Способ формирования монокристаллических нанопроводников в матрице из собственного оксида



Способ формирования монокристаллических нанопроводников в матрице из собственного оксида
Способ формирования монокристаллических нанопроводников в матрице из собственного оксида

 


Владельцы патента RU 2503084:

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" (RU)

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур и может быть использовано в нанотехнологии, микроэлектронике для создания сверхминиатюрных приборов, интегральных схем и запоминающих устройств. Изобретение направлено на обеспечение формирование монокристаллических нанопроводников заданной геометрии в матрице собственного оксида. Способ формирования монокристаллических нанопроводников в матрице из собственного оксида включает нанесение на поверхность монокристаллической пластины маски с требуемой топологией формируемого монокристаллического нанопровода, травление открытых участков монокристаллической пластины с обеспечением отрицательных углов наклона стенок вытравливаемых углублений к исходной поверхности без нарушения сплошности материала пластины и последующее окисление монокристаллической пластины до смыкания оксида вокруг сохраненного в виде выступа проводящего вещества. Указанный результат достигается также тем, что перед проведением процесса окисления производится полное или частичное удаление маски. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к технологии создания сложных проводящих структур и может быть использовано в нанотехнологиях, микроэлектронике для создания сверхминиатюрных приборов, интегральных схем, биодатчиков и запоминающих устройств.

Известен способ формирования решетки нанокластеров кремния на структурированной подложке (RU 2214359[1]). Сущность изобретения заключается в очистке кремниевой подложки, ее маскировании, нанолитографии, осуществляемой таким образом, что границы маскирующих участков ориентированы под углом 45° к базовому срезу [110] подложки, структурировании поверхности подложки травлением, формируя при этом решетку из столбиков кремния, удалении маскирующего слоя, формировании решетки из нанокластеров на структурированной подложке путем термического окисления ее структурированной поверхности с постоянным ростом температуры в приповерхностной области до температуры не ниже 900°C с градиентом роста температуры не менее 106 К/см с образованием решетки из нанокластеров кремния внутри двуокиси кремния, охлаждении подложки до комнатной температуры с тем же постоянным градиентом не менее 106 К/см, повторении цикла нагрева и охлаждения до образования замкнутой оболочки двуокиси кремния и окончательном отжиге подложки с решеткой из нанокластеров кремния в замкнутой оболочке из двуокиси кремния длительностью не менее 20 мин в атмосфере азота. Изобретение позволяет создавать однородные по своим электрическим и оптическим свойствам дискретные наноэлементы, на базе которых строятся все приборы квантовой электроники и оптоэлектроники. Однако их использование имеет ограничения связанные с тем, что при создании приборов квантовой электроники и оптоэлектроники зачастую требуется соединение их отдельных компонентов протяженными проводниками, в то время как в соответствии с известным способом создается по сути точечный элемент проводника, окруженного собственным оксидом.

Известен способ формирования нанопроводов из тонких пленок кремния US 2006286788 [2] (патенты - аналоги US 7217946, WO 2004032182, FR 2845519, EP 1547136).

В соответствии с предложением, первоначально тонкая пленка легированного монокристаллического кремния (обычно между 15 и 20 нм) наносится методом литографии на относительно тонкую подложку из диоксида кремния (SiO2), которая в свою очередь формируется на достаточно толстом слое кремния. К краям пленки подсоединяют электроды, подключенные к источнику постоянного тока. В результате прохождения тока пленка преобразуется в гребенчатую структуру с линейными выступами, ориентированными вдоль линий тока. Диапазон плотности тока, который может привести к образованию такой структуры, зависит от полупроводника. После травления полученной структуры тонкая пленка растворяется, а сохраненные гребни представляют собой нанопровода из кремния на подложке из диоксида кремния с характерным поперечным размером около 7 нм. Недостатком известного способа является то, что он не позволяет создавать провода со сложной топологией, так как их формирование осуществляется по линиям тока, что приводит к получению только прямолинейных отрезков (гребней).

Наиболее близким к заявляемому способу по своей технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления наноразмерных проволочных кремниевых структур, известный из описания к RU 2435730[3]. В соответствии со способом изготовления наноразмерных проволочных кремниевых структур на кремниевой подложке последовательно создают слой SiO2, слой кремния и затем опорный слой, на котором методами фотолитографии и ионно-плазменным травлением формируют рельеф с вертикальными стенками в местах будущего расположения наноразмерных элементов, на полученном рельефе конформно создают слой материала для формирования спейсера, который анизотропным травлением удаляют с горизонтальных поверхностей, а его часть, прилегающую к вертикальным стенкам рельефа, используют в качестве маски при анизотропном травлении наноразмерных кремниевых структур. В качестве опорного слоя используют рельеф с вертикальными стенками в кремнии, конформный слой создают термическим окислением поверхности кремния, а в качестве маски при травлении наноразмерных кремниевых структур используют окисленную вертикальную поверхность рельефа конформного слоя на кремнии.

Недостатком известного способа является его относительная сложность (большое количество промежуточных операций), а также то, что в результате получают провод без полной изоляции в виде собственного оксида.

Заявляемый способ направлен на формирование монокристаллических нанопроводников заданной геометрии в матрице собственного оксида. Указанный результат достигается тем, что способ формирования монокристаллических нанопроводников в матрице из собственного оксида, включает нанесение на поверхность монокристаллической пластины маски с требуемой топологией формируемого монокристаллического нанопровода, травление открытых участков монокристаллической пластины с обеспечением отрицательных углов наклона стенок вытравливаемых углублений к исходной поверхности без нарушения сплошности материала пластины и последующее окисление монокристаллической пластины до смыкания оксида вокруг сохраненного в виде выступа проводящего вещества.

Указанный результат достигается также тем, что перед проведением процесса окисления производится полное или частичное удаление маски.

Формирование заготовок нанопроводников с заданным рисунком путем удаления части вещества исходной монокристаллической пластины с образованием отрицательных углов наклона стенок углублений к исходной поверхности без нарушения сплошности материала пластины позволяет при осуществлении последующих операций обеспечить формирования монокристаллических нанопроводников в матрице из собственного оксида.

Последующее окисление монокристаллической пластины до смыкания оксида вокруг сохраненного в виде выступа проводящего вещества позволяет завершить процесс формирования монокристаллических нанопроводников в матрице из собственного оксида.

Удаление части вещества исходной монокристаллической пластины с образованием отрицательных углов наклона стенок углублений к исходной поверхности может осуществляться различными путями.

В одном из частных случаев реализации удаление части вещества исходной монокристаллической пластины осуществляют травлением не закрытых маской участков монокристаллической пластины.

Нанесение на поверхность монокристаллической пластины маски с требуемой топологией формируемого монокристаллического нанопровода обеспечивает в дальнейшем, при травлении, сохранение в нужных местах исходного материала монокристаллической пластины. Травление открытых участков монокристаллической пластины без нарушения сплошности материала пластины необходимо для того, чтобы исключить отделение сформированного нанопровода от исходной пластины и, соответственно, матрицы оксида. Последующее окисление монокристаллической пластины до смыкания оксида вокруг сохраненного под маской проводящего вещества позволяет завершить процесс формирования монокристаллических нанопроводников в матрице из собственного оксида.

Сущность заявляемого способа поясняется примерами его реализации и графическими материалами, показывающими отдельные стадии процесса. На фиг.1 показан вариант реализации способа с использованием для удаления части вещества исходной монокристаллической пластины травления не закрытых маской участков монокристаллической пластины. На фиг.2 показан вариант реализации способа когда перед проведением процесса окисления производится полное или частичное удаление маски.

Пример 1. В самом общем случае способ реализуется следующим образом.

На поверхности монокристаллической пластины 1 из исходного материала по известной технологии создается маска 2 требуемой топологии формируемого монокристаллического нанопровода. Производится травление открытых участков монокристаллической пластины таким образом, чтобы профиль травления монокристаллического материала характеризовался отрицательным углом наклона к поверхности. Режимы травления и травитель подбираются экспериментальным путем или на основе справочных данных. При этом, глубина травления, величина отрицательного угла и ширина закрытого маской участка монокристалла должны обеспечить сплошность материала пластины непосредственно под маской с материалом монокристаллической пластины (т.е. в сечении структуры должен остаться перешеек в основании формирующейся трапециевидной балки, соединяющий ее с основной пластиной). Проводится процесс окисления монокристалла на постоянную глубину таким образом, чтобы перешеек, соединяющий нижнее основание сформированной трапециевидной балки с монокристаллической пластиной был полностью преобразован в оксид 3. Другими словами, глубина равномерного окисления должна быть больше, чем половина ширины перешейка, но меньше половины ширины трапециевидной балки в широкой (верхней) части. Окисление может быть проведено любым известным способом: нагрев в атмосфере окислителя; ионно-плазменное окисление и т.п. Перед проведением процесса окисления маска может быть сохранена, а может быть и удалена. Поскольку ширина трапециевидной балки вверху больше ее ширины внизу (перешейка), в верхней части балки остается неокисленный материал, представляющий собой монокристалл, геометрическая форма которого задается рисунком маски на поверхности пластины, электрически изолированный от материала подложки.

Пример 2. На поверхности монокристаллической пластины 1 из кремния (Si) по технологии фотолитографии была создана маска 2 из оксида кремния (SiO2) требуемой топологии формируемого монокристаллического нанопровода. Произведено плазмохимическое травление открытых участков монокристаллической пластины травителем SF6 при температуре 25°C в течение 30 секунд. В результате профиль травления монокристаллического материала характеризовался отрицательным углом в 7,6 градусов наклона к поверхности. Глубина травления составила 75 нм, ширина верхней части сформированной трапециевидной балки составила 50 нм, а перешейка 30 нм.

Затем проводился процесс окисления монокристалла при помощи обработки в кислородной плазме на глубину 15 нм. В результате перешеек, соединяющий нижнее основание сформированной трапециевидной балки с монокристаллической пластиной был полностью преобразован в оксид 3. В верхней части балки остался неокисленный материал, представляющий собой монокристалл, геометрическая форма которого была задана рисунком маски на поверхности пластины, электрически изолированный от материала подложки собственным оксидом.

Пример 3. На поверхности монокристаллической пластины 1 из кремния (Si) по технологии фотолитографии была создана маска 2 из фоторезиста толщиной 50 нм требуемой топологии формируемого монокристаллического нанопровода. Произведено плазмохимическое травление открытых участков монокристаллической пластины травителем SF6 при температуре 25°C в течение 30 секунд. В результате профиль травления монокристаллического материала характеризовался отрицательным углом в 7,6 градусов наклона к поверхности. Глубина травления составила 75 нм, ширина верхней части сформированной трапециевидной балки составила 50 нм, а перешейка 30 нм.

После этого производилось полное удаление маски с поверхности балки при помощи травления в водородной плазме при температуре 25°C в течение 90 секунд. В результате удаления маски балка представляет собой выступ 4 в монокристаллической пластине 1.

Затем проводился процесс окисления монокристалла при помощи обработки в кислородной плазме на глубину 15 нм. В результате перешеек, соединяющий нижнее основание сформированной трапециевидной балки с монокристаллической пластиной был полностью преобразован в оксид 3. В средней части балки остался неокисленный материал, представляющий собой монокристалл, геометрическая форма которого была задана рисунком маски на поверхности пластины, электрически изолированный от материала подложки собственным оксидом, покрытый сверху слоем оксида толщиной 15 нм.

1. Способ формирования монокристаллических нанопроводников в матрице собственного оксида, включающий нанесение на поверхность монокристаллической пластины маски с требуемой топологией формируемого монокристаллического нанопровода, травление открытых участков монокристаллической пластины с обеспечением отрицательных углов наклона стенок вытравливаемых углублений к исходной поверхности без нарушения сплошности материала пластины и последующее окисление монокристаллической пластины до смыкания оксида вокруг сохраненного в виде выступа проводящего вещества.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед проведением процесса окисления производят полное или частичное удаление маски.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу формирования рельефа из электронных и фотонных материалов и структурам и устройствам, изготовленным с использованием этого способа.

Изобретение относится к жидкой композиции, способу получения кремниевой подложки и к способу получения подложки для головки для выброса жидкости. .
Изобретение относится к технологии изготовления упругих элементов микроэлектромеханических измерительных систем. .

Изобретение относится к обработке подложек для получения вогнуто-выпуклой структуры. .

Изобретение относится к технологии изготовления чувствительных элементов микроэлектромеханических систем. .

Изобретение относится к приборостроению и может применяться при изготовлении полупроводниковых микромеханических устройств, например чувствительных элементов интегральных датчиков.

Изобретение относится к технологии изготовления кремниевых микро- и наноэлектронных устройств. .

Изобретение относится к технологии формирования наноэлектронных структур. .

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, а также однослойных и многослойных печатных плат для радиоэлектронной аппаратуры.

Изобретение относится к микро- и наноэлектронике и может быть использовано в производстве интегральных кремниевых химических и биосенсоров для автоматизированного контроля окружающей среды, в экологии, в химическом производстве, в биологии и медицине.
Изобретение относится к эластомерным материалам уплотнительного назначения. Резиновая смесь на основе пропиленоксидного каучука СКПО содержит серу, стеариновую кислоту, оксид цинка, тиурамдисульфид, технический углерод П-803, дибензотиазолдисульфид, фенил-β-нафтиламин, дибутоксиэтиладипинат, ультрадисперсный политетрафторэтилен.

Изобретение может быть использовано в производстве катализаторов, электродов, токопроводящих элементов, фильтров. Твердый политетрафторэтилен (ПТФЭ) подвергают пиролизу без доступа воздуха в плазме импульсного высоковольтного электрического разряда при атмосферном давлении с амплитудой импульсов не менее 9 кВ.

Изобретение относится к области переработки отходов, в частности золошлаковых отходов ТЭЦ. Золу от сжигания углей помещают в реакционную зону, добавляют углеродный сорбент в количестве 10-25 кг на тонну золы.

Предложен композит в виде пористого блока с нановолокнами. Пористый блок имеет одну или множество пор и содержит множество неорганических нановолокон, выращенных внутри пор блока с использованием гидротермального процесса.

Изобретение относится к получению нанодисперсного фторорганического материала, который может быть использован в качестве твердой смазки, а также в составе композиций для приборов, устройств, машин и механизмов, в том числе, масляных композиций для двигателей и трансмиссий автомобилей.

Настоящее изобретение относится к способу синтеза смесей наночастиц и жидкого полимера в одной полимеризационной реакционной емкости. Описан способ получения в растворителе синтезируемой в одном реакторе смеси наночастиц и жидкого полимера, при этом способ содержит стадии: (a) проведения в реакционной емкости либо полимеризации первого мономера до получения жидкого полимера, либо сополимеризации первого мономера и второго мономера до получения жидкого полимера, где первый мономер выбирают из группы, состоящей из С4-С8 сопряженных диенов и их смесей, а второй мономер выбирают из группы, состоящей из стирола, α-метилстирола, 1-винилнафталина, 2-винилнафталина, 1-α-метилвинилнафталина, 2-α-метилвинилнафталина, винилтолуола, метоксистирола, трет-бутоксистирола и их алкильных, циклоалкильных, арильных, алкарильных и аралкильных производных, у которых совокупное количество атомов углерода в производном является не большим чем 18, или любых ди- или тризамещенных ароматических углеводородов и их смесей; (b) частичного обрыва полимеризации при использовании агента гашения активных центров; и (с) добавления полифункционального сомономера, моновинилароматического мономера и необязательной загрузки инициатора полимеризации; где упомянутые наночастицы имеют ядро, включающее моновинилароматический мономер, и оболочку, включающую первый мономер или первый и второй мономер, при этом наночастицы образуются в результате самоагрегирования в мицеллы и сшивания мицелл полифункциональным сомономером.

Изобретение относится к созданию гранулированного наносорбента, который может использоваться при очистке водных сред от радионуклидов и других токсичных веществ.
Изобретение относится к области мембранных технологий и может быть использовано в пищевой, химической, нефтехимической, фармацевтической и других отраслях промышленности, где необходимо разделение низкомолекулярных веществ.
Изобретение относится к области электрохимической энергетики, а именно к приготовлению активной массы электрода с наноразмерными частицами NiO на углеродном носителе, используемого в химических источниках тока, в частности в никель-металл-гидридных аккумуляторах, а также в суперконденсаторах.

Изобретение относится к технологии получения неорганических материалов, которые могут быть использованы для производства медицинских материалов, стимулирующих восстановление дефектов костной ткани, в том числе в стоматологии.

Изобретение относится к способу изготовления поглощающего покрытия, обеспечивающего поглощение в инфракрасном диапазоне длин волн для создания эталонов абсолютно черного тела в имитаторах излучения для аппаратуры дистанционного зондирования земли со стабильными характеристиками. Способ изготовления поглощающего покрытия включает формирование на пластине-носителе последовательно адгезионного слоя; полиимидного слоя с углеродными нанотрубками из раствора пиромилитового диангидрида и оксидианилина в полярном растворителе методом центрифугирования или полива с последующей сушкой. На высушенном полиимидном слое с углеродными нанотрубками формируют методом центрифугирования или полива слой из дисперсии углеродных нанотрубок в полярном растворителе: диметилформамиде или диметилацетамиде. Далее проводят сушку и термоимидизацию полиимидного слоя с углеродными нанотрубками и с углеродными нанотрубками из дисперсии, внедренными частично в растворенный приповерхностный слой полиимида. На слое из углеродных нанотрубок, внедренных и выступающих из полиимидного слоя, прошедшего термоимидизацию, формируют упрочняющий и поглощающий слой из нитрида кремния методом плазмохимического осаждения. Технический результат - создание воспроизводимого и стабильного во времени процесса изготовления покрытия с высокой поглощающей способностью инфракрасного излучения, работающего в широком диапазоне температур. 2 ил., 1 пр.
Наверх