Способ получения отверстий в монокристаллических пластинах кремния

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к области создания микроструктурных элементов электронных устройств. Способ получения отверстий в монокристаллических пластинах кремния включает подготовку полупроводниковой пластины путем нанесения на ее поверхность мелкодисперсных металлических частиц катализатора с последующим покрытием их тонкой пленкой тетрабората натрия (безводного), помещение пластины в радиационную печь, ее нагрев, создание в пластине поперечного, направленного от лицевой к тыльной стороне пластины градиента температуры в диапазоне от 10 до 100 К/см, создание недосыщения атомарного кремния в газовой фазе за счет подачи в нее тетрахлорида кремния и химическое газофазное травление пластины по схеме кристалл→жидкая капля→пар. Изобретение обеспечивает получение сквозных, проходящих через всю толщину отверстий в монокристаллических пластинах кремния. 5 пр.

 

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности к технологии изготовления полупроводниковых структур, являющихся элементной базой функциональной микроэлектроники, и может быть использовано в технологии изготовления кремниевых мембранных фильтров, солнечных элементов с вертикальными p-n переходами, кремниевых пластин облегченной конструкции, применяемых в оптическом приборостроении.

Известны способы получения отверстий в монокристаллических пластинах кремния [Травление полупроводников [сборник статей]. Пер. с англ. С.Н. Горина. М.: Мир, 1965; Амиров И.И., Морозов О.В., Изюмов М.О., Кальнов В.А., Орликовский А.А., Валиев К.А. // Плазмохимическое травление глубоких канавок в кремнии с высоким аспектным отношением для создания различных элементов микромеханики. // Микросистемная техника. 2004. Т. 12. С. 15-18; Щетинин А.А., Дунаев А.И., Козенков О.Д. О травлении монокристаллов кремния через жидкую фазу и образовании систем обычных и «отрицательных» НК // Воронеж, политехн, ин-т. Воронеж, 1981. 9 с. Деп. в ВИНИТИ 08.12.81, №5596-81]. Известно техническое решение [Травление полупроводников [сборник статей]. Пер. с англ. С.Н. Горина. М.: Мир, 1965], согласно которому отверстия в кремниевой пластине получают избирательным химическим изотропным травлением областей поверхности кристалла, незащищенных окисной фотомаской, в буферном травителе на основе азотной, плавиковой и уксусной кислот. Недостатками данного способа являются невысокая селективность травления (отношение скоростей травления кремния и материала фотомаски), боковое подтравливание под маску и невозможность получать отверстия с высоким аспектным отношением глубина/диаметр.

Известен способ создания отверстий в монокристаллических пластинах кремния избирательным плазмохимическим травлением за счет химического взаимодействия открытых участков поверхности кремния с химически активными заряженными частицами и образования летучих соединений [Амиров И.И., Морозов О.В., Изюмов М.О., Кальнов В.А., Орликовский А.А., Валиев К.А. // Плазмохимическое травление глубоких канавок в кремнии с высоким аспектным отношением для создания различных элементов микромеханики // Микросистемная техника. 2004. Т. 12. С. 15-18]. Недостатками способа являются невысокая скорость травления (2-10 нм/с), невысокая анизотропия травления (отношение скоростей травления по нормали к поверхности и в тангенциальном направлении), отсутствие аппаратурных возможностей обеспечить протравливание отверстий глубиной, существенно превышающей 100 мкм по нормали к поверхности, а также возможность деградации и разрушения структур на пластине.

Ближайшим аналогом является способ получения отверстий в полупроводниковых пластинах избирательным химическим газофазным травлением с участием мелкодисперсных частиц металлов по схеме кристалл→жидкая капля→пар [Щетинин А.А., Дунаев А.И., Козенков О.Д. О травлении монокристаллов кремния через жидкую фазу и образовании систем обычных и «отрицательных» НК //Томск, 1981, с.2-9, Деп. в ВИНИТИ 08.12.81, №5596-81]. При наличии на пластине частиц металлов в местах их расположения образуются отверстия в форме цилиндрических, призматических или конусовидных протяженных полостей и каналов с диаметрами от 0,05 до 30 мкм. Недостатками способа являются невозможность создания сквозных, проходящих через всю толщину пластины отверстий, существенное влияние на процесс кристаллографической ориентации материала пластины и образование многогранных фигур травления, возможность разбиения капли и образование множества отверстий в виде узких тоннелей под поверхностью пластины, отсутствие возможности контроля направления пространственного расположения отверстия в пластине.

Изобретение направлено на получение сквозных отверстий в монокристаллических пластинах кремния.

Это достигается тем, что перед помещением кремниевой пластины с нанесенными на ее поверхность мелкодисперсными частицами катализатора в радиационную печь и созданием условий химического газофазного травления по схеме кристалл→жидкая капля→пар катализатор покрывают тонкой пленкой тетрабората натрия Na2B4O7 (безводного), в пластине кремния создают поперечный, направленный от лицевой к тыльной стороне пластины градиент температуры grad Т, причем величину градиента температуры выбирают из диапазона 10≤ grad Т ≤100 К/см.

Способ получения отверстий в монокристаллических пластинах кремния осуществляют следующим образом. Нанесенные на поверхность полупроводниковой пластины мелкодисперсные металлические частицы катализатора покрывают тонкой пленкой тетрабората натрия Na2B4O7 (безводного). Затем пластина помещается в кварцевый реактор, продуваемый водородом, нагревается до заданной температуры. Затем создаются условия недосыщения атомарного кремния в газовой фазе за счет подачи в газовую фазу тетрахлорида кремния, в пластине кремния создается необходимый поперечный градиент температуры grad T, направленный от лицевой к тыльной стороне пластины, величина которого выбирается из диапазона 10≤ grad Т ≤100 К/см, и производится химическое газофазное травление по схеме кристалл→жидкая капля→шар. Указанный диапазон градиента температуры определяется тем, что при размерах каталитических частиц 10-2-10-3 см для движения капли необходимо обеспечить перепад температуры в самой капле металла не менее 0,1 К/см. При градиенте менее 10 К/см капля в подложку не углубляется, а при градиенте более 100 К/см процесс создания отверстий становится не контролируемым: капля может разбиваться на более мелкие капли, формируя несколько отверстий, ориентированных под разными углами. Покрытие металлических частиц катализатора тонкой пленкой тетрабората натрия Na2B4O7 (безводного) осуществляется в целях понижения поверхностного натяжения жидкофазных частиц катализатора.

Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить получение сквозных (проходящих через всю толщину) отверстий в монокристаллических пластинах кремния, высокую селективность и высокую анизотропию процесса травления кремния. Предлагаемый способ позволяет упростить технологию создания кремниевых мембранных фильтров, кремниевых пластин облегченной конструкции, изготовление которых предусматривает получение сквозных отверстий в мембранах. Способ позволяет облегчить создание отверстий в кремниевых пластинах солнечных элементов с вертикальными p-n переходами, а также облегчить создание сквозных отверстий при выводе коллекторных контактов с лицевой на тыльную сторону пластины в кремниевых односторонних фотоэлектрических преобразователях и многое др.

Примеры осуществления способа.

Пример 1.

На полированные с лицевой стороны монокристаллические пластины кремния толщиной 350 мкм с кристаллографической ориентацией {111} с помощью процессов фотолитографии наносились мелкодисперсные частицы Au, имеющие средний характерный линейный размер 20 мкм. Затем частицы покрывались тонкой пленкой предварительно разогретого до температуры 335 К тетрабората натрия Na2B4O7 (безводного). Подготовленные пластины помещались в радиационную печь. Температура печи повышалась до 1300 (±2) К при одновременной подаче водорода. В пластине кремния создавали поперечный градиент температуры 10 К/см, направленный от лицевой к тыльной стороне пластины. Затем в газовую фазу подавали тетрахлорид кремния при молярном соотношении [SiCl4]/[H2]=0,02 и осуществляли процесс химического газофазного травления кремния. Время травления составляло 10 мин. Полученные отверстия были ориентированы перпендикулярно плоскости {111} пластины, имели цилиндрическую форму и носили сквозной, то есть проходящий через всю толщину пластины характер. Диаметр отверстий составил ~20 мкм.

Пример 2.

Выполнение изобретения проводилось аналогично примеру 1, но в качестве катализатора использовались частицы Pt. Полученные результаты полностью соответствовали результатам примера 1.

Пример 3.

Выполнение изобретения осуществлялось аналогично примеру 1, но толщина пластины составляла 250 мкм, а в качестве катализатора процесса использовались частицы Cu. Время травления составляло 2 мин. Полученные результаты соответствовали результатам примера 1.

Пример 4.

Выполнение изобретения осуществлялось аналогично примеру 1, но в качестве подложек применялись монокристаллические пластины кремния толщиной 350 мкм с кристаллографической ориентацией {100}. Полученные результаты соответствовали результатам примеров 1.

Пример 5.

Выполнение изобретения осуществлялось аналогично примеру 1, но поперечный градиент температуры составлял 100 К/см. Полученные результаты соответствовали результатам примера 1, но форма отверстий была конусной, а средний диаметр составил величину 22 мкм.

Способ получения отверстий в монокристаллических пластинах кремния, включающий подготовку полупроводниковой пластины путем нанесения на ее поверхность мелкодисперсных металлических частиц катализатора с последующим помещением в радиационную печь и нагревом, создание условий недосыщения атомарного кремния в газовой фазе за счет подачи в нее тетрахлорида кремния и химическое газофазное травление по схеме кристалл→жидкая капля→пар, отличающийся тем, что частицы катализатора покрывают тонкой пленкой тетрабората натрия Na2B4O7 (безводного), затем в пластине кремния создают поперечный, направленный от лицевой к тыльной стороне пластины градиент температуры grad Т, причем величину градиента температуры выбирают из диапазона 10≤ grad Т ≤100 К/см.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области квантовой электроники, а именно к области изучения структуры оксидных нелинейных диэлектрических и оптических монокристаллов и материалов на их основе различной формы и состава в широком диапазоне линейных размеров и выявления дефектов методом травления.

Изобретение относится к технологии получения алмаза для использования в электронике. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению и предназначено для создания сложных дифракционных оптических элементов (ДОЭ) - киноформов, фокусаторов, корректоров и т.

Изобретение относится к области электроники, в частности к методам изготовления приборов на твердом теле с использованием ниобата лития. .
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых наноматериалов. Способ получения массивов наноразмерных нитевидных кристаллов кремния включает подготовку ростовой кремниевой подложки путем нанесения на ее поверхность нанодисперсных частиц катализатора конденсацией микрокапель коллоидного раствора и помещением подготовленной пластины в ростовую печь с последующим выращиванием нитевидных нанокристаллов, при этом на коллоидный раствор воздействуют ультразвуком, причем мощность ультразвукового генератора задают в пределах от 30 до 55 Вт, а температуру раствора поддерживают в интервале от 273 K до 370 K.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению металлов и сплавов в руднотермических электропечах, и может быть использовано в производстве технического кремния при его очистке от примесей.

Изобретение относится к технологии обработки кремниевых монокристаллических пластин и может быть использовано для создания электронных структур на его основе. Способ электрической пассивации поверхности кремния тонкопленочным органическим покрытием из поликатионных молекул включает предварительную подготовку подложки для создания эффективного отрицательного электростатического заряда, приготовление водного раствора поликатионных молекул, адсорбцию поликатионных молекул на подложку в течение 10-15 минут, промывку в деионизованной воде и сушку подложки с осажденным слоем в потоке сухого воздуха, при этом в качестве подложки использован монокристаллический кремний со слоем туннельно прозрачного диоксида кремния, с шероховатостью, меньшей или сравнимой с толщиной создаваемого покрытия, предварительную подготовку кремниевой подложки проводят путем ее кипячения при 75°C в течение 10-15 минут в растворе NH4OH/H2O2/H2O в объемном соотношении 1/1/4, для приготовления водного раствора поликатионных молекул использован полиэтиленимин, а во время адсорбции поликатионных молекул на подложку осуществляют освещение подложки со стороны раствора светом с интенсивностью в диапазоне 800-1000 лк, достаточной для изменения плотности заряда поверхности полупроводниковой структуры за время адсорбции.

Изобретение относится к области химии, в частности к методикам наноструктурирования и модификации свойств поверхности. Изобретение может быть использовано для изменения смачиваемости поверхности кремния путем изменения пористости поверхности, в том числе для получения гидрофильных или гидрофобных поверхностей на основе кристаллического кремния.

Изобретение относится к области получения кристаллического кремния. Способ включает термическое восстановление кварцитов до элементарного кремния с помощью восстановительной газовой смеси с использованием плазмы, при этом процесс ведут одностадийно во встречных потоках кварцитов и восстановителя, в качестве восстановителя используется смесь углеводородов и водяных паров, количество которых не более ¼ необходимого для протекания реакции конверсии, а суммарное количество углерода, содержащегося в углеводородах, не менее чем в 1,5 раза превышает стехиометрически необходимое количество для реализации процесса полного восстановления кварцитов.

Изобретение относится к электромагнитной установке для литья кремния, используемой при изготовлении кремниевых слитков для производства кремниевых подложек, используемых в фотоэлементах.

Изобретение относится к установке для электромагнитного литья кремния, используемой при изготовлении кремниевых полупроводниковых слитков для кремниевых подложек, применяемых преимущественно в фотоэлементах.

Изобретение относится к технологии изготовления слоев пористого кремния, выполненных на поверхности монокристаллического кремния, которые могут быть использованы в оптике и оптоэлектронике.

Изобретение относится к технологии получения высокочистых длинномерных кремниевых подложек для производства солнечных батарей. Способ осуществляют в технологическом реакторе, содержащем подпитывающий кремний-сырец 1, формообразователь 4 с отверстием 5, индукционный нагреватель 3, обеспечивающий столб расплава 2 кремния над формообразователем 4, и кремневую затравку 6, подаваемую в отверстие формообразователя снизу, при этом в технологическом реакторе создают кислородсодержащую атмосферу.

Изобретение относится к металлургии полупроводниковых материалов и может быть использовано, например, при выращивании монокристаллов кремния методом Чохральского.
Изобретение может быть использовано при изготовлении сорбентов и армирующих добавок. Сначала подготавливают ростовую подложку путем нанесения на ее поверхность нанодисперсных частиц катализатора конденсацией микрокапель коллоидного раствора, находящегося под воздействием ультразвука.

Изобретение может быть использовано в производстве средств санитарной обработки для применения в медицине, ветеринарии, пищевой промышленности и в быту. Фотохимический способ получения стабилизированных наночастиц серебра включает взаимодействие ионов серебра со стабилизирующим агентом в водном растворе при комнатной температуре под действием света видимого диапазона.

Изобретение может быть использовано в производстве водородсодержащих наночастиц. Способ получения наночастиц металлов, насыщенных водородом, включает лазерную абляцию массивной металлической мишени, помещенной в жидкость с протонным типом проводимости.

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к области создания микроструктурных элементов электронных устройств. Способ получения отверстий в монокристаллических пластинах кремния включает подготовку полупроводниковой пластины путем нанесения на ее поверхность мелкодисперсных металлических частиц катализатора с последующим покрытием их тонкой пленкой тетрабората натрия, помещение пластины в радиационную печь, ее нагрев, создание в пластине поперечного, направленного от лицевой к тыльной стороне пластины градиента температуры в диапазоне от 10 до 100 Ксм, создание недосыщения атомарного кремния в газовой фазе за счет подачи в нее тетрахлорида кремния и химическое газофазное травление пластины по схеме кристалл→жидкая капля→пар. Изобретение обеспечивает получение сквозных, проходящих через всю толщину отверстий в монокристаллических пластинах кремния. 5 пр.

Наверх