Способ нанесения тонкого слоя аморфного кремния


 


Владельцы патента RU 2635981:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) (RU)

Изобретение относится к технологии получения пленок аморфного кремния и может быть использовано в современной микроэлектронике, оптоэлектронике и интегральной оптике для создания интегральных схем, тонкопленочных солнечных элементов и транзисторных матриц большой площади для жидкокристаллических дисплеев. Способ нанесения тонкого слоя аморфного кремния на подложку включает обеспечение контакта поверхности подложки со светочувствительным веществом, содержащим кремний, и направление на поверхность контакта поверхности подложки с содержащим кремний светочувствительным веществом ультрафиолетового излучения, обеспечивающего протекание фотохимической реакции с образованием слоя аморфного кремния. В качестве светочувствительного вещества, содержащего кремний, используют галогенид кремния, на поверхность контакта с подложкой которого направляют ультрафиолетовое излучение с длиной волны 100-350 нм и плотностью мощности 1-15 мВт/см2 и обеспечивают в течение 0,6-15 мин при температуре 1-140°С и нормальном давлении получение слоя аморфного кремния толщиной 50-400 нм. В частном случае осуществления изобретения в качестве материала подложки используют сапфир. Обеспечивается упрощение технологии, снижение затрат на производство, а также усиление безопасности при реализации технологического процесса нанесения тонкого слоя аморфного кремния на подложку. 1 з.п. ф-лы, 1 пр.

 

Изобретение относится к технологии получения пленок аморфного кремния и может быть использовано в современной микроэлектронике, оптоэлектронике и интегральной оптике.

Анализ научно-технических источников показал, что обычно способы нанесения пленок аморфного кремния на подложки заключаются в активации силаносодержащих газовых смесей, имеющих в своем составе кремний, путем образования в них плазмы различной природы или тлеющего разряда, в результате чего на подложку осаждается слой кремния.

Известен (Патент №РФ 2100477, МПК С23С 16/24, опубл. 27.12.1997 г.) способ осаждения пленок аморфного кремния, заключающийся в том, что поток кремнийсодержащего газа подвергается активации за счет образования в нем электронно-пучковой плазмы, а формирование пленки осуществляется на нагретой подложке, находящейся в контакте с потоком активированной газовой смеси.

Известны (Патент Японии 6044552 В4, МПК H01L 21/205) способы нанесения пленок аморфного кремния путем разложения силаносодержащей газовой смеси и осаждения продуктов реакции на нагретую подложку, при которых для активации и разложения газовой смеси преимущественно используется инициированный в ней тлеющий разряд. Условия реализации этих процессов требуют применения вакуумной аппаратуры, прецизионно регулируемых систем подачи рабочих (силановые) и вспомогательных газов, а также аппаратуры обеспечения нагрева пластин и газа (от 300 до 850°С). Кроме этого, силаносодержащие вещества термически нестойки и взрывоопасны.

Наиболее близким и выбранным авторами за прототип является Патент US 4908292 А, МПК G03G 5/082 от 13.03.1990 г., описывающий способ нанесения тонкого слоя аморфного кремния на подложку путем осаждения на электропроводящую пластину слоя кремния в процессе активизации и разложения кремнийсодержащих веществ в ходе многоступенчатой фотохимической реакции.

В этом способе нанесение пленки аморфного кремния заключается во введении в область фотовозбуждения реактора с пониженным давлением смеси газов (пары ртути и силан), для расширения энергетического зазора атомов кремния и повышения электрического сопротивления кремния. Для этого вводят один из элементов (азот, углерод, бор или кислород) посредством введения одного из газов (алканы, алкен или ацетилен, аммиак или гидразин, закись азота, диборана, дикислорода или озона) в определенном дозируемом составе (например: SiH4 и NH3 составляло 1:25 в прототипе), включающих в себя промежуточный фотовозбуждаемый компонент (в прототипе пары ртути), который, получив дополнительную энергию, передает ее другому компоненту газовой смеси (силану), содержащему в составе кремний, способствуя этим протеканию сенсибилизированной фотохимической реакции с осаждением легированного кремния на нагретую подложку, которая, сообщая дополнительную энергию силановой смеси, способствует осаждению легированного кремния на подложку.

Недостатком этого способа нанесения кремния является сложность его реализации, т.к. перечень действий однозначно указывает на многоступенчатость фотосенсибилизированного химического процесса. Требуется также применение вакуумной аппаратуры, прецизионно регулируемых систем подачи рабочих (силановых) и вспомогательных газов, а также аппаратуры обеспечения нагрева пластин и газа. Кроме этого, силаны чрезвычайно ядовиты и взрывоопасны.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является упрощение технологии и снижение затрат на производство за счет достижения технического результата, заключающегося в обеспечении простоты и безопасности процесса нанесения на подложки тонких пленок кремния.

Указанный технический результат достигается за тем, что способ нанесения тонкого слоя аморфного кремния на подложку, включающий обеспечение контакта поверхности подложки со светочувствительным веществом, содержащим кремний, и направление на поверхность контакта поверхности подложки с содержащим кремний светочувствительным веществом ультрафиолетового излучения, обеспечивающего протекание фотохимической реакции с образованием слоя аморфного кремния, отличается тем, что в качестве светочувствительного вещества, содержащего кремний, используют один из галогенидов кремния, на поверхность контакта с подложкой которого направляют ультрафиолетовое излучение с длиной волны 100-350 нм и плотностью мощности 1-15 мВт/см2 и обеспечивают в течение 0,6-15 мин. при температуре 1 - 140°С и нормальном давлении получение слоя аморфного кремния толщиной 50-400 нм.

Как известно, фотохимические реакции - это химические реакции, которые инициируются воздействием света. В основном фотохимические реакции проходят при воздействии УФ-излучения. В нашем случае в качестве светочувствительных веществ, содержащих кремний, используются галогениды кремния, такие как хлорид кремния и бромид кремния и другие. Фотохимические реакции в ряде этих соединений при воздействии УФ излучения приведены ниже:

SiCl4+УФ=Si↓+2Cl2

SiBr4+УФ=Si↓+2Br2↑.

Предложенный способ нанесения тонкого слоя кремния на подложку проводится при низких температурах (1-140°С), нормальном давлении и ориентирован на класс веществ, существенно более безопасных, чем используются в прототипе.

Пример реализации предлагаемого технического решения.

Подложка, в нашем случае, из сапфира с полированной поверхностью диаметром 52 мм помещалась в изолированный бокс, содержащей инертный газ (аргон или другой) с содержанием кислорода и воды меньше 1 ppm для каждого компонента. Поверхность подложки, предназначенную для образования слоя кремния, вводили в контакт со светочувствительным веществом, содержащим кремний (в нашем случае хлорид кремния). Освещали место контакта УФ-излучением с длиной волны 100-350 нм (в нашем случае 172 нм) и плотностью мощности 1-15 мВт/см2.

В результате взаимодействия светочувствительного вещества, содержащего кремний, и УФ-излучения, происходила фотохимическая реакция, приводящая к образованию на поверхности подложки слоя кремния. Температура проведения процесса осаждения кремния составляла 1-140°С (в нашем случае 5°С), в зависимости от вида галогенида кремния. Время образования слоя кремния в интервале толщин 50-400 нм составляло 0,6-15 мин.

Состав твердого материала подложки (сапфир или другой) не имеет значения. Был реализован также процесс осаждения кремния на такие материалы, как кварц, оптические стекла (К-8) и другие материалы.

Приведенный пример осаждения кремния на подложку из сапфира вызван тем, что он практически монопольно используется в элементах микроэлектроники - технология КНС.

1. Способ нанесения тонкого слоя аморфного кремния на подложку, включающий обеспечение контакта поверхности подложки со светочувствительным веществом, содержащим кремний, и направление на поверхность контакта поверхности подложки с содержащим кремний светочувствительным веществом ультрафиолетового излучения, обеспечивающего протекание фотохимической реакции с образованием слоя аморфного кремния, отличающийся тем, что в качестве светочувствительного вещества, содержащего кремний, используют галогенид кремния, на поверхность контакта с подложкой которого направляют ультрафиолетовое излучение с длиной волны 100-350 нм и плотностью мощности 1-15 мВт/см2 и обеспечивают в течение 0,6-15 мин при температуре 1-140°С и нормальном давлении получение слоя аморфного кремния толщиной 50-400 нм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве материала подложки используют сапфир.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и оснастке для осаждения из паровой фазы металлического покрытия на детали из жаропрочного сплава и может быть использовано для нанесения такого покрытия на детали турбомашин, подвижные лопатки или лопатки статора газотурбинного двигателя.
Изобретение относится к металлургической промышленности, в частности к металлургии полупроводников, и предназначено для изготовления кварцевых контейнеров с покрытием из диоксида кремния рабочей поверхности.

Изобретение относится к способу защиты внутренних поверхностей насоса путем атомно-слоевого осаждения (АСО) покрытия и к устройству для защиты внутренних поверхностей насоса путем атомно-слоевого осаждения (АСО) покрытия.

Изобретение относится к устройству и способу химического осаждения материала последовательными самонасыщающимися поверхностными реакциями. Упомянутое устройство содержит источник исходного продукта, выполненный с возможностью осаждения материала на нагретую подложку в реакторе осаждения последовательными самонасыщающимися поверхностными реакциями, и пульсирующий клапан, внедренный в источник исходного продукта и выполненный с возможностью управления подачей пара исходного продукта из источника исходного продукта в содержащуюся в реакторе реакционную камеру, в которой размещена подложка.

Изобретение относится к источнику исходного продукта для реактора химического осаждения материала последовательными самонасыщающимися поверхностными реакциями и к картриджу исходного продукта для источника исходного продукта.
Изобретение относится к технологии осаждения алмазных пленок из газовой фазы CVD методом, а именно к способу получения легированного дельта-слоя в CVD алмазе. Алмазную подложку помещают в CVD реактор.

Изобретение относится к металлургии полупроводниковых материалов и может быть использовано, например, при получении особо чистого германия методом зонной плавки. При нанесении защитного покрытия на внутреннюю поверхность кварцевого тигля в качестве покрытия используют GeO2, образующийся путем пропускания через закрытый холодный тигель газообразного GeO, нагретого до 850-1000°С, после чего тигель открывают и нагревают в атмосфере воздуха до 850-1000°С, затем тигель выдерживают при тех же температурах в атмосфере воздуха до получения плотного покрытия.
Изобретение относится к бортовой и наземной пироавтоматике изделий ракетно-космической, авиационной, военно-морской и специальной техники, в частности к исполнительным устройствам систем разделения - детонирующим удлиненным зарядам, а также к областям защиты металлоконструкций и изделий от коррозии и нанесения различных покрытий на узлы и детали в машиностроении.

Изобретение относится к способам формирования тонкой пленки на основе фторуглеродного полимера на поверхности детали. Осуществляют стадии, на которых пропускают исходный газ через пористый нагревательный элемент c хаотично расположенными порами, причем указанный пористый нагревательный элемент имеет температуру, достаточную для расщепления исходного газа с образованием реакционноспособных частиц (CF2)n, где n=1 или 2 радикала, при этом реакционноспособные частицы находятся вблизи поверхности детали, на которой должен быть сформирован фторуглеродный полимер, и поддерживают температуру поверхности детали ниже температуры пористого нагревательного элемента для стимулирования осаждения и полимеризации (CF2)n, где n=1 или 2 радикала, на поверхности детали.

Изобретение относится к реакторам атомно-слоевого осаждения, в которых материал наносят на поверхности при последовательном использовании самоограниченных поверхностных реакций.

Изобретение относится к области формирования эпитаксиальных слоев кремния на изоляторе. Способ предназначен для изготовления эпитаксиальных слоев монокристаллического кремния n- и p-типа проводимости на диэлектрических подложках из материала с параметрами кристаллической решетки, близкими к параметрам кремния с помощью химической газофазной эпитаксии.
Настоящее изобретение относится к способу получения покрытия из аморфного кремния на внутренней поверхности металлического субстрата и может быть использовано в газоносных системах отбора и хранения проб природного газа для подготовки субстрата, например сосуда для хранения газа или подводящего трубопровода, в системах контроля качества продукции в нефтяной и газовой промышленности, в коммерческих узлах учета, в системах измерений количества и показателей качества газа и сжиженных углеводородных газов на магистральных газопроводах.

Изобретение относится к технологии получения поликристаллического кремния путем осаждения на кремниевой электродной проволоке методом Siemens. Способ включает первую стадию с относительно низкой подачей газа, последнюю стадию с относительно высокой подачей газа и промежуточную стадию, на которой количество подаваемого газа увеличивают от величины подачи на первой стадии до величины подачи на последней стадии при подаче исходного газа, содержащего газообразные хлорсиланы и газообразный водород, в реактор через входное отверстие с сопловой, при этом все три стадии осуществляют при температуре реакции от 900°С до 1250°С и под давлением от 0,3 до 0,9 МПа, скорость у входного отверстия с сопловой насадкой составляет 150 м/с или более при максимальной подаче исходного газа на последней стадии, и подачу газа и температуру кремниевого стержня регулируют в соответствии со следующими условиями А-С в зависимости от диаметра D стержня поликристаллического кремния, который изменяется в ходе реакции осаждения после ее начала: условие А (количество подаваемых газообразных хлорсиланов): газообразные хлорсиланы подают в количестве одной трети или менее максимальной подачи газообразных хлорсиланов до тех пор, пока не будет достигнута заданная величина D1 от 15 мм до 40 мм, подаваемое количество увеличивают постепенно или поэтапно до достижения максимальной подачи газообразного хлорсилана между тем, когда достигнута величина D1, и тем, когда будет достигнута заданная величина D2 от 15 мм до 40 мм, которая больше D1, максимальную подачу газообразного хлорсилана поддерживают после достижения величины D2; условие В (количество подаваемого газообразного водорода): газообразный водород подают так, чтобы концентрация газообразных хлорсиланов в исходном газе составляла от 30 мол.% до менее чем 40 мол.% до тех пор, пока не достигнута величина D1, отношение количества подаваемого газообразного водорода к количеству газообразного хлорсилана увеличивают постепенно или поэтапно после достижения D1, газообразный водород подают так, чтобы концентрация газообразных хлорсиланов в исходном газе составляла от 15 мол.% до менее чем 30 мол.% после достижения величины D2; и условие С (температура кремниевого стержня): температуру уменьшают по мере увеличения диаметра кремниевого стержня после достижения величины D2.

Изобретение относится к области производства конструкционных материалов, работающих в условиях высокого теплового нагружения и окислительной среды, в установке для силицирования паро-жидкофазным методом.

Изобретение относится к производству стержней поликристаллического кремния. Способ осуществляют в реакторе, содержащем донную плиту, образующую нижнюю часть реактора и колоколообразный вакуумный колпак, прикрепленный с возможностью снятия к донной плите, в котором на донной плите расположено множество газоподводящих отверстий для подачи сырьевого газа снизу вверх в реактор, и газовыводящих отверстий для выпуска отработанного газа после реакции, и в котором множество газоподводящих отверстий расположено концентрически по всей площади, охватывающей верхнюю поверхность донной плиты, в которой устанавливают множество кремниевых затравочных стержней, причем кремниевые затравочные стержни нагревают, и поликристаллический кремний осаждают из сырьевого газа на поверхностях кремниевых затравочных стержней, при этом прекращают подачу сырьевого газа из газоподводящих отверстий вблизи центра реактора в течение заданного времени, в то время как подают сырьевой газ из других газоподводящих отверстий на ранней стадии реакции, и обеспечивают путь для нисходящего газового потока после столкновения с потолком вакуумного колпака.

Изобретение относится к технологии получения стержней из поликристаллического кремния. .

Изобретение относится к технологии производства поликристаллического кремния. .

Изобретение относится к производству поликремния, а именно к реактору для химического осаждения поликремния из паровой фазы. .

Изобретение относится к способу и установке для получения поликристаллического кремния и может найти применение при изготовлении солнечных элементов. .
Наверх