Способ электрохимического осаждения легированных атомами переходных металлов кремний-углеродных пленок на электропроводящие материалы

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2711066:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) (RU)

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в технологии тонкопленочной микроэлектроники для получения химически, механически, коррозионно- и термостойких покрытий с заданными электрическими и/или магнитными, и/или прочностными свойствами. Способ включает формирование кремний-углеродной пленки методом электрохимического осаждения из электролита, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте и соли переходного металла, на электропроводящую подложку с ранее осажденной электрохимическим методом кремний-углеродной пленкой, расположенной на катоде, на который относительно анода подают напряжение до 200 В с плотностью тока до 50 мА/см². Технический результат: получение легированной атомами переходных металлов кремний-углеродной пленки, имеющей фазы карбида кремния и оксидов переходных металлов, обладающей заданными электрическими и прочностными свойствами, химической, механической, коррозионной и термостойкостью на любых электропроводящих материалах. Данный способ технически прост, позволяет сократить время на процессы изготовления устройств, основанных на металлсодержащих кремний-углеродных пленках.

Предполагаемое изобретение относится к области технологии тонкопленочной микроэлектроники и гальванических металлсодержащих покрытий, может быть использовано для создания различных микроэлектронных устройств: автоэмиссионные электроды, ионисторы, газовые сенсоры, - а также для получения химически, механически, коррозионно- и термостойких покрытий.

Кремний-углеродные пленки, в частности карбид кремния (SiC), являются перспективным материалом электроники. Направленное легирование атомами переходных металлов позволяет в значительной мере варьировать их электрические, магнитные и прочностные свойства. Например, введение атомов титана и никеля позволяет усилить их прочностные характеристики, тогда как атомы марганца могут быть перспективными при создании магнитных материалов на основе легированного карбида кремния и т.п.

В настоящее время существуют различные способы получения кремний - углеродных пленок (пленок карбида кремния, SiC). Известен способ получения кремний - углеродных пленок на кремниевых подложках (патент РФ №2374358, опубл. 27.11.2009 г.) с различным соотношением кремния и углерода в составе пленки. Данный способ заключается в осаждении из кремний- и углеродсодержащего соединения (органосилоксан) тонкой пленки на кремниевую подложку с помощью центрифугирования или термовакуумного напыления и последующем ее отжиге в инертной атмосфере при температуре 450-650°С.

Признаки аналога, общие с заявляемым способом, следующие: осаждение тонкой пленки на кремниевую подложку из кремний- и углеродсодержащего соединения.

Однако для реализации способа требуется высокотемпературная обработка пленок при температуре 450-650°С. Также в полученных этим способом пленках отсутствуют связи Si-С (фаза карбида кремния), что ухудшает их механические и электрофизические свойства.

В аналоге используется термин «соединение». В заявляемом предполагаемом изобретении он заменен на термин «электролит».

Известен способ электрохимического осаждения наноструктурированной углеродсодержащей пленки на токопроводящие материалы (патент РФ №2519438, опубл. 10.06.2014 г.). В данном способе процесс электроосаждения пленки осуществляется на аноде из кремний- и углеродсодержащего раствора (полигидроксилированного фуллерена в ацетоне или этиловом спирте). Разность потенциалов на электродах составляет 6-8 В, плотность тока 1-2 мА/дм², температура электрохимического процесса 20-30°С. Для окончательного формирования на подложке кремний и углеродсодержащей пленки проводят ее отжиг при температуре 300±30°С в инертной среде.

Существенный признак, общий с заявляемым способом, следующий: электрохимическое осаждение кремний - углеродных пленок из органического кремний- и углеродсодержащего раствора.

В аналоге используется термин «раствор». В заявляемом предполагаемом изобретении он заменен на термин «электролит».

Недостатками способа являются необходимость проведения отжига при температуре 300±30°С, отсутствие связи Si-С (фаза карбида кремния) в пленках, а также низкие механические свойства получаемых пленок из-за малых величин электрического напряжения 6-8 В и низкой плотности тока 1-2 мА/дм² на электродах.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ электрохимического осаждения кремний - углеродных пленок на электропроводящие материалы (патент РФ №2676549, опубл. 09.01.2019 г.). В данном способе кремний - углеродную пленку формируют методом электрохимического осаждения из прекурсора, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте, на электропроводящую подложку, расположенную на катоде, на который относительно анода подают напряжение до 600 В с плотностью тока до 70 мА/см², при этом расстояние между катодом и анодом устанавливают до 1 см.

Существенные признаки, общие с заявляемым способом, следующие: электрохимическое осаждение кремний-углеродных пленок из прекурсора, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте, на электропроводящую подложку, расположенную на катоде, на который относительно анода подают напряжение до 600 В с плотностью тока до 70 мА/см², устанавливаемое расстояние между катодом и анодом до 1 см, наличие связи Si-С (фаза карбида кремния) в получаемых кремний-углеродных пленках.

В прототипе используется термин «прекурсор». В заявляемом предполагаемом изобретении он заменен на термин «электролит».

Недостатком прототипа является то, что получение нелегированных кремний-углеродных пленок не позволяет в значительной мере варьировать электрические, магнитные и прочностные свойства материала.

Предлагаемый способ направлен на усовершенствование прототипа путем введения атомов переходных металлов в кремний-углеродную пленку, что позволит наделить легированные кремний-углеродные пленки заданными электрическими и/или магнитными, и/или прочностными свойствами.

Техническим результатом, на достижение которого направлен предлагаемый способ, является получение тонкопленочных легированных атомами переходных металлов кремний-углеродных пленок, имеющих фазы карбида кремния SiC и оксидов переходных металлов и обладающих химической и механической стойкостью, а также заданными электрическими и/или магнитными, и/или прочностными свойствами, коррозионной и термостойкостью на любых электропроводящих материалах.

Технический результат достигается с помощью того, что легированная атомами переходных металлов кремний-углеродная пленка формируется методом электрохимического осаждения из электролита, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте и соли переходного металла, на электропроводящей подложке с ранее осажденной электрохимическим методом кремний-углеродной пленкой, расположенной на катоде, на который относительно анода подается напряжение до 200 В с плотностью тока до 50 мА/см².

Для достижения технического результата в способе электрохимического осаждения легированных атомами переходных металлов кремний-углеродных пленок на электропроводящие материалы, заключающегося в осаждении кремний-углеродных пленок из органического кремний и углеродсодержащего электролита, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте, на электропроводящую подложку, расположенную на катоде, на который относительно анода подается напряжение до 600 В с плотностью тока до 70 мА/см², в установлении расстояния между катодом и анодом до 1 см, в наличии связи Si-С (фаза карбида кремния) в получаемых кремний-углеродных пленках, легированная атомами переходных металлов кремний-углеродная пленка формируется методом электрохимического осаждения из электролита, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте и соли переходного металла, на электропроводящей подложке с ранее осажденной электрохимическим методом кремний-углеродной пленкой, расположенной на катоде, на который относительно анода подается напряжение до 200 В с плотностью тока до 50 мА/см², имеет фазу карбида кремния SiC и оксидов переходных металлов, обладает химической и механической стойкостью, а также, по сравнению с ранее осажденной электрохимическим методом кремний-углеродной пленкой, заданными электрическими свойствами, выражающимися в увеличении электропроводности на 20-50%.

Работа заявленного способа заключается в следующем: используются два электрода (катод и анод), в качестве анода применяется углеродная пластина, а в качестве катода - подложка, на которой происходит осаждение кремний-углеродных пленок. Подложка может быть из любого электропроводящего материала (например: кремний). Расстояние между катодом и анодом не должно превышать величину в 1 см. Затем катод и анод погружаются в органический кремний- и углеродсодержащий электролит (гексаметилдисилазан в метиловом или этиловом спирте). После этого на катод и анод подается высокое напряжение до 600 В с плотностью тока до 70 мА/см², в результате чего на поверхности катода в процессе реакции восстановления происходит осаждение кремний-углеродной пленки, имеющей фазу карбида кремния SiC. Затем катод с ранее осажденной электрохимическим методом кремний-углеродной пленкой и анод погружаются в тот же органический кремний- и углеродсодержащий электролит, но с добавлением в него соли переходного металла (например: сульфата марганца, сульфата никеля и т.п.), после чего на катод и анод подается напряжение до 200 В с плотностью тока до 50 мА/см², в результате чего на поверхности катода с ранее осажденной электрохимическим методом кремний-углеродной пленкой в процессе реакции восстановления происходит осаждение кремний-углеродной пленки, имеющей фазу карбида кремния SiC и оксидов переходных металлов. Толщина получаемых пленок зависит от длительности процессов осаждения.

В состав одного из вариантов устройства, на котором возможно реализовать предлагаемый способ входят: химически стойкая емкость, диэлектрическая крышка с электродами и термопарой, цифровой амперметр с информационным выходом на персональный компьютер, цифровой вольтметр с информационным выходом на персональный компьютер, высоковольтный источник постоянного тока.

Таким образом, предложенный способ позволяет осаждать легированные атомами переходных металлов кремний - углеродные пленки на любые электропроводящие материалы. Полученные тонкопленочные покрытия обладают электропроводностью, химической, механической, коррозионной и термостойкостью. Данный метод технически прост, для его реализации не требуется сложное технологическое оборудование. Предлагаемый метод позволяет сократить время на процессы изготовления устройств, основанных на металлсодержащих кремний-углеродных пленках, а также дает возможность более широкому применению металлсодержащих кремний-углеродных пленок в микроэлектронике и других областях техники.

Способ электрохимического осаждения легированных атомами переходных металлов кремний-углеродных пленок на электропроводящие материалы, включающий электрохимическое осаждение кремний-углеродной пленки из органического кремний- и углеродсодержащего электролита, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте, на электропроводящую подложку, расположенную на катоде, на который подают относительно анода напряжение до 600 В с плотностью тока до 70 мА/см², при этом устанавливают расстояние между катодом и анодом до 1 см и получают кремний-углеродную пленку, имеющую фазу карбида кремния SiC, отличающийся тем, что легированную атомами переходных металлов кремний-углеродную пленку формируют методом электрохимического осаждения из электролита, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте и соли переходного металла, на электропроводящей подложке с ранее осажденной электрохимическим методом кремний-углеродной пленкой, расположенной на катоде, на который относительно анода подают напряжение до 200 В с плотностью тока до 50 мА/см², при этом формируют тонкопленочное покрытие, имеющее фазу карбида кремния SiC и оксидов переходных металлов, обладающее заданными свойствами.

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике, в частности к изготовлению контактов с барьером Шоттки к арсениду галлия электрохимическим осаждением рутения.

Способ получения гальванопокрытий на магнетите // 2655481

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для осаждения декоративных и технически функциональных покрытий на магнетит (Fe3O4). Способ включает восстановление поверхности магнетита до металла и нанесение металлопокрытия, при этом восстановление осуществляют катодной поляризацией магнетита в 1–3 М водном растворе NaOH или КОН при температуре раствора t = 90-98 °С, плотности тока iк = 100-300 А/м2 в течение τ = 10 - 30 мин.

Композиция для электрического осаждения металла, содержащая выравнивающий агент // 2585184

Изобретение относится к композициям для электролитического осаждения меди на полупроводниковую подложку. Композиция содержит источник металлических ионов и по меньшей мере одну добавку, содержащую по меньшей мере один полиаминоамид формулы I или производные полиаминоамида формулы I, получаемые путем полного или частичного протонирования, N-кватернизации или ацилирования.

Композиция для электроосаждения металла, содержащая выравнивающую добавку // 2574251

Изобретение относится к композиции для электроосаждения меди, используемой в процессе производства полупроводников, для заполнения небольших элементов, таких как сквозные отверстия и желобки.

Композиция для нанесения металлического покрытия, содержащая подавляющий агент, для беспустотного заполнения субмикронных элементов поверхности // 2542219

Изобретение относится к нанесению металлических слоев покрытия и может быть использовано при изготовлении полупроводников. Предложен состав для нанесения металлического слоя, содержащий источник металлических ионов и по меньшей мере один подавляющий агент, полученный путем реакции аминного соединения, содержащего по меньшей мере три активные функциональные аминогруппы, со смесью этиленоксида и по меньшей мере одного соединения, выбранного из С3 и С4 алкиленоксидов, для получения случайных сополимеров этиленоксида и по меньшей мере еще одного из С3 и С4 алкиленоксидов, причем содержание этиленоксида в сополимере этиленоксида и С3-С4 алкиленоксида составляет от 30 до 70%.

Композиция для нанесения металлического покрытия, содержащая подавляющий агент, для беспустотного заполнения субмикронных элементов поверхности // 2542178

Изобретение относится к нанесению металлических слоев покрытия и может быть использовано при изготовлении полупроводников. Предложен состав для нанесения металлического слоя, который содержит источник металлических ионов и по меньшей мере один подавляющий агент, который получают путем реакции аминного соединения, содержащего активные функциональные аминогруппы, со смесью этиленоксида и по меньшей мере одного соединения, выбранного из С3 и С4 алкиленоксидов, для получения случайных сополимеров этиленоксида и по меньшей мере еще одного из С3 и С4 алкиленоксидов, причем указанный подавляющий агент имеет молекулярную массу 6000 г/моль или более, а содержание этиленоксида в сополимере этиленоксида и С3-С4 алкиленоксида составляет от 30 до 70%.

Электролит для электрохимического осаждения иридия на арсенид галлия и способ его приготовления // 2530963

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в полупроводниковой СВЧ-электронике для получения выпрямляющих иридиевых контактов к арсениду галлия.

Композиция для нанесения металлического покрытия, содержащая подавляющий агент, для беспустотного заполнения субмикронных элементов // 2529607

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для изготовления полупроводников. Способ электролитического осаждения меди на подложку, содержащую элементы поверхности субмикрометрового размера, имеющие размер отверстия 30 нанометров или менее, включает: а) контактирование с подложкой электролитической ванны для осаждения меди, содержащей источник ионов меди, один или более ускоряющих агентов и один или более подавляющих агентов, выбранных из соединений формулы I где каждый радикал R1 независимо выбирается из сополимера этиленоксида и по меньшей мере еще одного С3-С4 алкиленоксида, причем указанный сополимер представляет собой случайный сополимер, каждый радикал R2 независимо выбирается из R1 или алкила, Х и Y независимо представляют собой спейсерные группы, причем Х имеет независимые значения для каждой повторяющейся единицы, выбранные из С1-С6 алкилена и Z-(O-Z)m, где каждый радикал Z независимо выбирается из С2-С6 алкилена, n представляет собой целое число, больше или равное 0, m представляет собой целое число, больше или равное 1, в частности m равно 1-10, а содержание этиленоксида в сополимере этиленоксида и С3-С4 алкиленоксида составляет от 30 до 70%, и b) создание плотности тока в подложке в течение периода времени, достаточного для заполнения медью элемента субмикронного размера.

Электролит и способ осаждения меди на тонкий проводящий подслой на поверхности кремниевых пластин // 2510631

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано в технологии микроэлектроники, в которой слой меди необходимо нанести на тонкий подслой кобальта или его сплавов (кобальт-фосфор, кобальт-вольфрам-фосфор) или меди, находящейся на поверхности кремниевых пластин.

Способ присоединения выводов к полупроводниковым приборам // 208134

Способ электрохимического осаждения кремний-углеродных пленок на диэлектрические подложки // 2711072

Изобретение относится к области технологий получения кремний-углеродных пленок, с помощью гальванических процессов, на диэлектрических материалах и может быть использовано для производства устройств газовой сенсорики, автоэмиссионных электродов и электродов суперконденсаторов. Способ включает электрохимическое осаждение кремний-углеродных пленок из органического кремний- и углеродсодержащего электролита, состоящего из гексаметилдисилазана в метиловом или этиловом спирте, на подложку, расположенную на катоде, на который относительно анода подают напряжение до 600 В с плотностью тока до 70 мА/см2, при этом устанавливают расстояние между катодом и анодом до 1 см и получают кремний-углеродную пленку, имеющую фазу карбида кремния SiС, при этом на диэлектрической подложке из слоя электропроводящего материала формируют топологию в виде набора электропроводящих площадок различной геометрической формы с зазором между ними до 200 мкм, в котором происходит осаждение кремний-углеродных пленок и их непосредственный контакт с поверхностью диэлектрической подложки, при этом формируют структуру типа «кремний-углеродная пленка - диэлектрик». Полученные пленки обладают химической, механической и температурной стойкостью, толщина пленок зависит от времени осаждения и объема электролита. Данный метод технически прост, для его реализации не требуется сложное технологическое оборудование и высококвалифицированный персонал.