Способ формирования пленок карбида вольфрама на гетероструктуре вольфрам-кремний пиролизом пленки полиамида, полученного методом молекулярно-слоевого осаждения

Изобретение относится к технологии получения пленок карбида вольфрама на кремниевой подложке. Технический результат - контроль толщины и однородности пленок карбида вольфрама на кремнии на нанометровом уровне посредством контролируемого МСО исходных полимеров. Изобретение заключается в двухэтапном процессе, где на первом этапе осуществляется процесс молекулярно-слоевого осаждения полимера из газовой фазы на гетероструктуре W-Siподл. На втором этапе следует термическая обработка полимера при температурах 1200°С в вакууме (или инертной атмосфере), в результате которого образуется пленка WC. В результате пиролитического процесса образуется равномерно распределенный слой графитизированного углерода, который при температуре 1200°С взаимодействует с вольфрамом на поверхности SiC. Молекулярно-слоевое осаждение позволяет осуществлять контролировать толщины до 0,1 нм конформно осаждаемой полимерной пленки, благодаря чему становится возможным контроль толщины пленки карбида вольфрама как продукта пиролиза полимера на гетероструктуре W-Siподл. 3 ил.

 

Изобретение относится к технологии получения пленок карбида вольфрама и может быть использовано в технологии интегральных схем в качестве диффузионных и сверхтвердых покрытий приборов, а также в качестве наноразмерных композиционных материалов. Изобретение обеспечивает преимущество контроля толщины и однородности пленок карбида вольфрама на кремнии, которые могут быть использованы в качестве подложек при изготовлении некоторых элементов полупроводниковой электроники и композитов, устойчивых к высоким температурам.

Наиболее распространенным способом получения карбида вольфрама является взаимодействие вольфрама с углеродом в среде водорода при температурах 1430-1630°С (2414992 // Архипов В.А., Ворожцов А.Б., Ворожцов С.А., Давыдович В.И., Даммер В.X., Кириллов В.А., Лернер М.И. Способ получения нанопорошка карбида вольфрама. Опубликовано: 27.03.2011.). Еще одним способом получения карбида вольфрама является взаимодействие триоксида вольфрама, вольфрамовой кислоты или паравольфрамата аммония с метаном и водородом при температурах до 1000°С (Косолапова Т.Я. Карбиды. М., 1968.). Данными методами не представляется возможным получение тонкопленочных наноразмерных структур карбида вольфрама.

Существует способ синтеза карбида кремния (А.с. №1717539 // Бутуханов В.Л., Верхотуров А.Д., Лебухова Н.В. // дата приоритета 19.07.1989 г., кл. С01В 31/34) из вольфрамсодержащего продукта полученного ликвационной плавкой, который смешивается с углеродной сажей и после термической обработки в вакууме в диапазоне температур от 1000 до 1450°С в течение 5 часов (2 часа при 1000°С и 3 часа при 1450°С, при скорости нагрева между стадиями 4-6°С/мин). Недостатком данного метода является невозможность получения конформных и равномерных тонкопленочных структур.

В публикации (2333888 // Кузнецов Н.Т., Севастьянов В.Г., Симоненко Е.П., Игнатов Н.A., Симоненко Н.П., Ежов Ю.С. // дата приоритета 06.04.2007 г., кл. С01В 31/30, С01В 31/34) описывается способ получения высокодисперсных карбидов, включая смешанные покрытия и композиты на основе карбида вольфрама. Данный метод заключается в предварительном осаждении пленки вольфрама на поверхность полупроводниковой подложки гидролизом по золь-гель методике и последующий пиролиз полученной системы при температурах от 600 до 1200°С и давлении 10-1-104 Па, в результате которого образуется слой карбида вольфрама. Недостатками описанного метода являются наличие большого количества примесей вследствие использования матричных органических растворов металлсодержащих комплексов, многостадийное техническое исполнение, включающее осаждение и пиролиз геля при температурах 350-600°С в инертной среде, за которым следует следующий этап карботермического пиролиза при температурах до 1200°С, также невозможность получения конформных и равномерных тонкопленочных структур.

Известен способ получения пленок карбида вольфрама с использованием двухэтапного процесса (2430017 // Рощин В.М., Силибин М.В., Сагунова И.В., Шевяков В.И. // дата приоритета 29.09.2009 г., кл. С01В 31/34, В82В 1/00): на первом этапе осуществляется импульсно-плазменное нанесение тонкой пленки на основе вольфрама на поверхность полупроводника; на втором этапе проводится карботермический синтез путем взаимодействия полученной гетероструктуры с графитовым столиком при температурах до 600°С и давлении не выше 5⋅10-4 Па, в результате которого формируется слой карбида вольфрама. Основным недостатком данного метода является практическая невозможность получения конформных покрытий карбида вольфрама, поскольку второй этап осуществляется путем взаимодействия плоских поверхностей углеродного столика и пленки вольфрама за счет их наложения друг на друга при высокой температуре.

В работе авторов (2540622 // Рощин В.М., Петухов И.Н., Сеньченко К.С., Басс М.В. // дата приоритета 20.05.2013 г., кл. C01B 31/00, В82В 1/00) описан способ получения ультратонких пленок карбида вольфрама двухэтапным методом: на первом этапе осуществляется импульсно-плазменное осаждение на двуканальной установке импульсного осаждения дуговой плазмы двухслойной структуры покрытия общей толщиной 5 нм. Полученная гетероструктура, состоящая из вольфрама и пленки углерода, затем подвергается пиролизу при температуре 450°С и давлении 5⋅10-4 Па. Наноразмерный слой карбида вольфрама формируется в процессе термической обработки при относительно низких температурах не более 450°С, что, однако, достаточно для обеспечения перехода пленок карбида вольфрама из некристаллического в поликристаллическое состояние.

Данный способ по своей технической сущности и достигаемому результату является наиболее близким к предлагаемому и выбран нами в качестве прототипа. Однако данный прототип имеет недостаток по сравнению с предлагаемым нами способом.

Недостатком прототипа является:

1. Невозможность конформного осаждения пленок карбида вольфрама, поскольку осаждение углерода и вольфрама на поверхность осуществляется физическим путем.

Задача предлагаемого изобретения заключается в разработке способа получения пленок карбида вольфрама с использованием технологии молекулярно-слоевого осаждения (МСО). Сущность изобретения заключается в обеспечении контроля толщины и однородности пленок карбида вольфрама на кремнии на нанометровом уровне посредством контролируемого МСО исходных полимеров.

Достижение результата технически осуществляется двухэтапным процессом: на первом этапе проводится подготовка подложки к осаждению и осаждение МСО полимера из газовой фазы на поверхность коммерческой гетероструктуры тинкой пленки вольфрам на кремний (W-Siподл) с подбором необходимых реагентов, выбором необходимых параметров температуры, времени дозирования реагентов и временем продувки; на втором этапе осуществляется пиролиз полимерных пленок на осажденной гетероструктуре W-Siподл в вакууме, инертной или реакционной среде при температурах от 600 до 1200°С.

Пример конкретного выполнения

Способ получения пленок карбида вольфрама на кремнии пиролизом полимерных пленок на W-Siподл, полученных методом молекулярно-слоевого осаждения в описываемом примере, состоит из 2-х основных этапов:

1. Молекулярно-слоевое осаждение полимера на W-Siподл;

2. Пиролиз пленок полимера в вакууме или инертной среде.

Стоит отметить, что в данном примере в качестве источника вольфрама служит подложка W-Siподл для наглядной демонстрации возможности формирования равномерных и конформных нанопленок карбида вольфрама с использованием технологии молекулярно-слоевого осаждения. Однако реализовать способ получения наноразмерных пленок карбида вольфрама представляется возможным также с использованием любой нано-микро структурированной подложки содержаший на поверхности вольфрам.

В качестве примера полимера для молекулярно-слоевого осаждения используется ароматический полиамид, для получения которого выбраны реагенты тримезоилхлорид (ТМХ)) и 1,2-этилендиамин (ЭДА). Молекулярно-слоевое осаждение ароматического полиамида с использованием прекурсоров ТМХ и ЭДА выполняется на установке молекулярно-слоевого осаждения. Процесс МСО осуществляется в вакууме в потоке вязкого инертного газа N2. Поток азота используется для транспортировки химических реагентов 1,2-этилендиамина (ЭДА) и тримезоилхлорида (ТМХ) в реактор, а также для продувки системы от продуктов реакций и избытка непрореогировавших реагентов. Для процесса МСО осуществляется вакуумирование системы с помощью пластинчато-роторного насоса. Попеременным напуском химических реагентов осуществляется контролируемой рост пленок в реакторе. Допускается использование иных конфигураций МСО системы. Более детальный процесс молекулярно-слоевого осаждения полиамида с использованием прекурсоров тримезоилхлорида (ТМХ) и 1,2-этилендиамина (ЭДА) описан в работе авторов (R.R. Amashaev, I.M. Abdulagatov, M.Kh. Rabadanov, A.I. Abdulagatov, Molecular Layer Deposition and Pyrolysis of Polyamide Films on Si(111) with Formation of β-SiC. Russian Journal of Physical Chemistry A 95, pages1439-1448, 2021).

Для процесса МСО полиамида производят следующие работы:

Молекулярно-слоевое осаждение пленки полиамида с использованием прекурсоров тримезоилхлорида (ТМХ) и 1,2-этилендиамина (ЭДА).

1. Пиролиз пленок полиамида, полученного методом молекулярно- слоевого осаждения (МСО полиамид). Пиролиз МСО полиамида может проводиться в вакууме, в инертной или реакционной среде.

Схематически общий процесс поверхностных реакций поликонденсации с использованием прекурсоров ТМХ и ЭДА и процесс пиролиза с образованием карбида вольфрама (WC) представлен на фигуре 1.

На фигуре 2 представлено изображение сканирующей электронной микроскопии пленки WC, полученной в результате пиролиза пленки МСО полиамида на поверхности гетероструктуры W-Siподл при температуре 1200°С, где также, в результате побочных процессов, наблюдается образование промежуточного слоя WxSiy.

На фигуре 3 представлена рентгеновская дифрактограмма полученной в результате пиролиза гетероструктуры. Имеется один пик, соответствующие WC при 2θ=33.8°. Также наблюдается широкий пик при 2θ от 10 до 40°, который характерен для углерода. Наличие данного пика свидетельствует о присутствии на поверхности помимо пленки WC, определенного количества непрореагировавшего, графитизированного углерода. Пик при 2θ=69° относится к подложке (3С-Si (111) ориентация). Стоит, однако, отметить, что пиков характерных для силицидов кремния обнаружено не было, возможно, вследствие их аморфного состояния.

Способ получения пленок карбида вольфрама, включающий процесс молекулярного-слоевого осаждения ароматического полиамида на гетероструктуре W-Siподл и пиролиз полиамидной пленки на W-Siподл в вакууме или инертной среде при температуре 200 °С, отличающийся тем, что углерод на поверхности W-Siподл появляется вследствие карбонизации полиамида, прогнозирование толщины пленок WC на кремнии осуществляется контролем толщины исходных пленок полимеров при заданных параметрах молекулярно-слоевого осаждения полиамида и термической обработки в вакууме.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологии эпитаксии легированных слоёв германия, основанной на сочетании в одной вакуумной камере одновременных осаждения на легированной бором кремниевой подложке германия из германа и диффузии бора в растущий слой германия из приповерхностной области этой подложки, и может быть использовано для производства полупроводниковых структур.

Изобретение относится к технологии выращивания эпитаксиального 3C-SiC на ориентированном монокристаллическом кремнии. Способ включает предоставление монокристаллической кремниевой подложки 2, имеющей диаметр по меньшей мере 100 мм, в реакторе 7 химического осаждения из газовой фазы с холодными стенками, содержащем кварцевую камеру; нагревание подложки до температуры, равной или большей чем 700°C и равной или меньшей чем 1200°C, с использованием внешних нагревателей 9, которые представляют собой инфракрасные лампы; введение газовой смеси 33 в реактор, тогда как подложка находится при данной температуре, причем газовая смесь содержит прекурсор 16 источника кремния, прекурсор 18 источника углерода, который отличается от прекурсора 16 источника кремния, и несущий газ 20, таким образом, чтобы осадить эпитаксиальный слой 3C-SiC на монокристаллический кремний, при этом прекурсор 16 источника кремния содержит силан или содержащий хлор силан, а прекурсор 18 источника углерода содержит содержащий метил силан.

Изобретение относится к технологии получения подложки из поликристаллического карбида кремния. Способ состоит из этапов предоставления покрывающих слоев 1b, каждый из которых содержит оксид кремния, нитрид кремния, карбонитрид кремния или силицид металла, выбранного из группы, состоящей из никеля, кобальта, молибдена и вольфрама, или покрывающих слоев, каждый из которых изготовлен из фосфоросиликатного стекла (PSG) или борофосфоросиликатного стекла (BPSG), имеющего свойства текучести допированного P2O5 или B2O3 и P2O5, на обеих поверхностях основной подложки 1a, изготовленной из углерода, кремния или карбида кремния для подготовки поддерживающей подложки 1, имеющей покрывающие слои, каждый из которых имеет гладкую поверхность; формирования пленок 10 поликристаллического карбида кремния на обеих поверхностях поддерживающей подложки 1 осаждением из газовой фазы или выращиванием из жидкой фазы; и химического удаления, по меньшей мере, покрывающих слоев 1b в поддерживающей подложке для отделения пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b от поддерживающей подложки 1 в состоянии отображения гладкости поверхностей покрывающих слоев 1b на поверхности пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b, и получения пленок поликристаллического карбида кремния 10a, 10b в качестве подложек из поликристаллического карбида кремния.

Настоящее изобретение относится к технологии полупроводников, в частности к устройствам и способам для получения эпитаксиальных структур, в том числе гетероэпитаксиальных структур. Представлены устройство и способ для охлаждения эпитаксиальных структур.

Изобретение относится к технологии получения составной подложки из SiC с монокристаллическим слоем SiC на поликристаллической подложке из SiC, которая может быть использована при изготовлении мощных полупроводниковых приборов: диодов с барьером Шоттки, pn-диодов, pin-диодов, полевых транзисторов и биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), используемых для регулирования питания при высоких температурах, частотах и уровнях мощности, и при выращивании нитрида галлия, алмаза и наноуглеродных тонких пленок.

Способ изготовления функционального элемента полупроводникового прибора осуществляется в вакуумной печи в два этапа, на первом из которых осуществляют нагрев основы до температуры 950-1400°С и синтез пленки карбида кремния на ее поверхности в газовой среде, представляющей собой оксид или диоксид углерода или смесь оксида или диоксида углерода с инертным газом и/или азотом (и/или силаном) при давлении 20-600 Па.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления биполярного транзистора с высоким напряжением пробоя. Технология способа состоит в следующем: на пластинах кремния р-типа проводимости формируют скрытый n+ слой по стандартной технологии, затем последовательно наращивают эпитаксиальный слой р-типа проводимости толщиной 3,5 мкм с концентрацией легирующей примеси бора 1,0*1015 см-3, который служит продолжением подложки, затем формируют эпитаксиальный слой n-- типа проводимости толщиной 7,1 мкм с концентрацией легирующей примеси фосфора 1,0*1015 см-3 и верхний эпитаксиальный слой n- типа проводимости толщиной 4,4 мкм с концентрацией легирующей примеси фосфора 2,3*1015 см-3.

Изобретение относится к области полупроводниковой техники и может быть использовано при росте эпитаксиальных слоев карбида кремния (SiC) с малой плотностью базальных дислокаций. Способ заключается в том, что так же как в известном способе для роста эпитаксиальных слоев SiC используется подложка SiC, поверхность которой разориентирована относительно кристаллографической плоскости Миллера-Бравэ (1120) более чем на 0°, но не более чем на 8°.

Изобретение относится к классу полупроводниковых приборов и может быть использовано в микро-, нано- и оптоэлектронике. Функциональный элемент полупроводникового прибора имеет основу, выполненную из кремния со сформированным на нем переходным слоем, содержащим карбид кремния, на котором имеется покрывающий слой в виде нанопленки углерода с кристаллической решеткой алмазного типа.

Изобретение относится к области микроэлектронной технологии, а именно к способу формирования полупроводниковых структур для преобразования энергии радиохимического распада С-14 в постоянный ток. Техническое решение включает CVD-процесс, в котором формирование пленки карбида кремния осуществляют с участием атомов кристаллической решетки кремниевой подложки и атомов углерода, для этого создают условия химического переноса водородом углерода через стадию образования углеводородов в контейнере-реакторе с температурой зоны 1000-1200°С и последующее их разложение на поверхности подложек кремния в более высокотемпературной зоне 1360-1380°С по ходу движения водорода расходом 0,3-0,5 л/мин, в процессе роста фазы карбида кремния на кремниевой подложке перед ней движется сетка дислокаций несоответствия параметров решетки, последующий термический отжиг гетероструктуры производят в вакууме при температуре от 1000 до 1100°С в течение соответственно от 60 до 30 минут, что обеспечивает эффект локализации или геттерирующего захвата сверхстехиометрического и растворенного атомарного С-14 на сетке дислокаций в фазе кремния, физическое взаимодействие бета-электронов высокой энергии с фазой кремния порождает дополнительные вторичные электроны, это приводит к градиентному диффузионному потоку электронов в фазе кремния, жертвенный карбидокремниевый слой выполнил свою роль и его удаляют частично или полностью для формирования контактных площадок к кремнию, а в других вариантах исполнения и к карбиду кремния, при этом пленка карбида кремния может быть изотипной с подложкой кремния как p-, так и n-типа проводимости, окисленной с нерабочей стороны.

Изобретение может быть использовано в топливной и химической промышленности. Способ получения водорода и этилена из метана включает подачу потока метана в реактор, использование катализатора, содержащего частицы металла, выбранного из группы: никель, титан, молибден, железо, кобальт, нагрев катализатора посредством электромагнитного воздействия с последующим выделением водорода и этилена при конверсии метана.
Наверх