RU2286616C2 - Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности - Google Patents
Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности Download PDFInfo
- Publication number
- RU2286616C2 RU2286616C2 RU2005103321/28A RU2005103321A RU2286616C2 RU 2286616 C2 RU2286616 C2 RU 2286616C2 RU 2005103321/28 A RU2005103321/28 A RU 2005103321/28A RU 2005103321 A RU2005103321 A RU 2005103321A RU 2286616 C2 RU2286616 C2 RU 2286616C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- silicon carbide
- carbon
- silicon
- manufacturing
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 64
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 61
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 59
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 43
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 43
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000011343 solid material Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 8
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 7
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 4
- 229910021383 artificial graphite Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 2
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 2
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 30
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 20
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 13
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 47
- 239000000047 product Substances 0.000 description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 8
- 238000002524 electron diffraction data Methods 0.000 description 8
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 8
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 8
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 7
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 6
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 4
- -1 heaters Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910021431 alpha silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 3
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000000399 optical microscopy Methods 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000000682 scanning probe acoustic microscopy Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003902 SiCl 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical class [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000000197 pyrolysis Methods 0.000 description 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 1
- 230000011514 reflex Effects 0.000 description 1
- 239000011819 refractory material Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B31/00—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor
- C30B31/02—Diffusion or doping processes for single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure; Apparatus therefor by contacting with diffusion materials in the solid state
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/60—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes
- C23C8/62—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using solids, e.g. powders, pastes only one element being applied
- C23C8/64—Carburising
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/80—After-treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/36—Carbides
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов. Техническим результатом изобретения является упрощение технологии изготовления изделия. Сущность изобретения: в способе изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности, включающем синтез пленки карбида кремния на поверхности подложки путем совместного нагрева подложки и углеродсодержащего материала, в качестве углеродсодержащего материала используют твердый материал, который приводят в механический контакт с подложкой, а нагрев осуществляют при температуре 1100-1400°С. 10 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.
Description
Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов.
Карбид кремния обладает рядом уникальных свойств, таких как химическая инертность, термическая устойчивость, высокие механические и теплофизические характеристики [Гнесин Г.Г. Карбидокремниевые материалы, М., 1977]. По электрофизическим свойствам карбид кремния является полупроводниковым материалом с шириной запрещенной зоны 2,3-3,3 эВ (широкозонный полупроводник) и сохраняет электрофизические характеристики при высоких температурах [Карбид кремния как материал современной оптоэлектроники и полупроводниковой техники, М., 1984]. Кроме того, карбид кремния весьма эффективен как материал для подложки эпитаксиального синтеза перспективных полупроводниковых материалов (например, нитрида галлия) [USP 6773508, 2004]. Все вышесказанное определяет значительный интерес к карбиду кремния и методам его получения.
В технологиях получения карбида кремния и карбидокремниевых материалов можно выделить получение порошков и зерен, композитов технического применения (абразивы, нагреватели, огнеупоры и т.п.), а также блочных карбидокремниевых материалов, например пластин и монокристаллов с различной степенью совершенства структуры. Эти методы хорошо известны [Гнесин Г.Г. Карбидокремниевые материалы, М., 1977]. Заметим, что особенности строения и физико-химических свойств карбида кремния (особенно блочных материалов) делают его получение довольно дорогим и сложным с точки зрения технологии.
В то же время, для ряда применений, например в полупроводниковой технике, могут быть использованы тонкие пленки карбида кремния на различных подложках. Среди них представляют интерес подложки из кремния. Известно, что кремний является широко применяемым полупроводниковым материалом и его сочетание с карбидом кремния в едином изделии рассматривается как весьма перспективное [Карбид кремния как материал современной оптоэлектроники и полупроводниковой техники, М., 1984].
Известные методы получения пленок карбида кремния на различных подложках можно условно разбить на две группы. Методы первой группы используют физико-химические процессы, в которых кремний для образования карбида кремния подают в зону синтеза в виде химических соединений (гидриды, галогениды кремния и др.). То есть используют «внешний» источник кремния. Другая группа методов использует «внутренний» источник кремния, т.е. источником атомов кремния, образующего в ходе процесса карбид кремния, является сама подложка, на которой происходит рост карбида кремния. В этом случае используется именно кремниевая подложка. Как будет показано ниже, предлагаемый нами способ относится к этой, последней группе.
Известно формирование пленки SiC методом химического восстановления (патент US 3386866), при котором осаждают продукт реакции CCl4 и SiCl4 в потоке водорода при Т=1700-1800 К при нормальном давлении на подложке α-SiC (обычно 6Н-SiC).
Другим методом (патент US 3382113) на подложке осаждают продукт реакции SiH4 с пропаном при давлении 10-2 мм рт.ст., при соотношении компонентов 1,2:1 и отсутствии водорода и других носителей.
Способ по патенту US 3520740 позволяет получить изделие с эпитаксиальными слоями α-SiC на подложке α-SiC с использованием конвективного нагрева графитовой подложки при нормальном давлении. Пленку осаждают из смеси газов SiH4, С3Н8 и H2. В результате пиролиза в смеси газов образуются пары карбида кремния, конденсирующиеся на подложке. Удовлетворительное качество пленки реализуется в интервале температур 1700-1850°С.
Недостатком указанных способов является сложность технологии получения и аппаратурного оформления, а именно: необходимость использования гидридов и галогенидов кремния (сложных с точки зрения экологии и безопасности реагентов), необходимость поддержания оптимального состава компонентов в газовой смеси, сложность реализации требуемых условий процесса в больших реакторах, где сказывается неравномерность концентрации реагентов по объему за счет выработки реагентов и выделения продуктов реакции.
Из уровня техники известен способ по патенту RU 2100870, включающий размещение подложки в зоне конденсации паров карбида кремния и осаждение карбида кремния в плазме высокочастотного газового разряда двуокиси кремния, углеводородного соединения и паров воды с расходом по массе последних 10-30% от расхода углеводородного соединения. Способ позволяет повысить воспроизводимость состава пленки, а состав плазмы позволяет снизить влияние колебаний технологических параметров на состав формируемой пленки карбида кремния. Однако известная технология является дорогой и сложной в аппаратурном оформлении.
Из уровня техники известен способ получения пленки карбида кремния, включающий нагрев кремниевой подложки до 1173-1573К в атмосфере углеводорода С2Н2 (J.Vac.Sci. and Techn. 1970, 7, 490). Материал подложки, взаимодействуя с углеводородом, образует карбидную пленку.
Необходимо заметить, что способ не позволяет получить пленку равномерной толщины и плотности вследствие невозможности контроля диффузии углеводорода в слоях карбида кремния.
Наиболее близким заявляемому решению является изобретение по патенту US 6773508, опубл. 08.10.2004, кл. С 30 В 25/04, С 30 В 25/02. Известный способ включает следующие стадии:
- Размещение подложки из кремния в реакционной камере.
- Пропускание через реакционную камеру потока газообразной смеси, содержащей водород и углеводород, при содержании последнего 1-5 об.%.
- Нагрев реакционной камеры до 1200-1405°С.
- Разложение углеводорода с осаждением пироуглерода на подложку, сопровождающимся образованием пленки SiC.
- Контроль за образованием монокристаллического SiC.
- Удаление избытка пироуглерода окислением его кислородом (С+О2⇒СО2) в следующих условиях:
1. вытеснение водорода потоком аргона;
2. охлаждение подложки с SiC до 550°С;
3. обработка потоком смеси газов Ar+О2 (расход кислорода около 100 см3/мин, расход аргона около 1000 см3 /мин).
Основным недостатком способа, выбранного в качестве прототипа, является его сложность. Действительно, образование пленки карбида кремния происходит за счет двух одновременно протекающих процессов: образования углерода на поверхности кремния (за счет разложения углеводорода) и взаимодействия углерода с кремнием. Это требует точного контроля многих параметров процесса одновременно, а именно: температуры, концентрации реагентов, времени их контакта с поверхностью подложки, времени пребывания реагентов в реакционной камере и др. Учет последнего обстоятельства важен, т.к. в условиях реализации способа процесс образования углерода происходит не только на поверхности подложки, но и на всех нагретых частях реакционной камеры. Это приводит к существенному изменению концентрации реагентов в системе. Кроме того, обязательное использование водорода в качестве реагента усложняет технологию.
Заявляемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков и обеспечивает упрощение технологии изготовления изделия, содержащего пленку из карбида кремния на поверхности кремниевой подложки.
Технический результат достигается тем, что в способе изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности, включающем синтез пленки карбида кремния на поверхности подложки путем совместного нагрева подложки и углеродсодержащего материала, в качестве углеродсодержащего материала используют твердый материал, который приводят в механический контакт с подложкой, а нагрев осуществляют при температуре 1100-1400°С.
При реализации способа в качестве углеродсодержащего материала предпочтительно использовать материал с содержанием углерода более 90 мас.%, а механический контакт осуществлять путем приложения давления более 1,5 Па. Выбор углеродсодержащих материалов с содержанием углерода более 90% является предпочтительным по двум причинам. Высокое содержание углерода позволяет интенсифицировать процесс формирования карбида кремния. Кроме того, высокое содержание углерода предопределяет низкое содержание в материале других элементов, которые могут загрязнять образующийся карбид кремния. Механический контакт кремниевой подложки и углеродсодержащего материала подразумевает, что в зоне контакта этих двух твердых тел существует механическое напряжение (взаимное механическое давление). Это давление предпочтительно должно быть не ниже 1,5 Па. В этом случае обеспечивается более плотное прилегание тел друг к другу, их взаимная фиксация, что предпочтительно.
Способ изготовления изделия может быть осуществлен таким образом, что механический контакт подложки и углеродсодержащего материала осуществляют только с частью поверхности подложки. В этом случае получают изделие, в котором только часть подложки имеет на своей поверхности пленку из карбида кремния.
Для изготовления изделия в качестве углеродсодержащего материала могут быть использованы различные углеродные материалы, группа которых включает (но не ограничивается) такие материалы, как искусственный графит, стеклоуглерод, пирографит, графитовая фольга, углеситалл.
В ряде случаев для изменения свойств получаемых изделий после нагрева осуществляют дополнительное травление и/или термообработку изделий. Такие операции предпочтительно осуществлять в следующих случаях. Термообработку в вакууме или среде инертного газа - для повышения степени структурной упорядоченности пленки. Термообработку в кислородсодержащей атмосфере и травление в кислотах - для очистки подложки от углеродных и других загрязнений, а также для создания на поверхности пленки оксифункциональных групп. Травление предпочтительно осуществлять в кислотах-окислителях, например таких как азотная, хлорная и другие кислоты, а также их смесях с другими реагентами. Термообработку можно осуществлять в вакууме или среде инертного газа при температуре 1100-1400°С или в кислородсодержащей среде при температуре 500-800°С. В качестве кислородсодержащей среды удобно использовать воздух.
Описание изобретения поясняется следующими чертежами:
Фиг.1. Электронограмма, полученная с поверхности образца, изготовленного по примеру 1.
Фиг.2. Рентгенограмма (Cu Кα), полученная с образца, изготовленного по примеру 2.
Фиг.3. Электронограмма, полученная с поверхности образца, изготовленного по примеру 2.
Фиг.4. Электронограмма, полученная с поверхности образца, изготовленного по примеру 3.
Фиг.5. Распределение элементов по глубине изделия, полученное методом Оже-спектроскопии. (Надписи на осях: ось абсцисс - «глубина, нм»; ось ординат - «содержание элементов, ат.%». На кривых нанесены символы элементов.)
Сущность изобретения состоит в следующем.
Для реализации способа кремниевую подложку, представляющую собой, например, пластину монокристаллического кремния, вырезанную с учетом кристаллографической ориентации, приводят в механический контакт с углеродным материалом. В качестве углеродного материала могут быть использованы искусственные графиты, стеклоуглерод, пирографит, графитовая фольга и другие типы искусственных и природных материалов, содержание углерода в которых превышает предпочтительно 90 мас.%, а входящие дополнительно элементы и соединения не образуют нежелательных соединений с кремнием и карбидом кремния в условиях осуществления способа. Механический контакт между кремнием и углеродным материалом осуществляется, например, прижимом блока (пластины, диска и т.п.) из углеродного материала к полированной (шлифованной) поверхности кремниевой подложки. Причем поверхность блока, прилегающая к подложке, является плоской, что обеспечивает плотное прилегание поверхностей. Для частичного покрытия поверхности подложки пленкой из карбида кремния механический контакт осуществляют не по всей поверхности подложки. Тем самым обеспечивается возможность создавать требуемый «рисунок» пленки на поверхности подложки.
Указанную сборку помещают в печь и нагревают в вакууме или инертном газе при температуре 1100-1400°С. В ходе обработки происходит взаимодействие кремния и углерода в зоне контакта кремниевой пластины и углеродного блока. Экспериментально установлено, что на поверхности кремниевой подложки в этих условиях происходит образование карбидокремниевой пленки. Структура пленки может быть различной. Это может быть островковая пленка или сплошная пленка различной толщины. Указанные особенности пленки определяются температурой и временем процесса.
После окончания нагревания и охлаждения печи извлекают полученное изделие. В дальнейшем, при необходимости, кремниевая подложка со сформированной пленкой карбида кремния может быть подвергнута дополнительным операциям травления и термообработки. В зависимости от требуемого качества полученной пленки она может быть дополнительно обработана в жидких или газообразных травителях, например, на воздухе при 500-800°С для удаления нежелательных загрязнений, а также получения поверхностного оксида кремния на ней. В качестве жидких травителей могут быть использованы кислоты-окислители, например азотная, хлорная кислоты. Обработка при кипячении в этих кислотах позволяет очистить поверхности карбида кремния от технологических загрязнений. Возможно также и проведение дополнительной термообработки подложки с пленкой при температурах до 1400°С для воздействия на структурные особенности карбидокремниевой пленки.
Следующие примеры характеризуют сущность изобретения.
Пример 1. В качестве подложки используют пластину монокристаллического кремния марки КДБ-10 (кремний полупроводниковой квалификации, легированный бором) размером 15×15 мм с ориентацией поверхности (111). В качестве углеродного материала, служащего источником углерода для формирования пленки карбида кремния, используют графитовую фольгу марки «ГраФлекс» (НПО «Унихимтех»), изготовленную вальцеванием терморасширенного графита, с содержанием углерода 99%, толщиной 0,3 мм. Фольгу размером 15×15 мм прикладывают к поверхности кремниевой подложки и фиксируют нагруженном графитовым блоком (цилиндр диаметром 30 мм и высотой 20 мм) массой 25 г. За счет этого давление между подложкой и графитовой фольгой составляет 1,1 кПа. Сборку помещают в вакуумную печь и нагревают в вакууме (остаточное давление 10 Па) до температуры 1370±20°С. Выдерживают при указанной температуре 10 минут. После чего печь охлаждают. Сборку извлекают из печи и разбирают. На поверхности кремниевой подложки методом оптической микроскопии фиксируют образование пленки. Структура поверхности полученного образца исследована методом электронографии. На Фиг.1 показана электронограмма образца. Расшифровка электронограммы, приведенная в таблице, показывает, что на поверхности кремниевой подложки сформирована пленка карбида кремния. Из Фиг.1 видно, что пленка имеет заметную текстуру, т.е. предпочтительную ориентацию блоков - на это указывают яркие точки на электронограмме. Исследования на сканирующем микроскопе показывают, что пленка является сплошной. Толщина пленки около 0,3 мкм. Тем самым получено изделие, представляющее собой кремниевую пластину с пленкой карбида кремния на ее поверхности.
Пример 2. Пример осуществляют аналогично примеру 1. Температура нагрева составляет 1150±20°С. После проведенных операций образец термообрабатывают на воздухе при температуре 650°С в течение 20 мин. На поверхности подложки из кремния микроскопически фиксируют образование островковой пленки. Размер островков 1-3 мкм. Структурные исследования, проведенные на электронографе, указывают на формирование пленки карбида кремния на поверхности кремниевой подложки (см. Фиг.3 и табл.). На Фиг.2 представлена рентгенограмма, полученная с поверхности образца. Видны рефлексы, определенные дифракцией рентгеновских лучей на кремнии и карбиде кремния. Тем самым подтверждено получение изделия, представляющего собой кремниевую пластину с пленой карбида кремния на ее поверхности.
Пример 3. В качестве подложки используют пластину монокристаллического кремния марки КДБ-10 размером 15×30 мм. В качестве углеродного материала, служащего источником углерода для получения пленки карбида кремния, используют искусственный графит марки МПГ-6 в виде цилиндрического блока диаметром 50 мм и толщиной 25 мм. Одна из плоскостей блока отшлифована (Rz=0.1 мкм). Блок совмещают отшлифованной поверхностью с пластиной кремния так, чтобы блок находился сверху пластины и прижимал ее, обеспечивая механический контакт. Полученную таким образом сборку помещают в печь и нагревают при температуре 1250±20°С в течение 10 мин. После охлаждения печи сборку разбирают и извлекают полученные образцы. Оптической микроскопией зафиксировано образование на поверхности кремниевой подложки сплошной пленки. Электронографические исследования указывают на формирование пленки карбида кремния (Фиг.4, таблица) на поверхности кремниевой подложки. При этом отмечена высокая степень кристаллографической упорядоченности структуры пленки - на электронограмме видны только точечные рефлексы.
Пример 4. Пример осуществляют аналогично примеру 3. Отличие состоит в том, что подложку кремния фиксируют углеродным блоком таким образом, что только часть ее поверхности (примерно половина) имеет механический контакт с углеродным блоком (подложка выступает из-под блока). Микроскопические исследования указывают на формирование пленки карбида кремния на поверхности кремниевой подложки в зоне контакта ее с углеродным блоком. Остальная часть поверхности свободна от карбидной пленки.
Пример 5. Пример осуществляют аналогично примеру 1. Температура нагрева составляет 1250±20°С. После проведенных операций образец термообрабатывают в вакууме при температуре 1350±20°С в течение 10 мин. Исследования поверхности полученного изделия проведено методом Оже-спектроскопии. При этом получена зависимость распределения углерода и кремния по глубине изделия - Фиг.5. Видно, что на поверхности изделия (до глубины около 100 нм) содержания кремния и углерода равны между собой и равны 50 ат.%. Это соответствует составу карбида кремния - SiC.
На глубине более 1000 нм состав изделия соответствует чистому кремнию, т.е. составу исходной подложки.
| Таблица. Идентификация электронограмм образцов по примерам 1-3 (указаны межплоскостные расстояния d/n (нм), рассчитанные по углам дифракции электронов на электронографе) |
||||||
| Пример/№ рефлекса | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Пример 1 | 0,250 | 0,215 | 0,155 | 0,130 | 0,125 | 0,110 |
| Пример 2 | 0,254 | 0,221 | 0,156 | 0,132 | - | - |
| Пример 3 | 0,251 | 0,218 | 0,155 | 0,130 | 0,127 | 0,113 |
| Табличные значения для SiC | 0,251 | 0,217 | 0,154 | 0,131 | 0,126 | 0,109 |
Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет изготавливать изделия, состоящие из кремниевой подложки и сформированной на ее поверхности пленки карбида кремния. Высокое структурное совершенство карбидных пленок указывает на возможность их использования для формирования на их поверхности различных типов полупроводников, таких, например, как нитрид галлия. В сравнении с известными способами предложенное техническое решение обеспечивает значительное упрощение технологии изготовления изделий. Кроме того, возможно формирование пленки из карбида кремния не на всей поверхности подложки, а только в определенных ее местах.
Claims (11)
1. Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности, включающий синтез пленки карбида кремния на поверхности подложки при совместном нагреве подложки и углеродсодержащего материала, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют твердый материал, который приводят в механический контакт с подложкой путем приложения давления, а нагрев осуществляют при температуре 1100-1400°С.
2. Способ изготовления изделия по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют материал с содержанием углерода более 90 мас.%.
3. Способ изготовления изделия по п.1, отличающийся тем, что механический контакт осуществляют путем приложения давления более 1,5 Па.
4. Способ изготовления изделия по п.1, отличающийся тем, что механический контакт осуществляют с частью поверхности подложки.
5. Способ изготовления изделия по п.1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала используют материал из группы искусственный графит, стеклоуглерод, пирографит, углеситалл, графитовая фольга.
6. Способ изготовления изделия по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что после нагрева осуществляют дополнительное травление и/или термообработку.
7. Способ изготовления изделия по п.6, отличающийся тем, что травление осуществляют в кислотах-окислителях.
8. Способ изготовления изделия по п.7, отличающийся тем, что травление осуществляют в хлорной или азотной кислоте.
9. Способ изготовления изделия по п.6, отличающийся тем, что термообработку осуществляют в вакууме или среде инертного газа при температуре 1100-1400°С.
10. Способ изготовления изделия по п.6, отличающийся тем, что термообработку осуществляют в кислородсодержащей среде при температуре 500-800°С.
11. Способ изготовления изделия по п.10, отличающийся тем, что термообработку осуществляют на воздухе.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005103321/28A RU2286616C2 (ru) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
| PCT/RU2006/000067 WO2006085798A2 (en) | 2005-02-10 | 2006-02-10 | Method for manufacturing of article comprising silicon substrate with silicon carbide film on its surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005103321/28A RU2286616C2 (ru) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005103321A RU2005103321A (ru) | 2006-07-20 |
| RU2286616C2 true RU2286616C2 (ru) | 2006-10-27 |
Family
ID=36793460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005103321/28A RU2286616C2 (ru) | 2005-02-10 | 2005-02-10 | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2286616C2 (ru) |
| WO (1) | WO2006085798A2 (ru) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2341847C1 (ru) * | 2007-04-23 | 2008-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ синтеза пленок карбида кремния на кремниевой подложке |
| RU2352019C1 (ru) * | 2007-08-03 | 2009-04-10 | Фонд поддержки науки и образования | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
| RU2363067C1 (ru) * | 2008-01-22 | 2009-07-27 | Фонд поддержки науки и образования | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
| RU2393112C1 (ru) * | 2009-02-19 | 2010-06-27 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) | Способ получения нановолокон карбида кремния |
| RU2520480C1 (ru) * | 2013-02-12 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Способ получения слоев карбида кремния |
| RU2540668C1 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Инситут физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Способ получения пластин на основе карбида кремния |
| RU2578104C1 (ru) * | 2015-04-07 | 2016-03-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Способ газофазной карбидизации поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), (100) |
| RU2714783C2 (ru) * | 2019-05-29 | 2020-02-19 | Общество с ограниченной ответственностью "БетаВольтаика" | Способ формирования полупроводниковых структур для преобразования энергии радиохимического распада с-14 в электрическую |
| RU2715472C1 (ru) * | 2019-06-11 | 2020-02-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Новые технологии" | Изделие, содержащее основу из кремния и покрывающий слой в виде нанопленки углерода с кристаллической решеткой алмазного типа, и способ изготовления этого изделия |
| RU2727557C1 (ru) * | 2019-12-17 | 2020-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Новые технологии" | Способ изготовления функционального элемента полупроводникового прибора |
| RU2816687C1 (ru) * | 2023-07-07 | 2024-04-03 | Сергей Арсеньевич Кукушкин | Карбидокремниевый пленочный функциональный элемент прибора и способ его изготовления |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU552860A1 (ru) * | 1974-12-17 | 2000-06-20 | Институт Физики Полупроводников Со Ан Ссср | Способ синтеза карбида кремния кубической модификации |
| JP2001085341A (ja) * | 1999-09-16 | 2001-03-30 | Japan Atom Energy Res Inst | ｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜の製造方法 |
| US6773508B2 (en) * | 2001-06-06 | 2004-08-10 | Osaka Prefecture | Single crystal silicon carbide thin film fabrication method and fabrication apparatus of the same |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000226299A (ja) * | 1999-02-04 | 2000-08-15 | Denso Corp | 単結晶炭化珪素薄膜の製造方法および単結晶炭化珪素薄膜 |
-
2005
- 2005-02-10 RU RU2005103321/28A patent/RU2286616C2/ru active
-
2006
- 2006-02-10 WO PCT/RU2006/000067 patent/WO2006085798A2/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU552860A1 (ru) * | 1974-12-17 | 2000-06-20 | Институт Физики Полупроводников Со Ан Ссср | Способ синтеза карбида кремния кубической модификации |
| JP2001085341A (ja) * | 1999-09-16 | 2001-03-30 | Japan Atom Energy Res Inst | ｐ型立方晶炭化珪素単結晶薄膜の製造方法 |
| US6773508B2 (en) * | 2001-06-06 | 2004-08-10 | Osaka Prefecture | Single crystal silicon carbide thin film fabrication method and fabrication apparatus of the same |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2341847C1 (ru) * | 2007-04-23 | 2008-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Способ синтеза пленок карбида кремния на кремниевой подложке |
| RU2352019C1 (ru) * | 2007-08-03 | 2009-04-10 | Фонд поддержки науки и образования | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
| RU2363067C1 (ru) * | 2008-01-22 | 2009-07-27 | Фонд поддержки науки и образования | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности |
| RU2393112C1 (ru) * | 2009-02-19 | 2010-06-27 | Учреждение Российской Академии Наук Институт Общей И Неорганической Химии Им. Н.С. Курнакова Ран (Ионх Ран) | Способ получения нановолокон карбида кремния |
| RU2520480C1 (ru) * | 2013-02-12 | 2014-06-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Способ получения слоев карбида кремния |
| RU2540668C1 (ru) * | 2013-12-11 | 2015-02-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Инситут физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) | Способ получения пластин на основе карбида кремния |
| RU2578104C1 (ru) * | 2015-04-07 | 2016-03-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Способ газофазной карбидизации поверхности монокристаллического кремния ориентации (111), (100) |
| RU2714783C2 (ru) * | 2019-05-29 | 2020-02-19 | Общество с ограниченной ответственностью "БетаВольтаика" | Способ формирования полупроводниковых структур для преобразования энергии радиохимического распада с-14 в электрическую |
| RU2715472C1 (ru) * | 2019-06-11 | 2020-02-28 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Новые технологии" | Изделие, содержащее основу из кремния и покрывающий слой в виде нанопленки углерода с кристаллической решеткой алмазного типа, и способ изготовления этого изделия |
| WO2020251398A1 (ru) * | 2019-06-11 | 2020-12-17 | СВЯТЕЦ, Генадий Викторович | Функциональный элемент полупроводникового прибора и способ его изготовления |
| RU2727557C1 (ru) * | 2019-12-17 | 2020-07-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Новые технологии" | Способ изготовления функционального элемента полупроводникового прибора |
| RU2816687C1 (ru) * | 2023-07-07 | 2024-04-03 | Сергей Арсеньевич Кукушкин | Карбидокремниевый пленочный функциональный элемент прибора и способ его изготовления |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2006085798A2 (en) | 2006-08-17 |
| WO2006085798A3 (en) | 2006-12-28 |
| RU2005103321A (ru) | 2006-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2520691B1 (en) | Tantalum carbide-coated carbon material and manufacturing method for same | |
| JP3545459B2 (ja) | 低温における結晶質炭化ケイ素コーティングの作成方法 | |
| US5993770A (en) | Silicon carbide fabrication | |
| RU2286616C2 (ru) | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности | |
| US6893749B2 (en) | SiC-formed material | |
| RU2363067C1 (ru) | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности | |
| KR20220149760A (ko) | 식각 특성이 향상된 화학기상증착 실리콘 카바이드 벌크 | |
| US12180611B2 (en) | Methods of forming silicon carbide coated base substrates at multiple temperatures | |
| TWI873714B (zh) | 包含鉭塗層的基材 | |
| JPH11199323A (ja) | ダミーウエハ | |
| US11680333B2 (en) | Defect engineered high quality multilayer epitaxial graphene growth with thickness controllability | |
| JPH0127568B2 (ru) | ||
| Xu et al. | Morphology and growth mechanism of silicon carbide chemical vapor deposited at low temperatures and normal atmosphere | |
| Björketun et al. | Interfacial void formation during vapor phase growth of 3C-SiC on Si (0 0 1) and Si (1 1 1) substrates. Characterization by transmission electron microscopy | |
| Badzian | Defect structure of synthetic diamond and related phases | |
| RU2684128C1 (ru) | Изделие с покрытием из карбида кремния и способ изготовления изделия с покрытием из карбида кремния | |
| JPS61236604A (ja) | β−Ｓｉ↓３Ｎ↓４の合成方法 | |
| RU2286617C2 (ru) | Способ получения изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности | |
| RU2352019C1 (ru) | Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой из карбида кремния на ее поверхности | |
| JPH06305885A (ja) | 連続したダイヤモンド薄膜の改善された成長方法 | |
| JP3657036B2 (ja) | 炭化ケイ素薄膜および炭化ケイ素薄膜積層基板の製造方法 | |
| Kamimura et al. | Preparation and properties of boron thin films | |
| CN112979318B (zh) | 一种利用氮化硼提高碳化硅陶瓷生长速率的方法 | |
| KR940005278B1 (ko) | X선 마스크용 멤브레인 및 제조법 | |
| JP4309509B2 (ja) | 熱分解黒鉛からなる単結晶成長用のルツボの製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20081113 |