СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКИ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ Российский патент 2010 года по МПК C23C16/40 C23C16/455 

Описание патента на изобретение RU2398913C1

Изобретение относится к химическому нанесению покрытий осаждением паров металлоорганических соединений, в частности нанесению пленки диоксида кремния, получаемой из кремнийорганических соединений и используемой в микроэлектронике.

Существуют различные методы нанесения пленки диоксида кремния, применяемой при изготовлении микроэлектронных и пьезоэлектронных устройств. К таковым относятся:

метод термического окисления кремния в сухом кислороде либо в парах воды (Технология СБИС. Под редакцией С.М.Зи, книга 1, М., Мир, 1986),

метод химико-парового осаждения пленки диоксида кремния из кремнийорганических соединений (USA 3934060, C23C 11/08, 1976; RU 2102347, C03C 17/245, 1998),

методы осаждения, осуществляемые под воздействием различных источников излучения, например при облучении ртутной лампой (JP 59-215731, H0L 21/316, 1984), при использовании плазменного разряда (USA 4572841, 427/39, 1936; SU 1738872, C23C 16/50, 1992), при использовании тлеющего и искрового разрядов (RU 2061095, C23C, 16/40, 1996), при УФ-облучении (RU 2116686, H01L 21/36, 1998).

В качестве исходных продуктов в большинстве известных цитированных способов, независимо от применяемого метода, используются кремнийорганические соединения, такие как моносиланы, хлорсиланы, тетраалкоксисиланы, ацетоксиалкилсиланы, силоксаны и т.д. В качестве исходных тетраалкоксисиланов в известных способах применяются, например, тетраэтоксисилан (RU 2102347, C03C 17/245, 1998; USA 3934060, C23C 11/08, 1976; RU 2191848, C23C 11/08, 2002), тетраметоксисилан (SU 1738872, C23C 16/50, 1992; RU 2116686, H01L 21/36, 1998; Разуваев Г.А. и др. "Металлоорганические соединения в электронике". М.: Наука, 1972. с.346). Так, в цитированном выше известном способе (RU 2102347) для нанесения тонкого слоя смешанных оксидов кремния и олова на стеклянную подложку применяют метод химико-парового осаждения, который осуществляют в среде горячего воздуха при температуре 450-600°С и при атмосферном давлении. В качестве исходных продуктов в этом способе используют, например, смесь тетраэтоксисилана и оловоорганического соединения с ускорителем, выбранным из группы, включающей органические фосфиты, органические бораты и воду.

В другом известном способе (RU 2191848) покрытие из диоксида кремния наносят на выполненные из кремния полупроводниковые пластины, которые помещают в реактор, куда подают газообразные реагенты - кислород, кремнийорганическое соединение (тетраэтоксисилан) и хлорсодержащее соединение (трихлорэтилен, либо трихлорэтан, либо дихлорэтилен). Температура осаждения в данном способе поддерживается на уровне 740°С при рабочем давлении в реакторе 70-75 Па.

Тетраметоксисилан в качестве исходного кремнийорганического соединения используется в способе (RU 1738872, C23C 16/50, 1992), в котором получение пленки диоксида кремния осуществляется разложением тетраметоксисилана (ТМОС) в плазме тлеющего разряда в присутствии воздуха при общем давлении в реакционном объеме 4,4-4,6/10 мм рт.ст. При этом получают пленку диоксида кремния толщиной 0,01-10 мкм. Осаждение пленки диоксида кремния по данному способу проводят на вакуумной установке и при переменном напряжении на электродах с частотой 1000 Гц.

Основной недостаток данного известного способа - это энергоемкость процесса, возможность загрязнения пленки примесями конструкционных материалов, а также сложное дорогостоящее аппаратурное оформление.

Наиболее близким по технической сущности новому способу является известный способ получения пленки диоксида кремния, в котором в качестве исходных реагентов используют смесь тетраметоксисилана и кислорода при парциальных давлениях 50-100 Па и 500-1000 Па соответственно, и процесс осаждения пленки проводят при воздействии УФ-излучения с длиной волны 185, 254 нм и при температуре 200-250°С (RU 2116686, H01L 21/36, 1998). Пленку диоксида кремния в данном способе наносят на кремниевую подложку, которую предварительно на этой же установке обрабатывают в газовой смеси трифторида азота и водорода с парциальными давлениями 500-700 Па каждого при температуре 100-120°С при УФ-излучении, а затем в газовой смеси трифторида азота, водорода и кислорода при парциальных давлениях 500-700 Па, 500-700 Па и 100-200 Па соответственно. Осаждение пленки диоксида кремния в данном способе проводят на подложках, выполненных из InSb, GaAs, Si.

Основным недостатком данного способа является довольно сложное аппаратурное оформление процесса, поскольку процесс включает помимо основной стадии осаждения, проводимой при УФ-облучении, также и стадию предварительной обработки, проводимой также при УФ-облучении. Кроме того, использование энергоемких источников УФ-облучения (ксеноновой резонансной разрядной лампы и SiO2-ртутной лампы) повышает энергоемкость рассматриваемого процесса.

Основной целью создания нового изобретения является разработка технологичного способа получения однородной пленки диоксида кремния, осуществляемого с малыми затратами энергии и без применения токсичных веществ, отрицательно сказывающихся на экологии.

Новый способ получения пленки диоксида кремния осуществляют введением в реакционную зону смеси тетраметоксисилана и кислорода в потоке инертного газа при объемном соотношении тетраметоксисилана к кислороду, равном 1:5-10, разложением тетраметоксисилана в присутствии кислорода и осаждением пленки диоксида кремния на пластинах при температуре 380-500°С при атмосферном давлении. Осаждение пленки диоксида кремния проводят в течение 10-30 минут. Осаждение пленки диоксида кремния осуществляют на кварцевых или кремниевых пластинах.

В новом способе, как и в способе-прототипе, в качестве исходного кремнийорганического соединения используется тетраметоксисилан. Данное соединение гораздо реже, чем тетраэтоксисилан, упоминается в литературе как исходный продукт для синтеза любых форм диоксида кремния. Однако в новом способе, как показали дополнительные исследования, тетраэтоксисилан не может быть применен в качестве исходного продукта для получения однородных пленок диоксида кремния. Это возможно объясняется тем, что тетраметоксисилан имеет большее парциальное паровое давление и более низкую температуру разложения, чем тетраэтоксисилан, что ускоряет процесс осаждения пленки диоксида кремния и позволяет получать пленки с хорошей равномерностью по толщине без дефектов.

Основные отличия нового способа от способа-прототипа заключаются в следующем.

В новом способе тетраметоксисилан подают в реактор в потоке инертного газа (азота, аргона, гелия), что исключает возможность протекания реакции вне зоны осаждения.

Необходимым условием осуществления нового способа является поддержание определенного объемного соотношения тетраметоксисилана к кислороду в подаваемой реакционной смеси, которое должно составлять 1:5-10. Данное соотношение подобрано экспериментально и является необходимым условием для осуществления реакции пиролиза согласно данному способу. В случае увеличения количества кислорода (более чем 5-10:1) реакция будет уже протекать не на поверхности образца, а в объеме реактора. Уменьшение же количества кислорода в реакционной смеси (менее чем 5-10:1) приведет к заметному замедлению скорости осаждения пленки на образце и ухудшению ее качества.

Нанесение пленки на поверхность образца (пластины) осуществляют при температуре 380-500°С. В случае же завышения температуры осаждения наблюдается нарушение морфологии поверхности пленочного слоя, появляются дефекты. В случае занижения температуры ниже указанного реакция вообще не осуществима.

Процесс нанесения пленки, оптимально, осуществляют в течение 10-30 минут, что определяется заданной величиной толщины пленки.

Ниже приводятся примеры, иллюстрирующие новый способ.

Пример 1.

Предварительно очищенные известными способами кварцевые пластины загружают в реактор. Затем в реактор подают кислород и тетраметоксисилан в потоке азота. Объемное соотношение тетраметоксисилана к кислороду составляет 1:5. Температуру осаждения поддерживают на уровне 380°С в течение 10 минут, после чего образец извлекают из реактора. Толщина наносимой таким способом пленки составляет 50 нм. Получаемая пленка имеет однородную поверхность без дефектов роста.

Пример 2.

Аналогичным способом, как в примере 1, осуществляется процесс нанесения пленки диоксида кремния на кремниевые пластины, помещенные в реактор, в который подают кислород, тетраметоксисилан в потоке аргона (при объемном соотношении тетраметоксисилана к кислороду, равном 1:10). Температура осаждения составляет 500°С. Процесс нанесения осуществляют в течение 30 минут. Получают пленку диоксида кремния на образце толщиной 150 нм без дефектов роста.

Приведенные примеры не ограничивают возможность осуществления нового способа при других температурах осаждения, но в заявляемом интервале 380-500°С и при других объемных соотношениях тетраметоксисилана и кислорода, но также в заявляемом интервале 1:5-10.

Новый способ позволяет получать пленку диоксида кремния толщиной 50-150 нм, имеющую однородную поверхность без дефектов роста как на поверхности кварцевых, так и кремниевых образцов. Кроме того, новый способ технологичен, прост в аппаратурном оформлении, не требует значительных затрат энергии.

Похожие патенты RU2398913C1

название год авторы номер документа
Способ получения покрытия на основе диоксида кремния внутренней поверхности кварцевого изделия 2015
  • Подкопаев Олег Иванович
  • Шиманский Александр Фёдорович
  • Павлюк Татьяна Олеговна
  • Самойло Александр Сергеевич
  • Симонова Наталья Сергеевна
  • Васильева Мария Николаевна
RU2631779C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКИ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ НА ПОДЛОЖКЕ 1996
  • Алехин А.П.
  • Мазуренко С.Н.
  • Маркеев А.М.
  • Науменко О.И.
RU2116686C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛОЕВ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ 1992
  • Болотин В.П.
  • Михайловский И.П.
  • Черепов Е.И.
RU2029412C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКООБРАЗУЮЩЕГО РАСТВОРА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО РАСТВОРА 1992
  • Быков В.П.
  • Никитин Н.С.
  • Васильев В.В.
  • Гринберг Е.Е.
  • Нечаева Г.Ю.
  • Трохин В.Е.
RU2044014C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ 1988
  • Кочубей В.Ф.
  • Сенюта Т.Б.
  • Гутор И.М.
  • Аврустимов В.Л.
  • Бирковый Ю.Л.
  • Токарчук В.П.
  • Гуменяк М.В.
  • Маскович С.Н.
RU2061095C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА 2016
  • Михайлов Михаил Дмитриевич
  • Мамонова Дарья Владимировна
RU2634321C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО КРЕМНИЯ ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2006
  • Стребков Дмитрий Семенович
  • Заддэ Виталий Викторович
RU2367599C2
ПЛЕНКА ГИДРИРОВАННОГО КРЕМНИЙ-ОКСИКАРБИДА (SICO:H) И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ 2002
  • Рее Си-Воо
  • Квак Санг-Ки
RU2264675C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНИЙОКСИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ, ЛЕГИРОВАННЫХ АЛЮМИНИЕМ И РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ 2010
  • Гринберг Евгений Ефимович
  • Исхакова Людмила Дмитриевна
  • Егорова Ольга Николаевна
  • Вельмискин Владимир Владимирович
RU2436731C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИИ ЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ (ВАРИАНТЫ) 2022
  • Помогайбо Сергей Александрович
  • Голдобуев Вячеслав Анатольевич
RU2791716C1

Реферат патента 2010 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКИ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ

Изобретение относится к химическому нанесению покрытий осаждением паров металлических соединений, используемых в микроэлектронике. Способ получения пленки диоксида кремния включает введение в реакционную зону тетраметоксисилана и кислорода в потоке инертного газа при объемном соотношении тетраметоксисилана к кислороду, равном 1:5-10. Разложение паров тетраметоксисилана в присутствии кислорода и осаждение пленки диоксида кремния на пластинах при температуре 380-500°С при атмосферном давлении в течение 10-30 минут. Осаждение проводят на кварцевых или кремниевых пластинах. Получается однородная пленка диоксида кремния, полученная с малыми затратами энергии и без применения токсичных веществ. 2 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 398 913 C1

1. Способ получения пленки диоксида кремния, включающий введение в реакционную зону тетраметоксисилана и кислорода, разложение паров тетраметоксисилана в присутствии кислорода и осаждение пленки диоксида кремния на пластинах, отличающийся тем, что тетраметоксисилан и кислород вводят в реакционную зону в потоке инертного газа при объемном соотношении тетраметоксисилана к кислороду, равном 1:5-10, а осаждение пленки диоксида кремния на пластинах проводят при температуре 380-500°С при атмосферном давлении.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение проводят в течение 10-30 мин.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что осаждение проводят на кварцевых или кремниевых пластинах.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2010 года RU2398913C1

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНКИ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ НА ПОДЛОЖКЕ 1996
  • Алехин А.П.
  • Мазуренко С.Н.
  • Маркеев А.М.
  • Науменко О.И.
RU2116686C1
Способ получения пленок двуокиси кремния 1986
  • Поздняков Петр Григорьевич
  • Мещеряков Олег Александрович
  • Перфилов Юрий Иванович
  • Храмов Лев Валентинович
  • Денисенко Леонид Петрович
  • Сарин Сергей Григорьевич
SU1738872A1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК ДВУОКИСИ КРЕМНИЯ 1988
  • Кочубей В.Ф.
  • Сенюта Т.Б.
  • Гутор И.М.
  • Аврустимов В.Л.
  • Бирковый Ю.Л.
  • Токарчук В.П.
  • Гуменяк М.В.
  • Маскович С.Н.
RU2061095C1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ДИОКСИДА КРЕМНИЯ 1999
  • Красников Г.Я.
  • Манжа Н.М.
  • Нечипоренко А.П.
  • Бурзин С.Б.
RU2191848C2
US 4572841 A, 25.02.1986
СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ СПЛАВА ЖЕЛЕЗО—ХРОМ 0
  • Л. М. Сковский, А. Г. Виницкий В. И. Ковтун
SU212691A1

RU 2 398 913 C1

Авторы

Гринберг Евгений Ефимович

Лянная Людмила Августовна

Даты

2010-09-10Публикация

2008-12-30Подача