Способ получения регулярных нитевидных кристаллов кремния

 

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов, предназначено для получения нитевидных кристаллов (НК) с воспроизводимыми геометрическими параметрами. Сущность изобретения состоит в том, что на поверхность кремниевой пластины напыляется слой металла толщиной не менее 400 , после чего осуществляют маскирование поверхности пластины фоторезистором с последующим нанесением на нее инициирующей примеси посредством электрохимического осаждения островков металла из раствора электролита. Способ позволяет значительно уменьшить разброс параметров и обеспечить взаимозаменяемость датчиков на основе НК.

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов, предназначено для выращивания регулярных систем нитевидных кристаллов (НК) кремния методом газотранспортных химических реакций в проточной системе.

В настоящее время известны способы выращивания регулярных НК кремния. Например, известен способ, в котором инициирующая примесь наносится посредством напыления металла на поверхность кремниевой пластины через маску-трафарет [1] . Данный способ позволяет получать кристаллы диаметром 1 - 5 мкм, однако при этом существуют значительные трудности осуществления данного способа, если речь идет о кристаллах с малыми размерами (менее 5 мкм). Для того, чтобы из одной частицы металла получить одну каплю расплава, необходимо обеспечить соотношение толщина-диаметр для напыляемого островка не менее чем 0,02 - 0,05 (в зависимости от типа металла). Это значит, что для того, чтобы получить кристалл диаметром 1 мкм, отверстие в маске должно быть не более. 5 мкм, а осаждаемая пленка толщиной около 0,1 мкм.

Однако современная технология производства масок не позволяет получить систему идентичных отверстий диаметром меньше, чем толщина исходной металлической пленки.

Для получения регулярной системы НК с кристаллами диаметром более 5 мкм необходимо осаждать пленку толщиной 2 - 10 мкм. В этом случае сплошная пленка металла осаждается и в отверстия, и на маску. В процессе удаления маски пленка хаотически разрывается, образуя частицы металла разной величины и геометрии. Это приводит к тому, что из одной капли могут вырасти несколько кристаллов, не имеющих определенной ориентации, или имеющих разный диаметр.

Кроме того, реализация этого метода связана с использованием дорогостоящего оборудования, а также требуется большой расход драгметаллов в процессе нанесения пленки.

Наиболее близким к изобретению является способ выращивания регулярных систем НК, представленный в работе [2]. Отличие этого способа состоит в том, что металл инициирующей примеси наносится электрохимическим осаждением из раствора электролита.

Недостатком этого способа является неравномерность осаждения островков металла инициирующей примеси на поверхность ростовой пластины, так как электролиз идет на вскрытых от окисла участках кремния, который является катодом. Однако поверхность кремния в окнах неоднородна, имеет разнообразные центры кристаллизации и в процессе электролиза может окисляться. Все это сказывается на качестве и воспроизводимости гальванического покрытия. Неравномерность осаждения металла приводит к существенному разбросу геометрических размеров НК, функционально связанных с количеством металла в "окнах". Маскирование поверхности пластины слоем окисла требует подбора специальных режимов сплавления металла с подложкой в процессе выращивания НК, чтобы металл не подплавлялся под слоем SiO₂.

Задача изобретения - повышение воспроизводимости геометрических размеров и упрощение технологии получения регулярных систем НК кремния.

Это достигается тем, что перед нанесением инициирующей примеси посредством электрохимического осаждения островков металла на кремниевую пластину напыляют слой металла толщиной не менее 400 , а маскирование поверхности пластины осуществляют фоторезистом, при этом отпадает необходимость применения операций нанесения и фотогравировки слоя SiO₂.

Для выращивания регулярных НК на монокристаллическую поверхность пластины кремния напыляют тонкую пленку металла, выбираемого с учетом применимости его для выращивания нитевидных кристаллов. Затем на пленку наносят слой фоторезиста, в котором с помощью фотолитографии гравируют "окна" необходимого размера. В "окнах" электрохимически осаждают металл инициирующей примеси. Таким образом на пленочной основе, являющейся электродом, выращивают столбики металла с заданным отношением высоты к диаметру для формирования в каждом "окне" единственной капли при сплавлении. Затем подготовленную таким образом пластину помещают в кварцевый реактор, продуваемый водородом, и нагревают до температуры роста. В течение нескольких минут в атмосфере водорода проводится сплавление частиц металла с подложкой. Затем в газовую фазу подают питающий материал и производится выращивание кристаллов. Толщина металлического подслоя порядка 400 и более ангстрем определяется тем, что при этих толщинах пленку металла можно считать сплошной. При меньшей толщине пленка имеет сетчатую структуру.

Использование разработанного способа позволяет ближе подойти к решению проблемы разбаланса параметров и взаимозаменяемости датчиков различного функционального назначения на основе нитевидных кристаллов кремния. Реализация данного способа проста в технологическом исполнении. Все технологические операции базируются на соответствующих процессах, широко распространенных в микроэлектронике, и легко могут быть освоены в промышленном производстве изделий электронной техники.

Формула изобретения

Способ получения регулярных нитевидных кристаллов кремния, включающий маскирование поверхности кремниевой ростовой пластины с последующим нанесением на нее инициирующией примеси посредством электрохимического осаждения островков металла из раствора электролита, отличающийся тем, что предварительно на поверхность пластины напыляют слой металла толщиной не менее 400 а маскирование поверхности осуществляют фоторезистом.