[1]Изобретение относится к материаловедению полупроводников и предназначено для контроля качества выращиваемых гетероэпитаксиальных слоев теллурида кадмия-ртути (CdHgTe) кристаллографической ориентации (310) при отработке процесса молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ), в частности, для выявления различных типов дислокаций в слоях структур CdHgTe путем поочередного травления поверхности селективным и полирующим травителями.
[2]От плотности и вида дислокаций в полупроводниковом материале зависит качество р-n перехода фотоприемных устройств. Для минимизации токов утечек, которые зависят от количества ловушек носителей заряда, необходимо чтобы плотность дислокаций в области р-n перехода не превышала порядка 106 шт/см2. Одним из основных способов контроля плотности дислокаций является селективное травление, в результате которого на поверхности структур КРТ образуются фигуры травления (треугольники - для структур ориентации (310)).
[3]При отработке процессов МПЭ определяют типы протяженных дефектов (дислокаций, дислокационных петель) и особенности их перемещения в процессе роста слоев теллурида кадмия-ртути.
[4]Целью данного изобретения является выявление различных типов дислокаций и дислокационных петель при отработке процесса МПЭ, которое позволяет получить на поверхности полупроводника хорошо идентифицируемые фигуры травления (ямки травления): равносторонние треугольники, треугольники неправильной формы, крупные образования из дислокаций (дислокационные петли) (фиг. 1).
[5]Вдоль дислокационных линий происходит сегрегация примесей, находящихся в растущих слоях полупроводникового материала. Процесс селективного травления позволяет выявлять выходы дислокаций на поверхность материала за счет различных скоростей травления атомов примесей и собственных атомов полупроводникового материала. При этом процесс окисления и переноса атомов примесей протекает в кинетическом режиме химического травления, в то время как травление полупроводникового материала осуществляется в диффузионном режиме. Это позволяет избежать «подтравов» фигур травления и получить четко идентифицируемые фигуры травления.
[6]Процесс полирующего травления представляет собой растворение полупроводникового материала и протекает в диффузионном режиме, поэтому процесс полирования поверхности проходит с минимальной скоростью. Искривление растворяющейся поверхности при дуффузионном режиме не будет оказывать существенного влияния на скорость переноса вещества (не более vmax≈0,7 мкм/мин.), и шероховатость поверхности будет минимальна (не более 5 нм). Таким образом, полирующее травление помогает сгладить рельеф поверхности, полученный после селективного травления.
[7]Наиболее близким к изобретению является способ [J.R. Yang, X.L. Сао, Y.F. Wei, and L. Не «Traces of HgCdTe Defects as Revealed by Etch Pits» Journal of ELECTRONIC MATERIALS, Vol. 37, No. 9, 2008], где авторы применяли для структур Cd1-XHgXTe (при х=0,30÷0,33), выращенных жидкофазной эпитаксией (111В) и МПЭ (211), травители Schaake и Chen.
[8]В нашем случае применяются травители следующих составов: для селективного травления теллурида кадмия-ртути (травитель №1) на основе системы: 25% водный раствор оксида хрома (VI) (CrO3) - 24; концентрированная соляная кислота (HCl) - 1; 5% раствор лимонной кислоты - 8 [RU 2619423] и полирующего травления (травитель №2) в объемных соотношениях С2Н4(ОН)2 - 13, СН3ОН (95%) - 5, HBr (47%) - 2, H2O2 (30%) [RU 2542894].
[9]Достоинством применения этих травителей является отсутствие в работе паров брома, которые затрудняют контроль процессов приготовления раствора и работу с ним в процессе травления.
[10]Задача изобретения - разработка способа выявления дислокаций различного типа в структурах теллурида кадмия-ртути с кристаллографической ориентацией (310) при использовании селективного и последующего полирующего травления структур теллурида кадмия-ртути (КРТ) с образованием четко различимых по форме фигур травления, которые хорошо идентифицируются с дислокациями определенных типов.
[11]Задача решается за счет того, что первоначально структуру КРТ протравливают в селективном травителе, который представляет систему: 25% водный раствор оксида хрома (VI) (CrO3) - 24 об. доли; концентрированная соляная кислота (HCl) - 1 об. доля; 5% раствор лимонной кислоты - 8 об. долей (травитель №1) в течение 30±5 сек. В этом травителе раствор лимонной кислоты выполняет функцию комплексообразователя, который способствует растворению продуктов реакции окисления путем образования хорошо растворимых комплексных соединений.
[12]После селективного травления структуру КРТ промывают деионизованной водой три минуты методом вытеснения, затем обрабатывают раствором для полирующего травления в течение 40±2 секунд.
[13]Полирующий травитель (травитель №2) представляет систему из этиленгликоля С2Н4(OH)2 - 13 об. долей, метанола СН3ОН (95%) - 5 об. долей, бромистоводородной кислоты HBr (47%) - 2 об. доли и перекиси водорода Н2О2 (30%) - 1 об. доля. В этом травителе метанол, выполняя функции комплексообразователя, способствует растворению продуктов реакции окисления путем образования хорошо растворимых комплексных соединений и является ингибитором реакций бромирования этиленгликоля. Затем реакцию останавливают путем добавления «стоп-раствора» (насыщенный водный раствор нитрита натрия (NaNO2)), и структуру КРТ промывают в деионизованной воде методом вытеснения в течение 10-12 минут (время увеличено из-за сложности вымывания продуктов реакции с бромом).
[14]Затем структуру КРТ обрабатывают в селективном травителе №1 в течение 30±5 секунд и промывают в деионизованной воде методом вытеснения 3-5 минут. Осушают методом центрифугирования.
[15]После каждого травления поверхность структуры КРТ контролируют оптическими методами.
[16]После поочередного травления в травителях №1, №2, №1 поверхность структуры КРТ наблюдают методом электронно-ионной микроскопии (АСМ) (фиг. 1).
[17]Затем структура КРТ обрабатывается в селективном травителе №1 в течение 30±5 секунд и промывается в деионнизованной воде методом вытеснения 3-5 минут. Осушается методом центрифугирования.
[18]После поочередного травления в травителях №1, №2 поверхность структуры КРТ наблюдалась методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) (фиг. 1).
[19]На фиг. 1, а различаются фигуры травления двух типов, которые соответствуют краевым и винтовым дислокациям. В качестве примера краевая дислокация очерчена квадратом, а винтовая - окружностью. В центральной области фиг. 1, а, б наблюдается дислокационная петля, представляющая собой объединение дислокаций. Изображение фиг. 1, б увеличено относительно фиг. 1, а для наглядного представления объединения винтовых дислокаций. Наблюдения показали, что такие фигуры травления, как равносторонние треугольники в процессе поочередного травления не изменяют своего места расположения по поверхности структуры - это краевые дислокации, в то же время как треугольники неправильной формы перемещаются относительно своего первоначального положения - это винтовые дислокации.
[20]Для осуществления решения задачи необходима поочередная обработка: в селективном, полирующем, селективном травителях. Состав селективного травления отвечает следующим требованиям:
[21]- процесс растворения атомов примесей, сегрегирующих в местах выходов дислокаций на поверхность полупроводникового материала, протекает в кинетическом режиме, поэтому процесс селективного травления поверхности в местах выхода дислокаций проходит с максимальной скоростью;
[22]- процесс растворения полупроводникового материала осуществляется в диффузионном режиме, что позволяет избежать «подтравов» фигур травления и получить четко идентифицируемые треугольные ямки травления.
[23]Недостатком однократного селективного травления является то, что при обработке в нем теллурида кадмия-ртути с ориентацией поверхности (310) не удается наблюдать перемещение винтовых дислокаций, и таким образом отличить их от краевых. Поэтому селективное травление необходимо повторять еще один раз после полирующего травления.
[24]Состав для осуществления полирующего травления отвечает следующим требованиям:
[25]- процесс растворения полупроводника протекает в диффузионном режиме, поэтому процесс полирования поверхности проходит с минимальной скоростью;
[26]- 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.
[27]Каждый из перечисленных признаков необходим, а вместе они достаточны для решения задачи изобретения.
[28]Для выявления различных типов дислокаций на пластине КРТ, для травления структуры, используют два раствора. Раствор №1 - селективный, который имеет содержание следующих компонентов:
[29]25% водный раствор оксида хрома (VI) (CrO3) - 24 об. доли,
[30]концентрированная соляная кислота (HCl) - 1 об. доля,
[31]5% раствор лимонной кислоты - 8 об. долей.
[32]Раствор №2 - полирующий, который имеет содержание следующих компонентов:
[33]этиленгликоль (С2Н4(ОН)2) - 13 об. долей,
[34]метанол (СН3ОН (95%)) - 5 об. долей,
[35]бромистоводородная кислота (HBr (47%)) - 2 об. доли,
[36]перекись водорода (Н2О2 (30%)) - 1 об. доля.
[37]В качестве примера осуществления изобретения приведем испытанный способ выявления различных типов дислокаций на структуре КРТ используя для селективного травления в составе следующих компонентов: 25%-го водного раствора оксида хрома (VI) (CrO3) - 24 об. доли; концентрированной соляной кислоты (HCl) 1 об. доля; 5%-го раствора органической кислоты - 8 об. долей и полирующего травления: этиленгликоль (С2Н4(OH)2) - 13 об. долей, метанол (СН3ОН (95%)) - 5 об. долей, бромистоводородная кислота (HBr (47%))) - 2 об. доли, перекись водорода (H2O2 (30%)) - 1 об. доля.
[38]В качестве образцов использовались гетероэпитаксиальные структуры теллурида кадмия-ртути кристаллографической ориентации (310). Наличие эффекта травления устанавливалось наблюдением поверхности образцов на атомно-силовом микроскопе «Integra Maximus» (фиг. 2).
[39]Фиг. 2 показывает, что после травления эпитаксиальной структуры теллурида кадмия-ртути ориентации (310) в системе 25% раствор CrO3 (VI) -концентрированная HCl - 5% раствор лимонной кислоты на поверхности появляются более четко идентифицируемые треугольные ямки травления, чем после травления в травителе [H.F. Schaake, A.J. Lewis Mater. Res. Soc. Symp. Proc (USA) vol. 14 (1983) p. 301].
[40]Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить качественный контроль гетероэпитаксиальных структур при отработке процесса молекулярно-пучковой эпитаксии при выращивании гетероэпитаксиальных слоев теллурида кадмия-ртути (CdHgTe), в частности, для выявления различных типов дислокаций на структурах КРТ кристаллографической ориентации (310) при помощи химических травлений поверхности пластин селективным и полирующим травителями.
