Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами (NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇

В данной статье рассмотрены особенности химико-динамического полирования полупроводников типа AIIIBV травильными композициями(NH₄) ₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇ с использованием C₆H₈O₇ разной исходной концентрации....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автори:	Левченко, И.В., Стратийчук, И.Б., Томашик, В.Н., Маланич, Г.П., Станецкая, А.С., Корчевой, А.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України 2017
Назва видання:	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133493
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами(NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇ (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 / И.В. Левченко, И.Б. Стратийчук, В.Н. Томашик, Г.П. Маланич, А.С. Станецкая, А.А. Корчевой // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2017. — Т. 15, № 3. — С. 495–506. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-133493
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1334932025-02-09T17:22:12Z Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами (NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇ Influence of the C₆H₈O₇ Concentration Change on the Chemical Interaction of InAs, InSb, GaAs and GaSb with the Etching(NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇ Solutions Левченко, И.В. Стратийчук, И.Б. Томашик, В.Н. Маланич, Г.П. Станецкая, А.С. Корчевой, А.А. В данной статье рассмотрены особенности химико-динамического полирования полупроводников типа AIIIBV травильными композициями(NH₄) ₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇ с использованием C₆H₈O₇ разной исходной концентрации. У даній статті розглянуто особливості хеміко-динамічного полірування напівпровідників типу AIIIBV щавильними композиціями(NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇ з використанням C₆H₈O₇ різної вихідної концентрації. In this article, the peculiarities of the chemical-dynamic polishing of III–V semiconductors in the etching(NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇ compositions using various C₆H₈O₇ concentrations are determined. 2017 Article Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами(NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇ (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 / И.В. Левченко, И.Б. Стратийчук, В.Н. Томашик, Г.П. Маланич, А.С. Станецкая, А.А. Корчевой // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2017. — Т. 15, № 3. — С. 495–506. — Бібліогр.: 10 назв. — рос. 1816-5230 PACS: 61.72.uj, 68.35.bg, 68.35.Ct, 68.37.Ps, 81.65.Cf, 81.65.Ps, 82.65.+r https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133493 ru Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології application/pdf Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	В данной статье рассмотрены особенности химико-динамического полирования полупроводников типа AIIIBV травильными композициями(NH₄) ₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇ с использованием C₆H₈O₇ разной исходной концентрации.
format	Article
author	Левченко, И.В. Стратийчук, И.Б. Томашик, В.Н. Маланич, Г.П. Станецкая, А.С. Корчевой, А.А.
spellingShingle	Левченко, И.В. Стратийчук, И.Б. Томашик, В.Н. Маланич, Г.П. Станецкая, А.С. Корчевой, А.А. Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами (NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇ Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
author_facet	Левченко, И.В. Стратийчук, И.Б. Томашик, В.Н. Маланич, Г.П. Станецкая, А.С. Корчевой, А.А.
author_sort	Левченко, И.В.
title	Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами (NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇
title_short	Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами (NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇
title_full	Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами (NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇
title_fullStr	Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами (NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇
title_full_unstemmed	Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами (NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇
title_sort	влияние изменения концентрации c₆h₈o₇ на характер химического взаимодействия inas, insb, gaas и gasb с травильными растворами (nh₄)₂cr₂o₇–hbr–c₆h₈o₇
publisher	Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України
publishDate	2017
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/133493
citation_txt	Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами(NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇ (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 / И.В. Левченко, И.Б. Стратийчук, В.Н. Томашик, Г.П. Маланич, А.С. Станецкая, А.А. Корчевой // Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології: Зб. наук. пр. — К.: РВВ ІМФ, 2017. — Т. 15, № 3. — С. 495–506. — Бібліогр.: 10 назв. — рос.
series	Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології
work_keys_str_mv	AT levčenkoiv vliânieizmeneniâkoncentraciic6h8o7naharakterhimičeskogovzaimodejstviâinasinsbgaasigasbstravilʹnymirastvoraminh42cr2o7hbrc6h8o7 AT stratijčukib vliânieizmeneniâkoncentraciic6h8o7naharakterhimičeskogovzaimodejstviâinasinsbgaasigasbstravilʹnymirastvoraminh42cr2o7hbrc6h8o7 AT tomašikvn vliânieizmeneniâkoncentraciic6h8o7naharakterhimičeskogovzaimodejstviâinasinsbgaasigasbstravilʹnymirastvoraminh42cr2o7hbrc6h8o7 AT malaničgp vliânieizmeneniâkoncentraciic6h8o7naharakterhimičeskogovzaimodejstviâinasinsbgaasigasbstravilʹnymirastvoraminh42cr2o7hbrc6h8o7 AT staneckaâas vliânieizmeneniâkoncentraciic6h8o7naharakterhimičeskogovzaimodejstviâinasinsbgaasigasbstravilʹnymirastvoraminh42cr2o7hbrc6h8o7 AT korčevojaa vliânieizmeneniâkoncentraciic6h8o7naharakterhimičeskogovzaimodejstviâinasinsbgaasigasbstravilʹnymirastvoraminh42cr2o7hbrc6h8o7 AT levčenkoiv influenceofthec6h8o7concentrationchangeonthechemicalinteractionofinasinsbgaasandgasbwiththeetchingnh42cr2o7hbrc6h8o7solutions AT stratijčukib influenceofthec6h8o7concentrationchangeonthechemicalinteractionofinasinsbgaasandgasbwiththeetchingnh42cr2o7hbrc6h8o7solutions AT tomašikvn influenceofthec6h8o7concentrationchangeonthechemicalinteractionofinasinsbgaasandgasbwiththeetchingnh42cr2o7hbrc6h8o7solutions AT malaničgp influenceofthec6h8o7concentrationchangeonthechemicalinteractionofinasinsbgaasandgasbwiththeetchingnh42cr2o7hbrc6h8o7solutions AT staneckaâas influenceofthec6h8o7concentrationchangeonthechemicalinteractionofinasinsbgaasandgasbwiththeetchingnh42cr2o7hbrc6h8o7solutions AT korčevojaa influenceofthec6h8o7concentrationchangeonthechemicalinteractionofinasinsbgaasandgasbwiththeetchingnh42cr2o7hbrc6h8o7solutions
first_indexed	2025-11-28T13:47:12Z
last_indexed	2025-11-28T13:47:12Z
_version_	1850042105665159168
fulltext	495 PACS numbers: 61.72.uj, 68.35.bg, 68.35.Ct, 68.37.Ps, 81.65.Cf, 81.65.Ps, 82.65.+r Влияние изменения концентрации C6H8O7 на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 И. В. Левченко, И. Б. Стратийчук, В. Н. Томашик, Г. П. Маланич, А. С. Станецкая, А. А. Корчевой Институт физики полупроводников им. В. Е. Лашкарёва НАН Украины, просп. Науки, 41, 03028 Киев, Украина В данной статье рассмотрены особенности химико-динамического поли- рования полупроводников типа AIIIBV травильными композициями (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 с использованием C6H8O7 разной исходной концентрации. Установлено, что исследуемые бромвыделяющие смеси характеризуются низкими скоростями травления. Проведён сравни- тельный анализ влияния изменения состава травильных растворов с разной исходной концентрацией лимонной кислоты на параметры хи- мического взаимодействия кристаллов с травителями и качество полу- чаемой поверхности. Установлено, что увеличение концентрации C6H8O7 в составе травителя способствует уменьшению скорости раство- рения полупроводников от 7,5 мкм/мин до 0,1 мкм/мин. Минимальные значения скоростей травления достигаются при максимальном насы- щении смеси органическим компонентом (80 об.%), независимо от его исходной концентрации. Сравнительный анализ экспериментальных результатов свидетельствует о том, что травители на основе (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 с 20% исходной концентрацией C6H8O7 (по сравнению с 40%) характеризуются большими скоростями травления и могут быть использованы для качественной финишной обработки кри- сталлов InAs, InSb, GaAs и GaSb. Установлено, что расположение обла- стей полирующих и неполирующих травильных композиций не зави- сит от изменения исходной концентрации лимонной кислоты. Полиру- ющая область находится в пределах 2–22 об.% (NH4)2Cr2O7, 10–98 об.% HBr и 0–80 об.% лимонной кислоты для InAs и GaAs, а для кристал- лов InSb и GaSb — 2–19 об.% (NH4)2Cr2O7, 10–98 об.% HBr, 0–80 об.% C6H8O7. Область неполирующих растворов присуща только антимони- дам. Показано, что полирование травителями состава (NH4)2Cr2O7–HBr– C6H8O7 с использованием 20% C6H8O7 эффективнее уменьшает струк- турные нарушения полупроводников. Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології Nanosistemi, Nanomateriali, Nanotehnologii 2017, т. 15, № 3, сс. 495–506  2017 ІМÔ (Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України) Надруковано в Україні. Ôотокопіювання дозволено тільки відповідно до ліцензії 496 И. В. ЛЕВЧЕНКО, И. Б. СТРАТИЙЧУК, В. Н. ТОМАШИК и др. У даній статті розглянуто особливості хеміко-динамічного полірування напівпровідників типу AIIIBV щавильними композиціями (NH4)2Cr2O7– HBr–C6H8O7 з використанням C6H8O7 різної вихідної концентрації. Встановлено, що досліджувані бромвидільні суміші характеризуються низькими швидкостями щавлення. Проведено порівняльну аналізу впливу зміни складу щавильних розчинів із різною вихідною концент- рацією лимонної кислоти на параметри хемічної взаємодії кристалів із щавниками і якість одержаної поверхні. Встановлено, що збільшення концентрації C6H8O7 у складі щавника сприяє зменшенню швидкости розчинення напівпровідників від 7,5 мкм/хв до 0,1 мкм/хв. Мінімаль- ні значення швидкостей щавлення досягаються при максимальному насиченні суміші органічним компонентом (80 об.%), незалежно від його вихідної концентрації. Порівняльна аналіза експериментальних результатів свідчить про те, що щавники на основі (NH4)2Cr2O7–HBr– C6H8O7 з 20% вихідною концентрацією C6H8O7 (у порівнянні з 40%) ха- рактеризуються більшими швидкостями щавлення та можуть бути ви- користані для якісного фінішного оброблення кристалів InAs, InSb, GaAs і GaSb. Встановлено, що розташування областей полірувальних і неполірувальних щавильних композицій не залежать від зміни вихід- ної концентрації лимонної кислоти. Полірувальна область знаходиться в межах 2–22 об.% (NH4)2Cr2O7, 10–98 об.% HBr та 0–80 об.% лимон- ної кислоти для InAs та GaAs, а для кристалів InSb та GaSb — 2–19 об.% (NH4)2Cr2O7, 10–98 об.% HBr, 0–80 об.% C6H8O7. Область неполі- рувальних розчинів є притаманною лише для антимонідів. Встановле- но, що полірувальні щавники складу (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 із вико- ристанням 20% C6H8O7 ефективніше зменшують структурні порушення напівпровідників. In this article, the peculiarities of the chemical-dynamic polishing of III– V semiconductors in the etching (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 compositions using various C6H8O7 concentrations are determined. As revealed, the in- vestigated bromine emerging mixtures are characterized by low etching rates. A comparative analysis of the influence of compositions with vari- ous concentrations of a citric acid on both the etching solution–crystal chemical interaction and the quality of the resulting surface is made. As established, the increase of the C6H8O7 concentration promotes the de- crease of the semiconductor dissolution rate from 7.5 m/min to 0.1 m/min. The minimum value of the etching rates is achieved when the saturation of the organic component is maximum (80 vol.%), and this value is not depend on the initial C6H8O7 concentration. As shown, the etching (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7-based compositions with initial 20% C6H8O7 (in comparison with 40% one) are characterized by higher etching rates, and they can be used for the high-quality finish treatment of the InAs, InSb, GaAs, and GaSb crystal surfaces. As found, the arrangement of the polishing and unpolishing regions is independent on the changes of the initial citric-acid concentration. The polishing solution region contains (in vol.%) 2–22 vol.% (NH4)2Cr2O7, 10–98 vol.% HBr and 0–80 vol.% citric acid for the InAs and GaAs crystals, and for the InSb and GaSb crystals, 2–19 vol.% (NH4)2Cr2O7, 10–98 vol.% HBr, 0–80 vol.% C6H8O7. Only antimonides have the unpolishing solution region. As found, the pol- ВЛИЯНИЕ C6H8O7 НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ InAs, InSb, GaAs, GaSb С (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 497 ishing by the (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7-based etchants more effectively decreases the structural damages of semiconductors when the 20% C6H8O7 is used. Ключевые слова: полупроводники, лимонная кислота, химико- динамическое полирование, травители, бромвыделяющие растворы. Ключові слова: напівпровідники, лимонна кислота, хеміко-динамічне полірування, щавники, бромвидільні розчини. Key words: semiconductors, citric acid, chemical-dynamic polishing, etch- ants, bromine emerging solutions. (Получено 11 апреля 2017 г.) 1. ВВЕДЕНИЕ На первый взгляд, химическое травление полупроводниковых материалов кажется относительно простым для практической ре- ализации процессом. Однако серьёзную научно-техническую про- блему создаёт технология получения высококачественной поли- рованной и структурно совершенной поверхности подложек при сохранении геометрических параметров. Качество полученной поверхности влияет не только на структуру и свойства материа- лов, но и на оптимизацию процесса изготовления полупроводни- ковых изделий, его воспроизводимость, качество и стоимость. Химико-динамическое полирование (ХДП) поверхности кристал- лов обеспечивает качественную очистку поверхности и получение наноразмерного рельефа при взаимодействии поверхности полу- проводников с травильным раствором. Для получения подобного результата нужны исследования физико-химических закономер- ностей, определяющих взаимосвязь между кинетикой растворе- ния и механизмом полирования пластин, влияние основных ком- понентов травителя, взаимодействие кристаллов с травильной смесью, участие в формировании границы раздела фаз. Именно отсутствие систематических сведений из этой области исследова- ний препятствует совершенствованию технологии химической обработки полупроводниковых материалов. Полупроводники типа AIIIBV широко применяют в технологиях твердотельного освещения и спин-электроники для изготовления электронных и фотонных систем: многопереходных солнечных элементов на основе InGaAs/GaAsPN, трёхклеммных LED- структур, полевых транзисторов (FET), биполярных транзисторов с гетеропереходом (HBT) и поверхностно излучающих лазеров с вертикальным резонатором (VCSEL). Растёт интерес и к гетеро- структурам AlGaAs/GaAs, InGaAs/GaAs, InP/GaAsSb/InP, а так- 498 И. В. ЛЕВЧЕНКО, И. Б. СТРАТИЙЧУК, В. Н. ТОМАШИК и др. же InAs, InSb, в частности, для изготовления сверхбыстродей- ствующих приборов с минимальным энергопотреблением [1, 2]. 2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕТОДИКА Авторы [3] сравнивают результаты полученной поверхности кри- сталлов GaSb после травления индуктивно-связанной плазмой и химического травления, а также сочетание обоих методов. Тра- вильные растворы на основе С6H8O7:H2О в соотношении 1:1 ис- тончают приповерхностные слои n-типа кристаллов (100)GaSb со скоростью травления v3,5710–3 мкм/мин и формируют зер- кальную поверхность с шероховатостью Rz2,47 нм. Использова- ние С6H8O7 в качестве органического компонента также изложено в работе [4]. Добавление лимонной кислоты в состав травильного раствора на основе H3PO4/H2O2/H2O способствует улучшению свойств полученной поверхности InAs/GaSb и её вольт-амперных характеристик. Процесс ХДП полупроводников типа AIIIBV часто проводят с использованием бромсодержащих травильных композиций. Так, в [5] исследовалось взаимодействие поверхности кристаллов InSb(111) с растворами на основе HBr/Br2 и H3PO4/H2O2/C6H8O7 в контролируемых гидродинамических условиях. Авторы отмеча- ют, что Br2 и H2O2 как окисляющие агенты инициируют процесс травления кристаллов. Лимонная кислота и Br– (для раствора брома) выступают в качестве комплексообразующего агента, ко- торый способствует растворению Sb. Было отмечено, что по срав- нению с продуктами окисления в травильных композициях HBr/Br2 оксиды, полученные после химического взаимодействия исследуемых кристаллов с раствором H3PO4/H2O2/C6H8O7, не вли- яют на кинетику процесса травления. Кроме того, химическое взаимодействие с растворами на основе перекиси водорода не из- меняет начальную плоскостность поверхности, в то время как бромсодержащий травитель способствует образованию кластеров и столбцов. Химическая обработка полупроводников типа AIIIBV затрудне- на, что обусловлено их реакционной способностью и ограничен- ной растворимостью продуктов взаимодействия с травильными растворами [6]. Результаты экспериментальных исследований химического полирования поверхности полупроводников хромсо- держащими травильными композициями на основе (NH4)2Cr2O7 свидетельствуют о том, что таким смесям характерны невысокие скорости растворения кристаллов и хорошие полирующие свой- ства. Целью настоящей работы было изучение влияния травильных растворов на основе (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 с использованием ВЛИЯНИЕ C6H8O7 НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ InAs, InSb, GaAs, GaSb С (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 499 органической кислоты различной исходной концентрации на па- раметры химико-динамического полирования полупроводников InAs, InSb, GaAs и GaSb, выявление и сравнение зависимостей скорости травления кристаллов от состава травильных растворов, определение составов полирующих растворов, а также оптимиза- ция условий проведения ХДП. Для экспериментальных исследований использовали кристал- лы n-типа: InAs, InSb, GaAs, GaSb. Монокристаллические слитки разрезали с помощью струнной резки на пластины размером 552 мм. Для механического шлифования поверхности полупро- водниковых пластин использовали водные суспензии абразивных порошков (АСМ 10/7, АСМ 5/3 и АСМ 1/0) в порядке уменьше- ния диаметра зерна абразива от 10 до 1 мкм. Поскольку поверх- ность кристаллов после механического шлифования остаётся структурно несовершенной, следующим этапом было химико- механическое полирование. В качестве полирующего раствора использовали разработанный в нашей лаборатории универсаль- ный бромвыделяющий травитель. Изучение концентрационных зависимостей скоростей травле- ния исследуемых полупроводников от состава растворов осу- ществляли с использованием метода математического планирова- ния эксперимента на симплексе. Применение уравнения четвёр- того порядка для трёхкомпонентных систем позволяет в значи- тельной степени сократить количество экспериментов [7]. Таким методом можно избежать исследований большого количества об- ластей неполирующих растворов и акцентировать внимание на полезных для практического применения травильных растворах. Для исследования физико-химических закономерностей и ки- нетики процесса взаимодействия кристаллов с компонентами травильных растворов использовали методику вращающегося диска и устройство для её практической реализации [8]. Опера- цию ХДП проводили в воспроизводимых гидродинамических условиях при Т292–294 К и скорости вращения диска 78 мин–1 в течение 5–10 мин. Травильные композиции состава (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 готовили из водных растворов исходных реагентов: 26% (NH4)2Cr2O7 (ч.д.а.), 42% HBr (ос.ч.), 20% и 40% C6H8O7 (лимонной кислоты; х.ч.). Прекращение процесса газовы- деления, то есть образование в результате взаимодействия актив- ных компонентов травителя свободного Br2, свидетельствовало об установлении химического равновесия в растворе. При взаимодействии окислителя с восстановителем выделяется элементарный бром; при этом образуются так называемые бром- выделяющие растворы: Cr2O7 2–6Br–14H+2Cr33Br27H2O, (1) 500 И. В. ЛЕВЧЕНКО, И. Б. СТРАТИЙЧУК, В. Н. ТОМАШИК и др. (NH4)2Cr2O714HBr2CrBr33Br22NH4Br7H2O. (2) В зависимости от соотношения [(NH4)2Cr2O7]/[HBr] в травиль- ной смеси активными компонентами могут быть анионы Br– и Cr2O7 2–. Наличие галогена с низкой степенью окисления обуслов- ливает сильные восстановительные свойства HBr в составе такой смеси. Химическое взаимодействие между (NH4)2Cr2O7 и HBr со- ответствующих концентраций протекает практически полностью при содержании 30 об.% окислителя в травильном растворе. Свободный бром выступает в качестве окислителя и, взаимо- действуя с полупроводниками, может образовывать растворимые в воде бромиды: InSb3Br2InBr3SbBr3. (3) При избытке бромистоводородной кислоты возможно также следующее взаимодействие: GaSb3HBrGaBr3SbH3. (4) Вероятно, причиной образования бромидов является гетероли- тический разрыв связи в адсорбированной на поверхности кри- сталлов молекуле Br2. На скорость реакции влияет не только этап взаимодействия компонентов травителя с кристаллами, но и этап растворения продуктов окисления, который обеспечивает избежание пассива- ции поверхности. Поэтому важным агентом травильных раство- ров является органический компонент, который выступает в роли комплексообразователя. Введение в травильную смесь органиче- ской кислоты способствует регулированию процесса химического взаимодействия окислителя с восстановителем, поскольку он удерживает свободный Br2 на протяжении реакции. Кроме того, C6H8O7 является модификатором вязкости травильного раствора, уменьшает общую скорость травления и улучшает свойства тра- вильных смесей, увеличивая область полирующих растворов. По- добные свойства связаны со способностью хелатирования ионов металлов и высокой растворимостью лимонной кислоты. Необхо- димо также отметить, что очень кислые травильные растворы замедляют процессы ионизации органических кислот, которые имеют решающее значение для перевода продуктов взаимодей- ствия травителя с полупроводниками в растворимые формы. По- этому преимущество в составе травильного раствора должно предоставляться органическому компоненту [9]. Лимонная кислота препятствует отложению продуктов реак- ции на поверхности кристалла. В случае её взаимодействия с ВЛИЯНИЕ C6H8O7 НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ InAs, InSb, GaAs, GaSb С (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 501 продуктами, образовавшимися после растворения кристаллов в травильном растворе, могут образовываться цитраты C6H5O7 3 или C3H5O(COO)3 3. Вероятнее всего, взаимодействие катионов Ga3+ и In3+ с органи- ческой кислотой приводит к формированию хелатных комплек- сов, образование которых можно представить следующими хими- ческими уравнениями: , (5) .(6) Константы стойкости образования подобных комплексов имеют достаточно большие значения благодаря хелатирующему эффек- ту. C6H8O7 ускоряет также миграцию оксидов металлов, способ- ствуя их расщеплению. После проведения операции ХДП пластины сразу промывали в растворах Na2S2O3, NaOH и несколько раз в дистиллированной воде, высушивали в потоке сухого воздуха. Процесс межопераци- онного промывания способствует очищению поверхности кри- сталлов от продуктов взаимодействия и остатков травителя. Толщину снятого приповерхностного слоя определяли как среднее арифметическое нескольких измерений в одних и тех же точках. Измерение толщины проводили до и после ХДП с помо- щью электронного индикатора TESA DIGICO 400 с точностью 0,02 мкм. Морфологию поверхности кристаллов после механической и химической обработки исследовали с помощью металлографиче- ского анализа с использованием микроскопа МИМ-7 с цифровой видеокамерой eTREK DCM800 с увеличением от 25× до 1600×. Контроль качества полированных поверхностей проводили также с помощью сканирующего зондового микроскопа NanoScope IIIa Dimension 3000TM (Digital Instruments, США) методом атомно- силовой микроскопии (АСМ) в режиме периодического контакта. 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Экспериментальные исследования проводили в концентрацион- ном интервале при соотношении исходных компонентов (об.%): 502 И. В. ЛЕВЧЕНКО, И. Б. СТРАТИЙЧУК, В. Н. ТОМАШИК и др. 2–22 (NH4)2Cr2O7:10–98 HBr:0–80 C6H8O7 (рис. 1). Выбор исследу- емого интервала объясняется не только целью избежать областей пассивации, но и тем, что при изменении количества компонен- тов в травильной смеси возможна резкая смена механизма гете- рогенной химической реакции. По результатам экспериментальных исследований были по- строены концентрационные зависимости скорости растворения InAs, InSb, GaAs, GaSb и установлены границы полирующих (об- ласть I) и неполирующих (область II) растворов. Анализируя по- лученные диаграммы можно утверждать об аналогичности пове- дения антимонидов и арсенидов при химическом травлении в ис- следованных растворах. Стоит отметить, что изменение исходной концентрации лимонной кислоты в травильных растворах влияет не только на скорость травления кристаллов, но и на качество полированной поверхности. Сравнивая диаграммы «состав раствора–скорость травления» исследуемых полупроводников, в случае использования травиль- ной смеси с 20% (рис. 2, а) и 40% C6H8O7 (рис. 2, б) можно отме- тить следующие отличия. Использование 40% исходного раство- ра лимонной кислоты в составе травильных композиций значи- тельно снижает общую скорость растворения приповерхностных слоёв кристаллов по сравнению с 20% C6H8O7. В растворах, обо- гащённых 40% лимонной кислотой, минимальные скорости травления GaAs и InAs находятся в пределах 0,1–0,3 мкм/мин, а в случае использования 20% C6H8O7 — в пределах 0,05–0,1 мкм/мин. При ХДП GaSb и InSb скорости растворения достигают минимальных значений 0,1–0,4 мкм/мин в случае использования 20% C6H8O7 и 0,1–0,65 мкм/мин при использовании 40% лимон- ной кислоты при максимальном обогащении C6H8O7. Можно от- метить и отличие в скоростях травления при содержании 20% Рис. 1. Концентрационные границы исследуемого интервала травиль- ных растворов [об.%]: 2–22 (NH4)2Cr2O7:10–98 HBr:0–80 C6H8O7. 1 ВЛИЯНИЕ C6H8O7 НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ InAs, InSb, GaAs, GaSb С (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 503 лимонной кислоты в травильных композициях. В растворах с со- держанием 20% C6H8O7 скорость травления изменяется в преде- лах 0,7–1,9 мкм/мин для арсенидов и 0,8–2,5 мкм/мин для ан- тимонидов. При тех же условиях использование 40% C6H8O7 уве- личивает скорость растворения от 0,05 мкм/мин до 1,1 мкм/мин в случае кристаллов InAs и GaAs, а для кристаллов InSb и GaSb — от 0,05 мкм/мин до 1,4 мкм/мин. Кроме того, стремительное уменьшение скорости травления наблюдается вблизи стороны BC (рис. 2). Необходимо также отметить, что полученные диаграммы характеризуются одинаковыми размерами и расположением об- ластей полирующих и неполирующих растворов. При использо- вании 20% и 40% C6H8O7 максимальные значения скоростей рас- творения соответствующих кристаллов составляют 5,6–7,5 мкм/мин в вершине C при содержании 22 об.% (NH4)2Cr2O7 в травильной смеси. Таким образом, можно сделать вывод, что насыщение травиль- ной смеси лимонной кислотой в меньшей степени способствует уменьшению скорости растворения подложек InSb и GaSb по сравнению с кристаллами InAs и GaAs. При использовании обеих концентраций C6H8O7 ширина полирующей области находится в следующих пределах: в случае кристаллов InAs и GaAs — 2–22 об.% (NH4)2Cr2O7, 10–98 об.% HBr и 0–80 об.% лимонной кисло- ты, а также 2–19 об.% (NH4)2Cr2O7, 10–98 об.% HBr, 0–80 об.% C6H8O7 — для кристаллов InSb и GaSb. а б Рис. 2. Концентрационная зависимость скорости травления [мкм/мин] InAs (1), GaAs (2), InSb (3), GaSb (4) в смесях (a) (NH4)2Cr2O7–HBr– C6H8O7 (20%), (б) (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 (40%); I — полирующая об- ласть, II — неполирующая область (T 292–294 К, 78 мин–1).2 504 И. В. ЛЕВЧЕНКО, И. Б. СТРАТИЙЧУК, В. Н. ТОМАШИК и др. При максимальном обогащении травителя (NH4)2Cr2O7 (верши- на С) в исследуемом интервале травильных растворов с использо- ванием различной концентрации лимонной кислоты при ХДП на поверхности GaSb и InSb происходит так называемое «грубое по- лирование» и образуется белый налёт. Частичная пассивация плёнкой может быть связана с образованием Sb2O3 на поверхно- сти кристаллов [6]. Высокое содержание окислителя в растворе способствует формированию нерастворимых оксидов Sb2O3 или Sb2O5. Однако, при повышении содержания восстановителя, мо- жет формироваться растворимый SbBr3. Данные предположения могут подтверждаться расположением полирующих и неполиру- ющих областей исследуемых растворов. Образовавшуюся плёнку удаляли фильтровальной бумагой, после чего поверхность кри- сталлов была матовая с тусклым блеском. Таким образом, суще- ствует область неполирующих растворов, которая ограничена смесями, содержащими (об.%): 19–22 (NH4)2Cr2O7, 69–81 HBr и 0–11 лимонной кислоты. Полученные данные свидетельствуют об однотипном механизме взаимодействия кристаллов InAs, InSb, GaAs и GaSb с исследуемыми травильными композициями. Качество полученной после химико-динамического полирова- ния поверхности исследовали с помощью металлографического анализа. Результаты влияния травильных растворов на микро- структуру поверхности кристаллов представлены на примере GaSb (рис. 3). После обработки полирующими травителями по- верхность всех исследуемых кристаллов в обоих случаях являет- ся визуально гладкой с зеркальным блеском. При изучении по- верхности кристаллов под микроскопом было отмечено, что мик- роструктура поверхности подложек после травления в растворах с 20% C6H8O7 несколько лучше по сравнению с использованием травителей с 40% лимонной кислотой. Результаты металлогра- фического анализа морфологии поверхности кристаллов InAs, InSb, GaAs и GaSb свидетельствуют о перспективности использо- а б в Рис. 3. Морфология поверхности GaSb после (а) резки и ХДП в растворе состава [об.%] 9 (NH4)2Cr2O7+71 HBr+20 C6H8O7 с использованием 20% (б) или 40% (в) C6H8O7. 3 ВЛИЯНИЕ C6H8O7 НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ InAs, InSb, GaAs, GaSb С (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 505 вания травильных растворов состава (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 с использованием 20% раствора лимонной кислоты для получения качественной полированной поверхности исследуемых полупро- водников методом химико-динамического полирования. Методом АСМ были получены данные о структуре поверхности исследуемых полупроводников после ХДП-обработки травителя- ми состава (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 с использованием 20% рас- твора лимонной кислоты на наноуровне. Параметры шероховато- сти поверхности исследуемых кристаллов после полирования имеют следующие значения: средняя арифметическая шерохова- тость поверхности Ra3,6 нм, а Rms4,5 нм. Следует отметить, что согласно требованиям, предъявляемым к сверхгладким поли- рованным поверхностям полупроводников [10], значения Ra должны не превышать 10 нм. 4. ВЫВОДЫ Исследовано взаимодействие травильных растворов на основе (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 с различной исходной концентрацией лимонной кислоты на параметры химико-динамического полиро- вания полупроводниковых кристаллов InAs, InSb, GaAs и GaSb. Выявлено, что скорости растворения исследуемых подложек воз- растают при увеличении содержания (NH4)2Cr2O7 в травильной смеси и уменьшаются при насыщении раствора органическим компонентом. Установлено, что применение 40% C6H8O7 в составе травителей эффективнее уменьшает скорость травления полупро- водников, по сравнению с применением 20% C6H8O7, но ухудшает качество полируемой поверхности. Определены концентрацион- ные границы полирующих растворов. Травильные смеси на осно- ве (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 характеризуются небольшими скоро- стями травления и могут быть использованы для качественной финишной обработки поверхности полупроводниковых пластин InAs, InSb, GaAs и GaSb. ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. И. Шахнович, Электроника: наука, технология, бизнес, 4: 12 (2005). 2. Sh. S. Li, Semiconductor Physical Electronics (New York: Springer: 2006). 3. M. N. Kutty, E. Plis, A. Khoshakhlagh et al., J. Electron. Mater., 39, No. 10: 2203 (2010). 4. R. Chaghi, C. Cervera, H. Aїt-Kaci et al., Semicond. Sci. Technol., 24: 065010 (2009). 5. D. Aureau, R. Chaghi, I. Gerard et al., Appl. Surf. Sci., 276: 182 (2013). 6. С. М. Гуменюк, Некоторые проблемы физики и химии полупроводников (Новосибирск: Наука: 1988). 506 И. В. ЛЕВЧЕНКО, И. Б. СТРАТИЙЧУК, В. Н. ТОМАШИК и др. 7. Ô. С. Новик, Планирование эксперимента на симплексе при изучении металлургических систем (Москва: Металлургия: 1985). 8. В. А. Перевощиков, Высокочистые вещества, 2: 5 (1995). 9 E. Propst, K. W. Vogt, and P. A. Kohl, J. Electrochem. Soc., 140, No. 12: 3631 (1993). 10. С. С. Поп, І. С. Шароді, Фізична електроніка (Львів: Євросвіт: 2001). REFERENCES 1. I. Shakhnovich, Ehlektronika: Nauka, Tekhnologiya, Biznes [Electronics: Science, Technology, Business], 4: 12 (2005) (in Russian). 2. Sh. S. Li, Semiconductor Physical Electronics (New York: Springer: 2006). 3. M. N. Kutty, E. Plis, A. Khoshakhlagh et al., J. Electron. Mater., 39, No. 10: 2203 (2010). 4. R. Chaghi, C. Cervera, H. Aїt-Kaci et al., Semicond. Sci. Technol., 24: 065010 (2009). 5. D. Aureau, R. Chaghi, I. Gerard et al., Appl. Surf. Sci., 276: 182 (2013). 6. S. M. Gumenyuk, Nekotorye Problemy Fiziki i Khimii Poluprovodnikov [Some Problems of the Physics and Chemistry of the Semiconductors] (Novo- sibirsk: Nauka: 1988) (in Russian). 7. F. S. Novik, Planirovanie Ehksperimenta na Simplekse pri Izuchenii Metal- lurgicheskikh Sistem [Experiment Planning on the Simplex in the Study of Metallurgical Systems] (Moscow: Metallurgiya: 1985) (in Russian). 8. V. A. Perevoshchikov, Vysokochistyye Veshchestva, 2: 5 (1995) (in Russian). 9 E. Propst, K. W. Vogt, and P. A. Kohl, J. Electrochem. Soc., 140, No. 12: 3631 (1993). 10. S. S. Pop and I. S. Sharodi, Fizychna Ehlektronika [Physical Electronics] (Lviv: Yevrosvit: 2001) (in Ukrainian). V. E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics, N.A.S. of Ukraine, 41 Nauky Ave., 03028 Kyiv, Ukraine 1 Fig. 1. The concentration boundaries of the investigated interval of etching solutions [vol.%]: 2–22 (NH4)2Cr2O7:10–98 HBr:0–80 C6H8O7. 2 Fig. 2. The concentration dependences of the etching rate [m/min] of InAs (1), GaAs (2), InSb (3), GaSb (4) in the mixtures (а) (NH4)2Cr2O7–HBr–C6H8O7 (20%), (б) (NH4)2Cr2O7–HBr– C6H8O7 (40%); I—polishing region, II—unpolishing region (T292–294 K, 78 rpm). 3 Fig. 3. GaSb surface morphology after (а) cutting and CDP in the solution [vol.%] 9 (NH4)2Cr2O7+71 HBr+20 C6H8O7 with 20% (б) or 40% (в) C6H8O7.

Влияние изменения концентрации C₆H₈O₇ на характер химического взаимодействия InAs, InSb, GaAs и GaSb с травильными растворами (NH₄)₂Cr₂O₇–HBr–C₆H₈O₇

Репозитарії

Схожі ресурси