Способ электрохимического осаждения кремний-углеродных пленок на диэлектрические подложки

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.

 

Предлагаемое изобретение относится к области технологий получения кремний - углеродных пленок, с помощью гальванических процессов, на диэлектрических материалах. Может быть использовано для производства устройств газовой сенсорики, автоэмиссионных электродов и электродов суперконденсаторов.

Пленочные кремний - углеродные структуры, содержащие фазы карбида, различные фазы углерода, являются весьма перспективными для применения их в самых различных микроэлектронных устройствах, что обуславливает высокую актуальность работ направленных на разработку способов получения кремний-углеродных пленок на различных материалах.

В настоящее время разработано множество способов получения кремний - углеродных пленок (пленок карбида кремния, SiC) на диэлектрической подложке. Известен способ получения кремний-углеродных пленок на диэлектрической подложке (кварц, сапфир), (патент РФ №2199608, опубл. 05.03.2001 г.). Данный способ заключается в осаждении углеродсодержащего покрытия из газовой фазы, в результате разложения газовой смеси на нагретую поверхность подложки. Температура подложек в процессе осаждения находится в диапазоне 900-1350°С. В состав газовой смеси, которая подается в реактор, входит тетрахлорид углерода (ССЦ), метилтрихлорсилан (МТХС) и водород (Н2). CCU и МТХС подвергают тонкой очистке с помощью ректификации с отбором средней фракции, водород очищают сорбционным методом и на палладиевом фильтре. Покрытия получают последовательным чередованием процессов осаждения слоев пироуглерода и карбида кремния, первым слоем на подложку осаждают пироуглерод, суммарное количество чередующихся слоев составляет не менее 3. В качестве подложки используются как диэлектрические материалы: кварц, сапфир, так и проводящие: графит, тугоплавкие металлы.

Признаки аналога, общие с заявляемым способом, следующие: использование кремний и углеродсодержащих прекурсоров, осаждение кремний и углеродсодержащей пленки на диэлектрические подложки.

Однако для реализации способа требуется проводить технически сложную очистку компонентов газовой смеси и обеспечивать очень высокие значения для температур нагрева подложек (900-1350°С), что влечет за собой необходимость использования температуростойких подложек, оснастки и реактора, в котором происходит осаждение данных покрытий.

В аналоге используется термин «покрытие». В заявляемом предлагаемом изобретении он заменен на термин «пленка».

Известен способ получения кремний - углеродных пленок на кварцевой подложке (патент РФ №2558812, опубл. 17.04.2014 г.). Данный способ заключается в осаждении покрытия карбида кремния на кварцевую подложку, в результате разложения метана на нагретой до 950-1250°С поверхности подложки. Процесс осаждения происходит в реакторе, установленном в печь. Реактор предварительно продувают инертным газом, затем, при достижении заданной температуры подложки, подают в реактор метан, который вступает в химическую реакцию с поверхностью кварцевой подложки, в результате чего образуются карбид кремния и пары воды.

Существенный признак, общий с заявленным способом, следующий: технологически упрощенное осаждение покрытия из карбида кремния на кварцевую подложку, с использованием углеродсодержащего прекурсора.

Недостатком способа является необходимость нагрева кварцевой подложки до температуры 950-1250°С.

В аналоге используется термин «покрытие из карбида кремния». В заявляемом предлагаемом изобретении он заменен на термин «кремний-углеродная пленка».

Наиболее близким к предлагаемому 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 получают 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. В структуре получаемой кремний - углеродной пленки наблюдают наличие связи Si-С (фаза карбида кремния).

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 предлагаемом изобретении он заменен на термин «электролит».

Недостатком прототипа является невозможность осаждения кремний - углеродных пленок на диэлектрические подложки, что ограничивает их применение для различных микроэлектронных устройств.

Предлагаемый способ направлен на усовершенствование прототипа путем создания на поверхности диэлектрической подложки слоя электропроводящего материала специальной топологии с определенными зазорами, которая обеспечит возможность осаждения кремний - углеродных пленок непосредственно на поверхность диэлектрической подложки.

Техническим результатом, на достижение которого направлен предлагаемый способ, является технологически простое получение на диэлектрических подложках тонких кремний - углеродных пленок, имеющих фазу карбида кремния SiC.

Технический результат достигается с помощью того, что на диэлектрической подложке из слоя электропроводящего материала формируют специальную топологию, представляющую собой набор 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.

Для достижения технического результата в способе электрохимического осаждения кремний - углеродных пленок на диэлектрические подложки, заключающегося в электрохимическом осаждении 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 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, на диэлектрической подложке из слоя электропроводящего материала формируют специальную топологию, представляющую собой набор 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, в результате чего формируют структуры типа «кремний - углеродная пленка - диэлектрик».

Работа заявленного способа заключается в следующем: используется электрохимическая ячейка с двумя электродами (катод и анод), в качестве анода применяется углеродная пластина, а в качестве катода - диэлектрическая подложка, имеющая специальную топологию из слоя электропроводящего материала с зазорами до 200 мкм, в которых происходит осаждение кремний - углеродных пленок. Расстояние между катодом и анодом не должно превышать величину в 1 см. Затем катод и анод погружают в органический кремний - и углеродсодержащий электролит (гексаметилдисилазан в метиловом или этиловом спирте в соотношении 1:9). После этого на катод и анод подают 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. Толщина получаемых пленок зависит от длительности процесса осаждения.

В состав одного из вариантов устройства, на котором возможно реализовать предлагаемый способ, входят: электрохимическая ячейка, состоящая из химически стойкой емкости и диэлектрической крышки 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 кремний -углеродные пленки на диэлектрические подложки. Полученные пленки обладают химической, механической и температурной стойкостью, толщина данных пленок зависит от времени осаждения и объема электролита. Данный метод технически прост, для его реализации не требуется сложное технологическое оборудование и высококвалифицированный персонал. Предлагаемый метод позволяет сократить время на процессы изготовления устройств, в основе которых лежат кремний - углеродные пленки на диэлектрической подложке, а также дает возможность более широкому применению кремний - углеродных пленок в микроэлектронике и других областях техники.

Способ электрохимического осаждения кремний-углеродных пленок на диэлектрические подложки, включающий 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, отличающийся тем, что 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».



 

Похожие патенты:
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.

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

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.

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.

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

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%.

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%.

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

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.
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.

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 мАсм2, 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.

Наверх