+

RU2363067C1 - Method for manufacture of product containing siliceous substrate with silicon carbide film on its surface - Google Patents

Method for manufacture of product containing siliceous substrate with silicon carbide film on its surface Download PDF

Info

Publication number
RU2363067C1
RU2363067C1 RU2008102398/28A RU2008102398A RU2363067C1 RU 2363067 C1 RU2363067 C1 RU 2363067C1 RU 2008102398/28 A RU2008102398/28 A RU 2008102398/28A RU 2008102398 A RU2008102398 A RU 2008102398A RU 2363067 C1 RU2363067 C1 RU 2363067C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silicon carbide
substrate
silicon
film
carbide film
Prior art date
Application number
RU2008102398/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Арсеньевич Кукушкин (RU)
Сергей Арсеньевич Кукушкин
Андрей Викторович Осипов (RU)
Андрей Викторович Осипов
Николай Александрович Феоктистов (RU)
Николай Александрович Феоктистов
Original Assignee
Фонд поддержки науки и образования
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Фонд поддержки науки и образования filed Critical Фонд поддержки науки и образования
Priority to RU2008102398/28A priority Critical patent/RU2363067C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2363067C1 publication Critical patent/RU2363067C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: invention is related to technology for production of semiconductor materials and may be used in development of semiconductor instruments. In method for manufacture of product containing siliceous substrate with silicon carbide film on its surface, including heating of substrate and synthesis of film on substrate surface in gas medium, which contains carbonic compounds, gas medium used is carbon oxide or dioxide or mixture of carbon oxide or dioxide with inertial gas and/or nitrogen at pressure of 20-600 Pa, and heating of siliceous substrate is carried out until temperature is 950-1400°C. It is possible to use only carbon oxide CO or only carbon dioxide CO2. It is possible to use mixtures of gases as gas medium containing the following components: 45%wt of carbon oxide CO, 50%wt of argon and 5%wt of nitrogen. After silicon carbide layer formation was completed, it is reasonable to carry out etching and/or vacuum annealing.
EFFECT: improved quality of silicon carbide film and simplified technology of product making.
6 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов и может быть использовано при создании полупроводниковых приборов.The invention relates to a technology for producing semiconductor materials and can be used to create semiconductor devices.

Для ряда применений, например, в полупроводниковой технике могут быть использованы тонкие пленки карбида кремния на различных подложках. Среди них представляют интерес подложки из кремния.For a number of applications, for example, semiconductor technology can be used thin films of silicon carbide on various substrates. Among them, silicon substrates are of interest.

Известные способы получения пленок карбида кремния на различных подложках можно условно разбить на три группы.Known methods for producing silicon carbide films on various substrates can be divided into three groups.

Способы первой группы используют физико-химические процессы, в которых и кремний, и углерод берутся из твердой фазы. При этом, как правило, они используются в чистом виде, т.е. кристаллический кремний и кристаллический углерод, и реакция между ними идет в твердой фазе. К этой группе относится способ по патенту RU 2286616, который включает следующие стадии: размещение кремниево-графитовой сборки, представляющей собой сжатые между собой пластины кремния и углерода в реакционной камере; нагрев сборки в реакционной камере до 1200-1400°С в вакууме (остаточное давление 10 Па); выдержку при указанной температуре в течение некоторого времени; охлаждение кремниево-графитовой сборки. Способ позволяет получить слой карбида кремния на поверхности кремниевой подложки. Основным недостатком способа является блочная структура пленки карбида кремния, причем различные блоки состоят из различных политипов SiC, а также большое количество дефектов, вызванное упругими напряжениями как на границе между карбидом кремния и кремнием, так и на границах между блоками карбида кремния, которые не согласованы друг с другом.The methods of the first group use physicochemical processes in which both silicon and carbon are taken from the solid phase. Moreover, as a rule, they are used in pure form, i.e. crystalline silicon and crystalline carbon, and the reaction between them is in the solid phase. This group includes the method according to patent RU 2286616, which includes the following stages: placement of a silicon-graphite assembly, which is a plate of silicon and carbon compressed between each other in a reaction chamber; heating the assembly in the reaction chamber to 1200-1400 ° C in vacuum (residual pressure 10 Pa); exposure at the specified temperature for some time; cooling of the silicon-graphite assembly. The method allows to obtain a layer of silicon carbide on the surface of a silicon substrate. The main disadvantage of this method is the block structure of the silicon carbide film, and different blocks consist of different SiC polytypes, as well as a large number of defects caused by elastic stresses both at the interface between silicon carbide and silicon, and at the boundaries between silicon carbide blocks that are not matched to each other with a friend.

Вторая, наиболее многочисленная группа способов, использует в качестве источника атомов кремния и углерода газовую фазу, причем и кремний, и углерод подаются в зону синтеза в виде химических соединений (гидриды, галогениды, хлориды, углеводородные соединения и др.). Так, в способе по патенту US 3,386,866, пленку SiC получают методом химического восстановления, при котором на подложке α-SiC (обычно 6H-SiC) осаждают продукт реакции CCl4 и SiCl4 в потоке водорода при нормальном давлении и Т=1700-1800 K.The second, most numerous group of methods uses the gas phase as a source of silicon and carbon atoms, and both silicon and carbon are fed into the synthesis zone in the form of chemical compounds (hydrides, halides, chlorides, hydrocarbon compounds, etc.). So, in the method according to US patent 3,386,866, a SiC film is obtained by chemical reduction, in which the reaction product CCl 4 and SiCl 4 are deposited on a α-SiC substrate (usually 6H-SiC) in a stream of hydrogen at normal pressure and T = 1700-1800 K .

В способе по патенту US 3,382,113 на подложке α-SiC 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.In the method of US Pat. No. 3,382,113, the reaction product of SiH 4 with propane is deposited on an α-SiC substrate at a pressure of 10 -2 mm Hg, with a component ratio of 1.2: 1 and the absence of hydrogen and other carriers.

Способ по патенту US 3,520,740 позволяет получить изделие с эпитаксиальными слоями α-SiC на подложке α-SiC с использованием конвективного нагрева графитового держателя подложки при нормальном давлении. Пленку осаждают из смеси газов SiH4, C3H8 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.The method of US Pat. No. 3,520,740 makes it possible to obtain an article with epitaxial layers of α-SiC on an α-SiC substrate using convective heating of the graphite support of the substrate at normal pressure. The film is deposited from a mixture of gases SiH 4 , C 3 H 8 and H 2 . As a result of pyrolysis in a mixture of gases, silicon carbide vapors are formed which condense on the substrate. Satisfactory film quality is realized in the temperature range 1700-1850 ° C.

Недостатком указанных способов являются сложность технологии получения, 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.The disadvantage of these methods is the complexity of the production technology, namely the need to use silicon hydrides and halides (complex from the point of view of ecology and safety of the reagents), the need to maintain the optimal composition of the components in the gas mixture, the difficulty of implementing the required process conditions in large reactors, where the uneven concentration of the reagents by volume due to the production of reagents and the allocation of reaction products.

Способы третьей группы используют комбинированный подход. В этих способах углерод доставляется в зону реакции через газовую фазу, а источником кремния является сама подложка, т.е. твердая фаза.The methods of the third group use a combined approach. In these methods, carbon is delivered to the reaction zone through the gas phase, and the substrate itself is the silicon source, i.e. solid phase.

К этой группе относится наиболее близкий к заявляемому решению способ получения пленки карбида кремния, включающий нагрев до 820-900°С кремниевой вицинальной подложки, отклоненной от поверхности (100) на 5° в направлении (110), который производится в присутствии углеводорода C2H2 при давлении (0,7-2,5)10-4 Па [G.Dufor et al. SiC formation by reaction of Si (001) with acetylene: electronic structure and growth mode. - Physical Review B. V.56, №7, 15.08.1997-1, pp.4266-4282]. Данный способ принят за прототип. Материал подложки, взаимодействуя с углеводородом, образует карбидную пленку согласно химической реакцииThis group includes the closest to the claimed solution method for producing a silicon carbide film, comprising heating to 820-900 ° C a silicon vicinal substrate deviated from the surface (100) by 5 ° in the direction (110), which is produced in the presence of a hydrocarbon C 2 H 2 at a pressure of (0.7-2.5) 10 -4 Pa [G. Dufor et al. SiC formation by reaction of Si (001) with acetylene: electronic structure and growth mode. - Physical Review BV56, No. 7, 08/15/1997-1, pp.4266-4282]. This method is adopted as a prototype. The substrate material, interacting with the hydrocarbon, forms a carbide film according to the chemical reaction

2Si+C2H2=2SiC+H2.2Si + C 2 H 2 = 2SiC + H 2 .

Необходимо отметить, что данный способ является нетехнологичным, так как использует сверхнизкие давления. Кроме того, способ не позволяет получить пленку равномерной толщины и плотности из-за невозможности контроля диффузии углеводорода в образующихся слоях карбида кремния. В результате реализации способа-прототипа получается пленка относительно низкого качества, содержащая большую долю поликристаллического карбида кремния.It should be noted that this method is not high-tech, as it uses ultra-low pressure. In addition, the method does not allow to obtain a film of uniform thickness and density due to the inability to control the diffusion of hydrocarbon in the resulting layers of silicon carbide. As a result of the implementation of the prototype method, a relatively low quality film is obtained containing a large proportion of polycrystalline silicon carbide.

Заявляемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков, обеспечивает повышение качества пленки из карбида кремния и упрощение технологии изготовления изделия, содержащего пленку из карбида кремния на поверхности кремниевой подложки.The invention is aimed at eliminating these drawbacks, provides improved quality of the film of silicon carbide and simplifies the manufacturing technology of the product containing the film of silicon carbide on the surface of the silicon substrate.

Заявляемый технический результат - формирование на подложке из кремния эпитаксиальной пленки карбида кремния как гексагонального, так кубического политипов на поверхности кремниевой подложки, а также снижение внутренних напряжений, а следовательно, уменьшение поверхностной концентрации дефектов.The claimed technical result is the formation on the silicon substrate of an epitaxial silicon carbide film of both hexagonal and cubic polytypes on the surface of the silicon substrate, as well as a decrease in internal stresses and, consequently, a decrease in the surface concentration of defects.

Заявляемый способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой карбида кремния на ее поверхности, включает нагрев подложки и синтез пленки на поверхности подложки в газовой среде, содержащей соединения углерода. От прототипа способ отличается тем, что в качестве газовой среды используют оксид или диоксид углерода либо смесь оксида или диоксида углерода с инертным газом и/или азотом при давлении 20-600 Па, а нагрев кремниевой подложки осуществляют до температуры 950-1400°С.The inventive method of manufacturing an article containing a silicon substrate with a silicon carbide film on its surface includes heating the substrate and synthesizing the film on the surface of the substrate in a gas medium containing carbon compounds. The method differs from the prototype in that carbon dioxide or carbon dioxide or a mixture of carbon monoxide or inert gas and / or nitrogen at a pressure of 20-600 Pa is used as the gaseous medium, and the silicon substrate is heated to a temperature of 950-1400 ° C.

Возможно использование только оксида углерода CO или только диоксида углерода CO2.It is possible to use only carbon monoxide CO or only carbon dioxide CO 2 .

Возможно использование в качестве газовой среды смеси газов, состоящей из It is possible to use a gas mixture consisting of

45 мас.% оксида углерода CO, 50 мас.% аргона и 5 мас.% азота.45 wt.% Carbon monoxide CO, 50 wt.% Argon and 5 wt.% Nitrogen.

После окончания синтеза пленки карбида кремния целесообразно проведение травления и/или вакуумного отжига.After the synthesis of the silicon carbide film is completed, it is advisable to carry out etching and / or vacuum annealing.

Более подробно сущность изобретения раскрыта ниже в описании и в приведенных ниже примерах реализации и иллюстрируется чертежами, на которых представлено:In more detail the essence of the invention is disclosed below in the description and in the following implementation examples and is illustrated by drawings, on which:

Фиг.1 - изображение, полученное электронным микроскопом высокого разрешения, поперечного сечения образца, изготовленного по описанному ниже Примеру 1. Figure 1 is an image obtained by high resolution electron microscope, a cross section of a sample made according to Example 1 described below.

Фиг.2 - изображение поверхности образца, изготовленного по Примеру 1, полученное растровым электронным микроскопом. Figure 2 - image of the surface of the sample made according to Example 1, obtained by scanning electron microscope.

Фиг.3 - электронограмма на отражение, полученная на электронографе ЭМР-100 при ускоряющем напряжении 75 кВ, образца, изготовленного по Примеру 1. Figure 3 is a reflection electron diffraction pattern obtained on an EMR-100 electron diffractometer at an accelerating voltage of 75 kV, of a sample made according to Example 1.

Фиг.4 - спектр люминесценции при температуре 77 K образца, изготовленного по Примеру 1. Figure 4 - luminescence spectrum at a temperature of 77 K of the sample made according to Example 1.

Фиг.5 - электронограмма на отражение, полученная на электронографе ЭМР-100 при ускоряющем напряжении 75 кВ, образца, изготовленного по Примеру 2. Figure 5 is a reflection electron diffraction pattern obtained on an EMR-100 electron diffractometer at an accelerating voltage of 75 kV, of a sample made according to Example 2.

Фиг.6 - электронограмма на отражение, полученная на электронографе ЭМР-100 при ускоряющем напряжении 75 кВ, образца, изготовленного по Примеру 3. 6 is a reflection electron diffraction pattern obtained on an EMR-100 electron diffractometer at an accelerating voltage of 75 kV, of a sample made according to Example 3.

Фиг.7 - электронограмма на отражение, полученная на электронографе ЭМР-100 при ускоряющем напряжении 75 кВ, образца, изготовленного по Примеру 4. 7 is a reflection electron diffraction pattern obtained on an EMR-100 electron diffractometer at an accelerating voltage of 75 kV, of a sample made according to Example 4.

Фиг.8 - электронограмма на отражение, полученная на электронографе ЭМР-100 при ускоряющем напряжении 75 кВ, образца, изготовленного по Примеру 5. Fig. 8 is a reflection electron diffraction pattern obtained on an EMR-100 electron diffractometer at an accelerating voltage of 75 kV, of a sample made according to Example 5.

Для реализации способа кремниевую подложку, представляющую собой, например, пластину монокристаллического кремния, вырезанную с учетом кристаллографической ориентации, помещают в печь реактора и нагревают в вакууме при давлении 10-2-10-3 Па при температуре 950-1400°С. Максимальная температура определяется температурой плавления кремния, минимальная - скоростью протекания химической реакции. Затем выполняется прокачка через реактор газа, содержащего оксид углерода (а именно, оксид углерода CO или диоксид углерода CO2) в течение 10-80 минут, давление в реакторе поддерживается в пределах 20-600 Па, а температура - в указанном интервале. При этом осуществляется химическая реакция с образованием карбида кремния по одному из следующих механизмов в зависимости от используемого оксида:To implement the method, a silicon substrate, which is, for example, a single-crystal silicon wafer cut taking into account the crystallographic orientation, is placed in a reactor furnace and heated in vacuum at a pressure of 10 -2 -10 -3 Pa at a temperature of 950-1400 ° C. The maximum temperature is determined by the melting temperature of silicon, the minimum is determined by the rate of the chemical reaction. Then, gas containing carbon monoxide (namely, carbon monoxide CO or carbon dioxide CO 2 ) is pumped through the reactor for 10-80 minutes, the pressure in the reactor is maintained within 20-600 Pa, and the temperature is within the indicated range. In this case, a chemical reaction is carried out with the formation of silicon carbide according to one of the following mechanisms, depending on the oxide used:

2Si(тв)+CO(г)=SiC(тв)+SiO(г)↑2Si (tv) + CO (g) = SiC (tv) + SiO (g) ↑

или, соответственно,or respectively

2Si(тв)+СО2(г)=SiC(тв)+SiО2(тв+г).2Si (solid) + CO 2 (g) = SiC (solid) + SiO 2 (solid + g).

Интервал давлений обусловлен скоростью протекания химической реакции. При более низких давлениях скорость настолько мала, что карбид кремния практически не образуется, при более высоких - скорость настолько велика, что пленка из карбида кремния имеет блочную структуру, причем блоки разориентированы относительно друг друга (т.е. пленка не является монокристаллической). Принципиальное отличие данного способа от способа, предложенного в прототипе, состоит в том, что часть кремния в форме газообразного оксида кремния SiO (или SiO2) покидает систему, что приводит к образованию вакансий и пор в кремнии на границе между кремнием и образующимся карбидом кремния. Эти поры обеспечивают существенную релаксацию упругих напряжений, вызванную несоответствием решеток Si и SiC. Ориентацию пленке задает в данном случае вся «старая» кристаллическая структура матрицы, а не только поверхность подложки. Незначительная часть твердого SiO2 может присутствовать на подложке, но это не ухудшает качество пленки, что, в частности, видно из электронограмм, полученных электронографом ЭР-100 (см., например, Фиг.5). Кроме того, его можно удалить последующей обработкой.The pressure range is determined by the rate of the chemical reaction. At lower pressures, the speed is so low that virtually no silicon carbide is formed; at higher pressures, the speed is so high that the silicon carbide film has a block structure, and the blocks are misoriented relative to each other (i.e., the film is not single-crystal). The fundamental difference between this method and the method proposed in the prototype is that part of the silicon in the form of gaseous silicon oxide SiO (or SiO 2 ) leaves the system, which leads to the formation of vacancies and pores in silicon at the interface between silicon and the resulting silicon carbide. These pores provide significant relaxation of elastic stresses caused by the mismatch of the Si and SiC lattices. In this case, the orientation of the film is determined by the entire “old” crystal structure of the matrix, and not just the surface of the substrate. An insignificant part of solid SiO 2 may be present on the substrate, but this does not impair the quality of the film, which, in particular, can be seen from electron diffraction patterns obtained by an ER-100 electron diffractometer (see, for example, FIG. 5). In addition, it can be removed by subsequent processing.

Используемые дополнительно азот, или аргон, или их смесь выполняют роль газа-носителя, обеспечивающего доставку реагента в зону реакции. Азот, кроме того, стабилизирует гексагональную фазу карбида кремния и частично растворяется в карбиде кремния, что существенно увеличивает его электронную проводимость.Nitrogen, or argon, or their mixture used additionally act as a carrier gas, which ensures the delivery of the reagent to the reaction zone. Nitrogen, in addition, stabilizes the hexagonal phase of silicon carbide and partially dissolves in silicon carbide, which significantly increases its electronic conductivity.

После окончания процесса извлекают полученное изделие. В дальнейшем, при необходимости, кремниевая подложка со сформированной пленкой карбида кремния может быть подвергнута дополнительным операциям травления и термообработки, например, на воздухе при 500-800°С для удаления нежелательных загрязнений. В качестве жидких травителей могут быть использованы кислоты, например азотная или 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 (вакуумный отжиг) для воздействия на структурные особенности карбидокремниевой пленки.After the end of the process, the resulting product is recovered. In the future, if necessary, the silicon substrate with the formed silicon carbide film can be subjected to additional etching and heat treatment, for example, in air at 500-800 ° C to remove unwanted contaminants. As liquid etchants, acids, for example nitric or perchloric acids, can be used. Boiling in these acids makes it possible to clean the surfaces of silicon carbide from technological impurities. It is also possible to conduct additional heat treatment of the substrate with the film at temperatures up to 1400 ° C (vacuum annealing) to affect the structural features of the silicon carbide film.

Пример 1. В качестве подложки используют пластину монокристаллического кремния марки КДБ-3 (кремний полупроводниковой квалификации, легированный бором), диаметром 35 мм с ориентацией поверхности, отклоненной от плоскости (111) на 4 градуса. Эту кремниевую подложку помещают в печь реактора, откачивают воздух и подают оксид углерода CO до достижения давления в реакторе 120 Па, затем нагревают печь до температуры 1050°С. После выдержки при указанных условиях в течение 30 минут оксид углерода откачивают, печь охлаждают и подложку извлекают из печи. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложке кремния, фиксируют методом оптической микроскопии.Example 1. As a substrate, a KDB-3 monocrystalline silicon wafer (semiconductor grade silicon doped with boron) with a diameter of 35 mm and a surface orientation deviated from the (111) plane by 4 degrees is used. This silicon substrate is placed in the furnace of the reactor, air is pumped out and carbon monoxide is supplied CO until the pressure in the reactor reaches 120 Pa, then the furnace is heated to a temperature of 1050 ° C. After exposure under these conditions for 30 minutes, carbon monoxide is pumped out, the furnace is cooled, and the substrate is removed from the furnace. The presence of a silicon carbide film formed on a silicon substrate is recorded by optical microscopy.

Структура полученного образца исследована методом электронографии на отражение, а также электронным микроскопом высокого разрешения, растровым электронным микроскопом и люминесценцией (Фиг.1-4). Верхняя часть снимка, представленного на Фиг.1, показывает общую структуру образца, на нижней дается увеличенное изображение двух областей: левое - далеко от поры, расположенной на границе раздела; правое - вокруг поры. Расшифровка атомной структуры образца, приведенной на Фиг.1, показывает, что на обеих поверхностях кремниевой подложки сформирована пленка карбида кремния в основном политипа 4H толщиной 10-20 нм, причем структура карбида кремния вблизи пор слегка отличается от структуры карбида кремния далеко от пор, что объясняется упругими напряжениями в пленке. Дислокации несоответствия решеток отсутствуют. На Фиг.3 представлена электронограмма на отражение данного образца. Видно, что пленка имеет в объеме монокристаллическую структуру (так как видны Кикучи-линии) и атомно-гладкую поверхность.The structure of the obtained sample was studied by reflection electron diffraction, as well as a high resolution electron microscope, scanning electron microscope, and luminescence (Figs. 1-4). The upper part of the image shown in Fig. 1 shows the general structure of the sample; the lower part shows an enlarged image of two regions: the left one is far from the pore located at the interface; right - around the pore. The decoding of the atomic structure of the sample shown in Fig. 1 shows that a silicon carbide film of mainly 4H polytype 10–20 nm thick was formed on both surfaces of the silicon substrate, and the structure of silicon carbide near the pores slightly differs from the structure of silicon carbide far from the pores, which due to elastic stresses in the film. Lattice mismatch dislocations are absent. Figure 3 presents the electron diffraction pattern for the reflection of this sample. It can be seen that the film has a single-crystal structure in the bulk (since Kikuchi lines are visible) and an atomically smooth surface.

Исследования на растровом электронном микроскопе показывают, что пленка является сплошной (Фиг.2), толщина пленки около 20 нм. На границе раздела между карбидом кремния и кремнием имеются поры размером 0,3-1 мкм, которые приводят к некоторой шероховатости поверхности. Образование пор можно объяснить следующим механизмом. На поверхности подложки происходит реакция между оксидом углерода CO и твердым кремнием с образованием газообразного оксида SiO, который удаляется с поверхности. Оксид углерода «выедает» поверхность кремния, делая ее пористой, и пленка карбида кремния растет уже на пористой поверхности карбида кремния. Измерение шероховатости, выполненное на оптическом профилометре NewView 600, дает среднее значение 3 нм.Studies using a scanning electron microscope show that the film is continuous (Figure 2), the film thickness is about 20 nm. At the interface between silicon carbide and silicon there are pores with a size of 0.3-1 microns, which lead to some surface roughness. The formation of pores can be explained by the following mechanism. On the surface of the substrate, a reaction occurs between carbon monoxide CO and solid silicon to form gaseous SiO oxide, which is removed from the surface. Carbon monoxide “eats” the silicon surface, making it porous, and the silicon carbide film grows already on the porous surface of silicon carbide. The roughness measurement performed on a NewView 600 optical profiler gives an average value of 3 nm.

Спектр люминесценции при температуре 77 K показан на Фиг.4, где по оси абсцисс отложена длина волны, по оси ординат - интенсивность излучения. Из графика видно, что в пленке на образце присутствует лишь один политип карбида кремния, а именно с гексагональной симметрией - политип 4H.The luminescence spectrum at a temperature of 77 K is shown in FIG. 4, where the wavelength is plotted along the abscissa, and the radiation intensity is plotted along the ordinate. The graph shows that in the film on the sample there is only one polytype of silicon carbide, namely with hexagonal symmetry - the 4H polytype.

Электроноскопические исследования показали, что поверхностная концентрация дефектов в ней очень мала - меньше 106 см-2.Electronoscopic studies showed that the surface concentration of defects in it is very small - less than 10 6 cm -2 .

Пример 2. В качестве подложки используют пластину монокристаллического кремния марки КДБ-3 (кремний полупроводниковой квалификации, легированный бором), диаметром 35 мм с ориентацией поверхности (110). Эту кремниевую подложку помещают в вакуумную печь реактора, откачивают воздух и подают диоксид углерода CO2 до достижения давления в реакторе 40 Па, затем нагревают печь до температуры 950°С. После выдержки при указанных условиях в течение 60 минут диоксид углерода откачивают, печь охлаждают и подложку извлекают из печи. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложке кремния, фиксируют методом оптической микроскопии.Example 2. As a substrate, a KDB-3 brand single-crystal silicon wafer (semiconductor grade silicon doped with boron) with a diameter of 35 mm with a surface orientation of (110) is used. This silicon substrate is placed in a vacuum furnace of the reactor, air is pumped out and carbon dioxide CO 2 is supplied until the pressure in the reactor reaches 40 Pa, then the furnace is heated to a temperature of 950 ° C. After exposure under the indicated conditions for 60 minutes, carbon dioxide is pumped out, the furnace is cooled, and the substrate is removed from the furnace. The presence of a silicon carbide film formed on a silicon substrate is recorded by optical microscopy.

Пленка исследована аналогично тому, как это описано в Примере 1. На Фиг.5 показаны результаты исследования образца методом электронографии на отражение. Видно, что пленка имеет в объеме эпитаксиальную структуру и атомарно-гладкую поверхность. Исследования на сканирующем микроскопе показывают, что пленка является сплошной. Толщина пленки около 10 нм, дислокации несоответствия решеток отсутствуют. Люминесцентный анализ показал наличие на подложке из кремния эпитаксиальной бездефектной пленки карбида кремния политипа с кубической симметрией 3C.The film was examined in the same way as described in Example 1. Figure 5 shows the results of the study of the sample by reflection electron diffraction. It can be seen that the film has an epitaxial structure and an atomically smooth surface in the bulk. Scanning microscope studies show that the film is continuous. The film thickness is about 10 nm, there are no dislocation misfit dislocations. Luminescent analysis showed the presence on the silicon substrate of an epitaxial defect-free silicon carbide film of a polytype with 3C cubic symmetry.

Пример 3. В качестве подложки используют пластину монокристаллического кремния марки КДБ-0,03 (кремний полупроводниковой квалификации, легированный бором), диаметром 35 мм с ориентацией поверхности (100). Эту кремниевую подложку помещают в вакуумную печь реактора, откачивают воздух и подают газовую смесь, состоящую из 35 мас.% оксида углерода CO и 65 мас.% аргона до достижения давления в реакторе 100 Па, затем нагревают печь до температуры 1200°С. После выдержки при указанных условиях в течение 30 минут газовую смесь откачивают, реактор охлаждают и подложку извлекают из печи. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложке кремния, фиксируют методом оптической микроскопии. Наличие аргона увеличивает общее давления газа, делая его течение более равномерным, кроме того, увеличение давления делает кубическую фазу карбида кремния более стабильной.Example 3. As a substrate, a KDB-0.03 single-crystal silicon wafer (semiconductor grade silicon doped with boron) with a diameter of 35 mm with a surface orientation of (100) is used. This silicon substrate is placed in a vacuum furnace of the reactor, air is pumped out and a gas mixture consisting of 35 wt.% Carbon monoxide CO and 65 wt.% Argon is supplied until the pressure in the reactor reaches 100 Pa, then the furnace is heated to a temperature of 1200 ° C. After holding under the indicated conditions for 30 minutes, the gas mixture is pumped out, the reactor is cooled, and the substrate is removed from the furnace. The presence of a silicon carbide film formed on a silicon substrate is recorded by optical microscopy. The presence of argon increases the total pressure of the gas, making its flow more uniform, in addition, an increase in pressure makes the cubic phase of silicon carbide more stable.

Пленка исследована аналогично тому, как это описано в Примере 1. На Фиг.6 показан результат электронографического анализа. Видно, что пленка в объеме имеет эпитаксиальную структуру и атомно-гладкую поверхность с дефектами двойникования. Исследования на сканирующем микроскопе показывают, что пленки являются сплошными. Толщина пленки около 70 нм, дислокации несоответствия решеток отсутствуют. Спектр люминесценции выявил наличие только одного политипа, а именно политипа 3C.The film was examined in the same way as described in Example 1. Figure 6 shows the result of electron diffraction analysis. It can be seen that the bulk film has an epitaxial structure and an atomically smooth surface with twin defects. Scanning microscope studies show that the films are continuous. The film thickness is about 70 nm, there are no dislocation misfit dislocations. The luminescence spectrum revealed the presence of only one polytype, namely, the 3C polytype.

Пример 4. В качестве подложки используют пластину монокристаллического кремния марки ЭКС-0,01 (кремний полупроводниковой квалификации, легированный сурьмой), диаметром 35 мм с ориентацией поверхности (111). Эту кремниевую подложку помещают в вакуумную печь реактора, откачивают воздух и подают газовую смесь, состоящую из 90 мас.% оксида углерода CO и 10 мас.% азота до достижения давления в реакторе 50 Па, затем нагревают печь до температуры 1250°С. После выдержки при указанных условиях в течение 40 минут газовую смесь откачивают, реактор охлаждают и подложку извлекают из печи. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложке кремния, фиксируют методом оптической микроскопии.Example 4. As the substrate using a plate of single crystal silicon grade EKS-0.01 (silicon semiconductor qualification doped with antimony), a diameter of 35 mm with a surface orientation of (111). This silicon substrate is placed in a vacuum furnace of the reactor, air is pumped out and a gas mixture consisting of 90 wt.% Carbon monoxide CO and 10 wt.% Nitrogen is supplied until the pressure in the reactor reaches 50 Pa, then the furnace is heated to a temperature of 1250 ° C. After exposure under the indicated conditions for 40 minutes, the gas mixture is pumped out, the reactor is cooled, and the substrate is removed from the furnace. The presence of a silicon carbide film formed on a silicon substrate is recorded by optical microscopy.

Пленка исследована аналогично тому, как это описано в Примере 1. На Фиг.7 показан результат электронографического анализа. Видно, что пленка в объеме имеет эпитаксиальную структуру и атомно-гладкую поверхность с дефектами двойникования. Исследования на сканирующем микроскопе показывают, что пленки являются сплошными. Толщина пленки около 40 нм, дислокации несоответствия решеток отсутствуют. Спектр люминесценции выявил наличие только одного политипа, а именно политипа 4H.The film was examined in the same way as described in Example 1. Figure 7 shows the result of electron diffraction analysis. It can be seen that the bulk film has an epitaxial structure and an atomically smooth surface with twin defects. Scanning microscope studies show that the films are continuous. The film thickness is about 40 nm, there are no dislocation misfit dislocations. The luminescence spectrum revealed the presence of only one polytype, namely, the 4H polytype.

Пример 5. В качестве подложки используют пластину монокристаллического кремния марки ЭКС-0,01 (кремний полупроводниковой квалификации, легированный сурьмой), диаметром 35 мм с ориентацией поверхности (111). Эту кремниевую подложку помещают в вакуумную печь реактора, откачивают воздух и подают газовую смесь, состоящую из 45 мас.% оксида углерода CO, 50 мас.%, аргона и 5 мас.% азота до достижения давления в реакторе 80 Па, затем нагревают печь до температуры 1250°С. После выдержки при указанных условиях в течение 20 минут газовую смесь откачивают, реактор охлаждают и подложку извлекают из печи. Наличие пленки карбида кремния, сформированной на подложке кремния, фиксируют методом оптической микроскопии.Example 5. As the substrate using a plate of single crystal silicon grade EKS-0.01 (silicon semiconductor qualification doped with antimony), a diameter of 35 mm with a surface orientation of (111). This silicon substrate is placed in a vacuum furnace of the reactor, air is pumped out, and a gas mixture consisting of 45 wt.% Carbon monoxide CO, 50 wt.%, Argon and 5 wt.% Nitrogen is supplied until the pressure in the reactor reaches 80 Pa, then the furnace is heated to temperature 1250 ° С. After holding under the indicated conditions for 20 minutes, the gas mixture is pumped out, the reactor is cooled, and the substrate is removed from the furnace. The presence of a silicon carbide film formed on a silicon substrate is recorded by optical microscopy.

Пленка исследована аналогично тому, как это описано в Примере 1. На Фиг.8 показан результат электронографического анализа. Видно, что пленка в объеме имеет эпитаксиальную структуру и атомно-гладкую поверхность с дефектами двойникования. Исследования на сканирующем микроскопе показывают, что пленки являются сплошными. Толщина пленки около 50 нм, дислокации несоответствия решеток отсутствуют. Спектр люминесценции выявил наличие только одного политипа, а именно политипа 3C.The film was examined in the same way as described in Example 1. Figure 8 shows the result of electron diffraction analysis. It can be seen that the bulk film has an epitaxial structure and an atomically smooth surface with twin defects. Scanning microscope studies show that the films are continuous. The film thickness is about 50 nm, there are no dislocation misfit dislocations. The luminescence spectrum revealed the presence of only one polytype, namely, the 3C polytype.

Таким образом, реализация предлагаемого способа позволяет получать высококачественные низкодефектные эпитаксиальные пленки карбида кремния как гексагональных, так и кубического политипов на подложках из кремния. Синтез карбида кремния в газовой среде, содержащей оксида углерода уменьшает упругие напряжения, а также концентрацию дефектов, связанную с ними, более чем в 100 раз.Thus, the implementation of the proposed method allows to obtain high-quality low-defect epitaxial silicon carbide films of both hexagonal and cubic polytypes on silicon substrates. The synthesis of silicon carbide in a gas medium containing carbon monoxide reduces elastic stresses, as well as the concentration of defects associated with them, by more than 100 times.

Claims (6)

1. Способ изготовления изделия, содержащего кремниевую подложку с пленкой карбида кремния на ее поверхности, включающий нагрев подложки и синтез пленки на поверхности подложки в газовой среде, содержащей соединения углерода, отличающийся тем, что в качестве газовой среды используют оксид или диоксид углерода или смесь оксида или диоксида углерода с инертным газом и/или азотом при давлении 20-600 Па, а нагрев кремниевой подложки осуществляют до температуры 950-1400°С.1. A method of manufacturing a product containing a silicon substrate with a silicon carbide film on its surface, comprising heating the substrate and synthesizing the film on the surface of the substrate in a gas medium containing carbon compounds, characterized in that carbon dioxide or carbon dioxide or an oxide mixture is used as the gas medium or carbon dioxide with an inert gas and / or nitrogen at a pressure of 20-600 Pa, and the silicon substrate is heated to a temperature of 950-1400 ° C. 2. Способ изготовления изделия по п.1, отличающийся тем, что в качестве газовой среды используют оксид углерода CO.2. The method of manufacturing the product according to claim 1, characterized in that carbon monoxide CO is used as the gaseous medium. 3. Способ изготовления изделия по п.1, отличающийся тем, что в качестве газовой среды используют диоксид углерода CO2.3. The method of manufacturing the product according to claim 1, characterized in that carbon dioxide CO 2 is used as the gaseous medium. 4. Способ изготовления изделия по п.1, отличающийся тем, что в качестве газовой среды используют смесь газов, состоящую из 45 мас.% оксида углерода CO, 50 мас.% аргона и 5 мас.% азота.4. The method of manufacturing the product according to claim 1, characterized in that as a gaseous medium, a mixture of gases consisting of 45 wt.% Carbon monoxide CO, 50 wt.% Argon and 5 wt.% Nitrogen is used. 5. Способ изготовления изделия по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что после окончания синтеза пленки карбида кремния производят травление.5. A method of manufacturing a product according to any one of claims 1 to 4, characterized in that after the synthesis of the silicon carbide film is completed, etching is performed. 6. Способ изготовления изделия по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что после окончания синтеза пленки карбида кремния производят вакуумный отжиг. 6. A method of manufacturing a product according to any one of claims 1 to 4, characterized in that after the synthesis of the silicon carbide film is completed, vacuum annealing is performed.
RU2008102398/28A 2008-01-22 2008-01-22 Method for manufacture of product containing siliceous substrate with silicon carbide film on its surface RU2363067C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008102398/28A RU2363067C1 (en) 2008-01-22 2008-01-22 Method for manufacture of product containing siliceous substrate with silicon carbide film on its surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008102398/28A RU2363067C1 (en) 2008-01-22 2008-01-22 Method for manufacture of product containing siliceous substrate with silicon carbide film on its surface

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2363067C1 true RU2363067C1 (en) 2009-07-27

Family

ID=41048541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008102398/28A RU2363067C1 (en) 2008-01-22 2008-01-22 Method for manufacture of product containing siliceous substrate with silicon carbide film on its surface

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2363067C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521142C2 (en) * 2012-09-21 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "СИКЛАБ" Method of producing heteroepitaxial silicon carbide films on silicon substrate
RU2522812C1 (en) * 2013-02-18 2014-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Новые Кремневые Технологии" Method of manufacturing products, containing silicon substrate with silicon carbide film on its surface and reactor of realising thereof
RU2578104C1 (en) * 2015-04-07 2016-03-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) Method for gas-phase carbidisation of surface of monocrystalline silicon of orientation (111), (100)
RU2715472C1 (en) * 2019-06-11 2020-02-28 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Новые технологии" Article containing a silicon base and a coating layer in the form of a nanofilm of carbon with a diamond-type crystal lattice, and a method of making said article
RU2727557C1 (en) * 2019-12-17 2020-07-22 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Новые технологии" Manufacturing method of functional element of semiconductor device
RU2730402C1 (en) * 2020-02-03 2020-08-21 Общество с ограниченной ответственностью "Научно технический центр "Новые технологии" Functional element of semiconductor device
RU2787939C1 (en) * 2022-04-11 2023-01-13 Сергей Арсеньевич Кукушкин Functional element of a semiconductor device and method for its manufacture

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6773508B2 (en) * 2001-06-06 2004-08-10 Osaka Prefecture Single crystal silicon carbide thin film fabrication method and fabrication apparatus of the same
EP1523034A2 (en) * 2003-10-09 2005-04-13 Asm Japan K.K. Method of manufacturing silicon carbide film
RU2286616C2 (en) * 2005-02-10 2006-10-27 Фонд поддержки науки и образования Method for producing part incorporating silicon substrate whose surface is covered with silicon carbide film
RU2286617C2 (en) * 2005-02-10 2006-10-27 Фонд поддержки науки и образования Method for producing part incorporating silicon substrate whose surface is covered with silicon carbide film
RU2005124203A (en) * 2005-07-20 2007-01-27 Фонд Поддержки Науки И Образования (Ru) METHOD FOR PRODUCING A PRODUCT CONTAINING A SILICON SUBSTRATE WITH A SILICON CARBIDE FILM ON ITS SURFACE
WO2008001786A1 (en) * 2006-06-27 2008-01-03 Osaka University METHOD FOR PRODUCING SILICON CARBIDE (SiC) CRYSTAL AND SILICON CARBIDE (SiC) CRYSTAL OBTAINED BY THE SAME

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6773508B2 (en) * 2001-06-06 2004-08-10 Osaka Prefecture Single crystal silicon carbide thin film fabrication method and fabrication apparatus of the same
EP1523034A2 (en) * 2003-10-09 2005-04-13 Asm Japan K.K. Method of manufacturing silicon carbide film
RU2286616C2 (en) * 2005-02-10 2006-10-27 Фонд поддержки науки и образования Method for producing part incorporating silicon substrate whose surface is covered with silicon carbide film
RU2286617C2 (en) * 2005-02-10 2006-10-27 Фонд поддержки науки и образования Method for producing part incorporating silicon substrate whose surface is covered with silicon carbide film
RU2005124203A (en) * 2005-07-20 2007-01-27 Фонд Поддержки Науки И Образования (Ru) METHOD FOR PRODUCING A PRODUCT CONTAINING A SILICON SUBSTRATE WITH A SILICON CARBIDE FILM ON ITS SURFACE
WO2008001786A1 (en) * 2006-06-27 2008-01-03 Osaka University METHOD FOR PRODUCING SILICON CARBIDE (SiC) CRYSTAL AND SILICON CARBIDE (SiC) CRYSTAL OBTAINED BY THE SAME

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Dufor G. et al. SiC formation by reaction of Si (001) with acetylene: electronic structure and growth mode. Physical Review B. V.56, №7, 1997, pp.4266-4282. *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521142C2 (en) * 2012-09-21 2014-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "СИКЛАБ" Method of producing heteroepitaxial silicon carbide films on silicon substrate
RU2522812C1 (en) * 2013-02-18 2014-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Новые Кремневые Технологии" Method of manufacturing products, containing silicon substrate with silicon carbide film on its surface and reactor of realising thereof
WO2014126500A1 (en) * 2013-02-18 2014-08-21 Общество с ограниченной ответственностью "Новые Кремневые Технологии" Manufacture of products containing a silicon substrate having a silicon carbide film on the surface thereof
RU2578104C1 (en) * 2015-04-07 2016-03-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) Method for gas-phase carbidisation of surface of monocrystalline silicon of orientation (111), (100)
RU2715472C1 (en) * 2019-06-11 2020-02-28 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Новые технологии" Article containing a silicon base and a coating layer in the form of a nanofilm of carbon with a diamond-type crystal lattice, and a method of making said article
WO2020251398A1 (en) * 2019-06-11 2020-12-17 СВЯТЕЦ, Генадий Викторович Functional element for a semiconductor device and method for manufacturing same
DE112020002853T5 (en) 2019-06-11 2022-04-07 Genadij Viktorovich Svyatets Functional element of a semiconductor component and method for its production
RU2727557C1 (en) * 2019-12-17 2020-07-22 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр "Новые технологии" Manufacturing method of functional element of semiconductor device
RU2730402C1 (en) * 2020-02-03 2020-08-21 Общество с ограниченной ответственностью "Научно технический центр "Новые технологии" Functional element of semiconductor device
WO2021158140A1 (en) * 2020-02-03 2021-08-12 СВЯТЕЦ, Геннадий Виктрович Functional element of a semiconductor device
RU2787939C1 (en) * 2022-04-11 2023-01-13 Сергей Арсеньевич Кукушкин Functional element of a semiconductor device and method for its manufacture
RU2798440C1 (en) * 2022-06-15 2023-06-22 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт микроэлектронной аппаратуры "Прогресс" (АО "НИИМА "Прогресс") Method for relieving internal stresses in thin films of the topology of microwave microstrip boards using vacuum annealing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4694144B2 (en) Method for growing SiC single crystal and SiC single crystal grown thereby
RU2363067C1 (en) Method for manufacture of product containing siliceous substrate with silicon carbide film on its surface
US6893749B2 (en) SiC-formed material
WO2006085798A2 (en) Method for manufacturing of article comprising silicon substrate with silicon carbide film on its surface
US11680333B2 (en) Defect engineered high quality multilayer epitaxial graphene growth with thickness controllability
US12180611B2 (en) Methods of forming silicon carbide coated base substrates at multiple temperatures
WO2012086239A1 (en) Feed material for epitaxial growth of monocrystalline silicon carbide, and method for epitaxial growth of monocrystalline silicon carbide
WO2012086238A1 (en) Seed material for liquid phase epitaxial growth of monocrystalline silicon carbide, and method for liquid phase epitaxial growth of monocrystalline silicon carbide
JPH11199323A (en) Dummy wafer
KR101767295B1 (en) Seed material for liquid phase epitaxial growth of monocrystalline silicon carbide, and method for liquid phase epitaxial growth of monocrystalline silicon
RU2684128C1 (en) Article with silicon carbide coating and method for manufacturing of article with silicon carbide coating
Badzian Defect structure of synthetic diamond and related phases
RU2352019C1 (en) Method of product manufacture containing silicon substrate with film from carbide of silicon on its surface
Stammler et al. Growth of high-quality homoepitaxial diamond films by HF-CVD
RU2522812C1 (en) Method of manufacturing products, containing silicon substrate with silicon carbide film on its surface and reactor of realising thereof
RU2286617C2 (en) Method for producing part incorporating silicon substrate whose surface is covered with silicon carbide film
RU2499324C2 (en) HETEROSTRUCTURES SiC/Si AND Diamond/SiC/Si, AND ALSO METHODS OF THEIR SYNTHESIS
RU2370851C2 (en) METHOD OF SELF-ORGANISING ENDOTAXY OF MONO 3C-SiC ON Si SUBSTRATE
JP3857446B2 (en) SiC molded body
RU2777453C1 (en) Method for producing monolayer silicene
JP5707614B2 (en) Single crystal silicon carbide liquid phase epitaxial growth unit and single crystal silicon carbide liquid phase epitaxial growth method
JP5724122B2 (en) Feed material for epitaxial growth of single crystal silicon carbide and epitaxial growth method of single crystal silicon carbide
JPS6152119B2 (en)
EA040837B1 (en) METHOD FOR OBTAINING MONOLAYER SILICENE
JP5707612B2 (en) Single crystal silicon carbide liquid phase epitaxial growth unit and single crystal silicon carbide liquid phase epitaxial growth method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210123

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20211115

点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载