Винилстибинсилсесквиоксан в качестве материала, чувствительного к действию электронного облучения и источника диффузанта сурьмы,и способ его получения

 

Винилстибинсилсесквиоксан об1цей формулы в-Й х (и , Ж- fiо l-R где (-СН«СН.1,: в качестве материала, чувствительного к действию электронного облучения, и источника диффузанта сурьмы. 2. Способ получения винилстибкнсилсесквиоксана общей формулы (Г), отличающийся тем, что, смесь винилтрихлорсилана и треххлорйстой сурьмы,взятую в молярном со .отношении 7:1-1:7, подвергают взаимодействию со спиртом в среде кетона при суммарной концентрации смеси винилтрихлорсилаиа и треххлорист.ой сурьмы в реакционной смеси 0,050 ,2 М, при температуре от О до с последующим кипячением реакционной смеси. О5 О

ПЕ а11

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 07 F 7 21 Н 0 С 7 00

-(". тпн

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕ ГЕЛЬСТЗУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ 6ССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ)Й (21) 3454310/23-04 (22) 18 ° 06 ° 82 (46) 15.01.84, Бюл. М 2 (72) Т.Н. Мартынова и В,G. Корчков (71) Институт неорганической химии

СО AH СССР (53) 547 . 245 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 660044222288, кл. В 05 D 1/38, 1981..

2. Чистяков Ю,П. Фиэико-химические основы технологии мн кроэлектрони ки. Y., "Металлургия", 1979.

3. Авторское свидетельство СССР . Ф 668281, кл. Н 01 С 7/00, 1981. (54) ВИНИЛСТИБИНСИЛСЕСКВИОКСАН В КАЧЕСТВЕ. МАТЕРИАЛА ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО К

ДЕЙСТВИЮ ЭЛЕКТРОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ И

ИСТОЧНИКА ДИФФУЗАНТА СУРЬМЫ И СПОСОБ

ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ (57) Винилстибинсилсесквиоксан общей

Формулы

R —.Ца о Id ,д — — о — о — -.4i-R о Ф-к где k---CH CH, в качестве материала, чувствительного к действию электронного облучения, н источника диффуэанта сурьмы.

2. Способ получения винилстибинсилсесквиоксана общей Формулы (I), отличающийся тем, что, смесь винилтрихлорсилана и треххло- I ристой сурыаа,взятую в молярном соотношении 7:1-1:7,подвергают вваимодействию со спиртом в среде кетона при суммарной концентрации смеси винилтрихлорсилана и треххлористой сурьмы в реакционной смеси 0,05- Я

0,2 М, при температуре от 0 до -5 С с последующим кипячением реакционной смеси.

1067000 водно«спиртовой среде при температуре от комнатной до температуры замерзания растворителей (31.

Получить известным способом винилстибинсилсесквиоксан невозможно, так как синтез необходимо проводить в гомогенной среде. При растворении хлорида сурьмы в водно-спиртовой среде образуется нерастворимая гидроокись, а при нагревании нераство-

10 римая основная соль SbOCt . Укаэанный предел температур значительно снижает скорость реакции и в этих условиях она направлена, в основном, на образование октавинилсилсесквиоксана, 15 а винилстибинсилсесквиоксан получается в виде примеси.

Целью изобретения является создание материала, чувствительного к действию электронного облучения и одновременно являющегося источником диффуэанта сурыы, а.также разработка нового способа его получения.

Поставленная цель достигается тем, что винилстибйнсилсесквиоксан формулы (1), используется в качестве материала, чувствительного к действию электронного облучения, и источника диффузанта сурьмы.

А также способом, согласно которому. смесь винилтрихлорсилана и треххлористой сурьмы, взятую в молярном соотношении 7:1-1:7, подвергают взаимодействию со спиртом в среде кетона при суммарной концентрации смеси винилтрихлорсилана и треххло35 ристой сурьмы в реакционной смеси

0,05-02 М, при температуре от 0 до

54С с последующим кипячением реакционной смеси.

При другом мольном соотношении

4() и другой концентрации реакционной смеси увеличивается выход побочных продуктов, что приводит к дополнительным трудностям при выделении целевого продукта.

45 Пример 1. Раствор 2,28 r (0,01 r-моль) треххлористой сурьмы, в 72 мл ацетона и 11,27 г (0,07 гмоль) винилтрихлорсилана вводят одновременно при перемешивамии в охлажденные до 0 С 728 мл иэопропилового спирта в течение Г,5 ч при постоянном перемешивании. Реакционную смесь доводят до кипения и перемешиО фб хi î I о о — о- i -ф-к

1 О й-ж где Q. -СН=СН1, которое может быть использовано в качестве материала, чувствительного к действию электронного облучения и источника диффуэанта сурьмы, а также к способу получения.

Соединение формулы (1) может быть использовано в микроэлектренике в качестве чувствительного слоя в сухих вакуумных процессах литографии. Кроме того, его можно испольэо.вать в качестве источника диффузанта сурыы для инверсии типа проводимости полупроводника, например создания

9-п-перехода.

Наиболее близким и предлагаемому является октавинилсилсесквиоксан, используемый в качестве материала,,чувствительного к действию электрон ного облучения Cll.

К недостаткам известного октавинилсилсесквиоксана следует отнести то, что обладая высокой электронной чувствительностью, он в то же время,, не может использоваться в. качестве источника диффузанта сурьмы в кремниевую подложку.

Известен источник диффуэанта сурьмы, представляющий собой сурьмяносиликатное стекло, которое наносится в виде тонкой пленки на кремниевую подложку и используется для создания р-и-переходов диффузией сырььы в кремниевую подложку при температурах выше 1000 С (2).

Недостатками известного источника днффуэанта сурьмы (сурьямносиликатного стекла) являются отсутствие электронной чувствительности, не позволяющее создавать защитные маски; необходимость использования последующего процесса литографии для создания защитной маски; многостадийность н сложность технологии создания о-и-перехода при использовании сурьмяносиликатных пленок.

Помимо этого, сами сурьмяиосиликатные пленки характеризуются неод нородностью их состава по толщине; сложной технологией формирования сурьмяносиликатных пленок. о Извесоен способ получения октавинилсилсесквиоксана, заключающийся в гидролизе винилтрихлорсилана B

:и выдерживают при 0 С 20 ч. Выпавший осадок отфильтровывают на воронке Бюхнера, сушат на воздухе и экстрагируют ацетоном. Упаривают ацетоновый экстракт в вакууме при комнатной температуре, затем сухой остаток

60 переносят в сублиматор и подвергают очистке в вакууме 10 " -10 мм рт.ст. при 150 С.

Изобретение относится к элементоорганической химии, а именно к новому химическому соединению винилстибинсилсесквиоксану формулы (I) .,вают в течение, часа, затем охлаждают

Выход составляет 2,09 r (30% от загрузки) .

1067000

ОС Н,) Si>sbO„g

I

Найдено,В: С 24,06; Н 3,18;

Sb 17,38; Clt 0; Si 27,99.

С Н g S i gSbO

Вычислено,Ж: С 24,04; H 3,00;.

Sb 17,40; CO 0; Si 28,05.

МВ (эбулиометрический в ацетоне) 690 °

МВ (теоретически вычисленный) 698,7.

Число двойных связей в молекуле равно семи.

Пример 2. Раствор 6,84 г (0,03 г-моль) треххлористой сурьмы в 300 мл метилэтилкетона и 33,81 r (0,21 r-.ìîëü) винилтрихлорсилана вводят одновременно при перемешивании. в охлажденный до -5 С этиловый спирт 15 (900 мл) в течение 45 мин. Перемешивают реакционную смесь еще 1 ч, затем кипятят в течение двух часов, охлаждают и выдерживают при 0 С еще в течение 30 ч. Выпавший осадок от- 20 фильтровывают, сушат на воздухе и подвергают очистке, аналогично примеру 1.

Выход составляет 4,2 r (20% от загРузки) ° 25

Найдено,В: С 24,00; Н. 3,0.81

Si 28,08;. Sb 17,50; Ct. О, С< 4 Н < $ 1 $ЬО

Вычислено,Ф: С 24,04; Н 3,001

Si 28 05; Sb 17,40; СВ О °

МВ (определенный масс-спехтрометрически) 700. МВ (теоретически вычис- ленный) 698,7.

Пример 3. Раствор, содержа- щий 15;96 r (0,07 г-моль) треххло35 ристой сурьмы в 400 мл ацетона и

l 06 г (0,01 r-моль) винилтрихлорсилана вводят одновременно при,перемешивании в 1200 мл охлажденного, до О С этилового спирта. Кипятят 40 в течение 3 ч и. оставляют при О С на 20 ч. Затем отфильтровывают выпавший осадок и зкстрагируют его ацетоном. Ацетоновый экстракт упаривают в вакууме от водоструйного на- 45 соса досуха и подвергают зониой сублимации при 150 С и давлении

10* мм рт.ст. Целевой продукт собирают в температурной зоне 40 5 С.

Выход составляет 0,48 г (8,5В от

50 загрузки) .

Найдено,Ф:,С 24 111 Н 3,02;

Sb 17,51; Si.28,11.

С„,, Н,; $1 $ЬО„55

Вычислено,В: С 24,04: Н 3,001

Sb 17,401 Si 28 05 °

МВ (эбулиометрический) 700.

MB (теоретический) 698,7.

Число двойных связей равно семи.

Элементным анализом и методом пламенной фотометрии определено про центное содержание углерода, водоро" да, кремния и сурыж, которое нахо-. 65 дится в соответствии с брутто-формулой

ИК-спектры веществ, запрессованных в таблетки с КВ, в области 4003600 см подтверждают пространственно упорядоченную структуру .вещества (400-600 см 1 колебания кремнекислородного. каркаса), наличие связей кремний-кислород (1120 см, МцЗЗ(-ОЖ) и наличие винильных радикалов (14001600 см, С С) . В спектре отсутствуют полосы поглощения спиртовых и гидроксильных групп.

В УФ-спентре содержится полосд, с максимумом 212 нм, соответствующая поглощению двойных связей радикалов винила.Число двойных связей, определенное на АДС-4, равно семи, Что соответствует составу (СН =СН) $1 $)О„

Масс-спектр полученного соединения снимают на масс-спектрометре М.902 при энергии ионизации 60эВ. В спектре присутствует пик с о /е .700, соответствующий молекулярному иону

С(СН --СН) Si>Sb0 z.l (М ), интенсивные пики: с m/е 673, соответствующий однозарядному иону (М-С Нз), и с .

2л/е 323 - двухзарядному (М-2С2НЗГ образованные в результате отщейления одного или.двух радикалов винила от молекулярного иона. Общий характер масс-спектра соответствует известным окта-органилсилсесквиоксанам с клеткообраэным строением молекул, а молекулярный вес его, определенный по молекулярному иону М+, )совпадает с расчетным, который равен

698,7.

Полученное вещество хорошо растворимо в большинстве органических растворителей, в том числе ацетоне, эфире четыреххлористом углероде, бензоле, хуже - в этаноле, метаноле.

Не растворимо в воде.

Электронная чувствительность пленок вещества определяется на электронно-лучевой установке,ЭЛАМС при энергии электронов 30 кэВ. Рабочие дозы, при которых толщина облученной пленки, равная 0,25 мкм, уменьшается на 183 от исходной, составляет 5х

«10 Кл/см,при разрешающей способности 0,2-0,3 мкм.

Полученную после экспонирования и проявления защитную маску подвергают отжигу в диффузионной печи при

400-600 С в течение 0,5-3 ч. На полученных структурах снимают вольт-амПерные характеристики (ВАХ) . Анализ

ВАХ показывает, что они имеют веитильный характер, что свидетельствует о диффузии сурьмы в поверхность кремниевой подложки, Оцененная по

1067000

Октавинилснлсесквифксан 131

Винилстн бинсилсес квиоксан формулы

%1) Полиметнлметакрилат

Сурьмяносили кат.ное стекJ ло С21

Свойства

Электронная чувствительность, Хл/см 10

5-10

Нет

Нет

Высокая

Есть

Высокая, Наличие, диффузанта

Есть

Нет

Нет

Разрешающая способность, линий/мм

)10"

104 110

Нет

Способ получения

Защитной маски

Жидкостный

Составитель О. Минаева

Редактор Т. Колб Техред A.Бабинец . Корректор Г.Orap

Заказ, 11147/27 Тираж 381 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

BAX глубина залегания р-й-перехода составляет 100-200 Х, Яаяпчие сурые в полученных.защит.ных масках в еасокая их термостабмльность открывает новое фунжциуональное яаэначение, т.е. их можно 5 использовать в качестве источника .диффуванта сурьмы в псддожку и про-., водить ее.мвгмрование.

В..тЖяаце:приведены сравнительные свойотва:известных элехтроиочувст- 10 витеяьеых веществ, сурьмяносилкатиых .стекол .tt предлагаемого винилсти бинсмлсесквмоксана.

Из таблицы,видно., что винилсти-. бинсмлсесквиоксан формулы (I) обла- 35 дает достаточно высокой электронной чувствительностью, разрешающей спо.аобностьЮ, а защитные маски íà его

: основе - высокими стойкостными свойствами и одновременно являются ис- . точником диффуэанта сурьмы. При этбм oat сохраняет свойства, присущие вакуумным резистам и может быть использован в сухих способах литограФнд ° 25

За базовый объект сравнения s качестве электроночувствительного вещества принят полиметилметакрилат .с чувствительностью к действию электронного облучения 10 > Кл/см, Стойжость защитной. маски к травлению фреонами Плохая который используется толь ко s жидкостной литографии.

Сравнение полученного соединения с октавннилсилсесквиоксаном показывает, что несмотря на то, что вииилстибинсилсесквиоксан обладает немного меньшей электронной чувствительностью (на l/2 порядка), он имеет такие же высокие разрешающую способность:(0,1-0,2 мкм) и устойчивость к действию плаэмохимического травления.

Полученное вещество так же, как и (винилсилсесквиоксан обладает способностью .сублнмировать в вакууме беэ разложения н может быть использовано в сухих способах литографии для создания защитной маски. В .отличие от октавинилснлсесквиоксана, защитные маски, полученные из вннилстибинсилсесквноксана содержат в составе вещество-диффуэант сурьму и после, процесса травления не удаляются, а используются для легирования полупроводников (т.е. при термообработках происходит диффузия сурьмы в подложку полупроводника) . Это позволяет менять тип ее проводимости, т.е.создавать субмикронные р-п-переходы, что невозможно при использовании.октавинилсилеесквиоксана.

Полностью С исполь- ПоЛностью сухой ва- эованием, сухой вакуумный, жидкостной куумный литографии