложки теллурида кадмия-цинка ориентации (111). Наличие полирующего эффекта травления устанавливалось наблюдением поверхности образцов после химико-механического полирования методом атомно-силовой микроскопии (АСМ). Шероховатость поверхности определялась при помощи анализа АСМ изображений профилей образцов. В предлагаемых соотношениях компонентов удалось осуществить полирующее химико-механическое полирование поверхности теллурида кадмия-цинка ориентации (111) со средней шероховатостью поверхности не более 7 нм. Данные, характеризующие шероховатости поверхности образцов, были получены при помощи программного обеспечения «Integra Maximus».The samples used were cadmium-zinc telluride substrates of the (111) orientation. The presence of the polishing effect of etching was established by observing the surface of the samples after chemical-mechanical polishing by atomic force microscopy (AFM). The surface roughness was determined by analyzing the AFM images of the profiles of the samples. In the proposed ratios of the components, it was possible to polish the chemical-mechanical polishing surface of the cadmium-zinc telluride of orientation (111) with an average surface roughness of not more than 7 nm. The data characterizing the surface roughness of the samples were obtained using the Integra Maximus software.

Таким образом, предлагаемый состав позволяет получать полирующий эффект на образцах теллурида кадмия-цинка с кристаллографической ориентацией (111) с шероховатостью поверхности не более 7 нм.Thus, the proposed composition allows to obtain a polishing effect on cadmium-zinc telluride samples with a crystallographic orientation of (111) with a surface roughness of not more than 7 nm.

Figure 00000001
Figure 00000001

Claims (1)

Состав полирующего травителя для химико-механической полировки теллурида кадмия-цинка, включающий этиленгликоль, серную кислоту, перекись водорода, воду при следующем соотношении компонентов, объемные доли: серная кислота (98%) - 7; перекись водорода (30%) - 1; вода - 1; этиленгликоль - 3,5. The composition of the polishing etchant for the chemical-mechanical polishing of cadmium-zinc telluride, including ethylene glycol, sulfuric acid, hydrogen peroxide, water in the following ratio of components, volume fractions: sulfuric acid (98%) - 7; hydrogen peroxide (30%) - 1; water - 1; ethylene glycol - 3.5.
RU2014147278/05A 2014-11-24 Composition of polishing etching agent for chemical-mechanical polishing of cadmium-zinc telluride RU2574459C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2574459C1 true RU2574459C1 (en) 2016-02-10

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2627711C1 (en) * 2016-11-02 2017-08-10 Акционерное общество "НПО "Орион" Polishing etchant composition for chemical-mechanical polishing of cadmium-zinc telluride

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3948703A (en) * 1973-03-27 1976-04-06 Tokai Denka Kogyo Kabushiki Kaisha Method of chemically polishing copper and copper alloy
SU842111A1 (en) * 1979-01-10 1981-06-30 Днепродзержинский Индустриальныйинститут Им. M.И. Арсеничева Solution for chemical polishing of copper and its alloys
RU2097871C1 (en) * 1995-04-05 1997-11-27 Институт физики полупроводников СО РАН Method for producing semiconductor device matrices on substrate
US5933706A (en) * 1997-05-28 1999-08-03 James; Ralph Method for surface treatment of a cadmium zinc telluride crystal
RU2507312C1 (en) * 2012-06-29 2014-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" Method of cleaning metal surfaces from corrosion deposits

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3948703A (en) * 1973-03-27 1976-04-06 Tokai Denka Kogyo Kabushiki Kaisha Method of chemically polishing copper and copper alloy
SU842111A1 (en) * 1979-01-10 1981-06-30 Днепродзержинский Индустриальныйинститут Им. M.И. Арсеничева Solution for chemical polishing of copper and its alloys
RU2097871C1 (en) * 1995-04-05 1997-11-27 Институт физики полупроводников СО РАН Method for producing semiconductor device matrices on substrate
US5933706A (en) * 1997-05-28 1999-08-03 James; Ralph Method for surface treatment of a cadmium zinc telluride crystal
RU2507312C1 (en) * 2012-06-29 2014-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" Method of cleaning metal surfaces from corrosion deposits

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2627711C1 (en) * 2016-11-02 2017-08-10 Акционерное общество "НПО "Орион" Polishing etchant composition for chemical-mechanical polishing of cadmium-zinc telluride

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5315596B2 (en) Manufacturing method of bonded SOI wafer
TWI757441B (en) Cleaning liquid composition
Cuypers et al. Study of InP surfaces after wet chemical treatments
Meuris et al. Implementation of the IMEC-cleaning in advanced CMOS manufacturing
EP2575162A2 (en) Method for manufacturing a semiconductor device with a step of selectively removing a layer of silicon-germanium
Matovu et al. Use of multifunctional carboxylic acids and hydrogen peroxide to improve surface quality and minimize phosphine evolution during chemical mechanical polishing of indium phosphide surfaces
Bryce et al. Kinetics of GaAs dissolution in H2O2− NH4OH− H2O solutions
JP2014057039A (en) Process of manufacturing semiconductor substrate product and etchant
TWI795547B (en) Silicon wafer cleaning method
JP4817887B2 (en) Semiconductor substrate cleaning method
Seo et al. Behavior of a GaSb (100) surface in the presence of H2O2 in wet-etching solutions
RU2574459C1 (en) Composition of polishing etching agent for chemical-mechanical polishing of cadmium-zinc telluride
RU2627711C1 (en) Polishing etchant composition for chemical-mechanical polishing of cadmium-zinc telluride
Ashok et al. Growth and etch rate study of low temperature anodic silicon dioxide thin films
TWI594315B (en) Etching method, and method of producing semiconductor substrate product and semiconductor device using the same
TWI620811B (en) Titanium oxide film removal method and removal device
Gu et al. Effect of additives in organic acid solutions for post-CMP cleaning on polymer low-k fluorocarbon
Lie et al. Controlled oxide removal and surface morphology on InSb (100) using gas phase HF/H2O
JP2015197596A (en) Composition for forming silicon-containing film and pattern forming method
US7988876B2 (en) Method for reducing and homogenizing the thickness of a semiconductor layer which lies on the surface of an electrically insulating material
CN116918041A (en) Method for cleaning silicon wafer, method for manufacturing silicon wafer, and silicon wafer
Gondek et al. Etching silicon with aqueous acidic ozone solutions: Reactivity studies and surface investigations
JP5630527B2 (en) Manufacturing method of bonded SOI wafer
JP7279753B2 (en) Silicon wafer cleaning method and manufacturing method
Sato et al. Comparative surface study on hydrogen terminated Si surface covered with alcohols