RU2117081C1

RU2117081C1 - Method of preparing regular silicon filamentary crystals

Info

Publication number: RU2117081C1
Application number: RU96110939A
Authority: RU
Inventors: А.А. Щетинин; В.А. Небольсин; А.И. Дунаев; Е.Е. Попова; П.Ю. Болдырев
Original assignee: Воронежский государственный технический университет
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: semiconductor technics. SUBSTANCE: layer of metal at least 400

Description

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых материалов, предназначено для выращивания регулярных систем нитевидных кристаллов (НК) кремния методом газотранспортных химических реакций в проточной системе. The invention relates to a technology for producing semiconductor materials, is intended for growing regular systems of whiskers (NK) of silicon by the method of gas transport chemical reactions in a flow system.

В настоящее время известны способы выращивания регулярных НК кремния. Например, известен способ, в котором инициирующая примесь наносится посредством напыления металла на поверхность кремниевой пластины через маску-трафарет [1] . Данный способ позволяет получать кристаллы диаметром 1 - 5 мкм, однако при этом существуют значительные трудности осуществления данного способа, если речь идет о кристаллах с малыми размерами (менее 5 мкм). Для того, чтобы из одной частицы металла получить одну каплю расплава, необходимо обеспечить соотношение толщина-диаметр для напыляемого островка не менее чем 0,02 - 0,05 (в зависимости от типа металла). Это значит, что для того, чтобы получить кристалл диаметром 1 мкм, отверстие в маске должно быть не более. 5 мкм, а осаждаемая пленка толщиной около 0,1 мкм. Currently known methods of growing regular silicon nanocrystals. For example, a method is known in which an initiating impurity is deposited by spraying a metal onto the surface of a silicon wafer through a stencil mask [1]. This method allows to obtain crystals with a diameter of 1 to 5 μm, however, there are significant difficulties in implementing this method, if we are talking about crystals with small sizes (less than 5 microns). In order to get one drop of melt from one metal particle, it is necessary to provide a thickness-diameter ratio for the sprayed island of at least 0.02 - 0.05 (depending on the type of metal). This means that in order to get a crystal with a diameter of 1 μm, the hole in the mask should be no more. 5 μm, and the deposited film is about 0.1 μm thick.

Однако современная технология производства масок не позволяет получить систему идентичных отверстий диаметром меньше, чем толщина исходной металлической пленки. However, modern technology for the production of masks does not allow to obtain a system of identical holes with a diameter less than the thickness of the original metal film.

Для получения регулярной системы НК с кристаллами диаметром более 5 мкм необходимо осаждать пленку толщиной 2 - 10 мкм. В этом случае сплошная пленка металла осаждается и в отверстия, и на маску. В процессе удаления маски пленка хаотически разрывается, образуя частицы металла разной величины и геометрии. Это приводит к тому, что из одной капли могут вырасти несколько кристаллов, не имеющих определенной ориентации, или имеющих разный диаметр. To obtain a regular NC system with crystals with a diameter of more than 5 μm, it is necessary to deposit a film with a thickness of 2 - 10 μm. In this case, a continuous film of metal is deposited both in the holes and on the mask. In the process of mask removal, the film breaks randomly, forming metal particles of different sizes and geometries. This leads to the fact that several crystals that do not have a specific orientation or have different diameters can grow from one drop.

Кроме того, реализация этого метода связана с использованием дорогостоящего оборудования, а также требуется большой расход драгметаллов в процессе нанесения пленки. In addition, the implementation of this method involves the use of expensive equipment, and also requires a large consumption of precious metals in the process of applying the film.

Наиболее близким к изобретению является способ выращивания регулярных систем НК, представленный в работе [2]. Отличие этого способа состоит в том, что металл инициирующей примеси наносится электрохимическим осаждением из раствора электролита. Closest to the invention is a method of growing regular NK systems, presented in [2]. The difference of this method is that the metal of the initiating impurity is deposited by electrochemical deposition from an electrolyte solution.

Недостатком этого способа является неравномерность осаждения островков металла инициирующей примеси на поверхность ростовой пластины, так как электролиз идет на вскрытых от окисла участках кремния, который является катодом. Однако поверхность кремния в окнах неоднородна, имеет разнообразные центры кристаллизации и в процессе электролиза может окисляться. Все это сказывается на качестве и воспроизводимости гальванического покрытия. Неравномерность осаждения металла приводит к существенному разбросу геометрических размеров НК, функционально связанных с количеством металла в "окнах". Маскирование поверхности пластины слоем окисла требует подбора специальных режимов сплавления металла с подложкой в процессе выращивания НК, чтобы металл не подплавлялся под слоем SiO₂.The disadvantage of this method is the uneven deposition of islands of the metal of the initiating impurity on the surface of the growth plate, since electrolysis is carried out on the silicon areas exposed to the oxide, which is the cathode. However, the silicon surface in the windows is heterogeneous, has various crystallization centers and can be oxidized during electrolysis. All this affects the quality and reproducibility of the plating. The uneven deposition of metal leads to a significant scatter in the geometric dimensions of nanocrystals, functionally related to the amount of metal in the "windows". Masking the wafer surface with an oxide layer requires the selection of special modes of alloying the metal with the substrate during the growth of nanocrystals, so that the metal does not melt under the SiO ₂ layer.

Задача изобретения - повышение воспроизводимости геометрических размеров и упрощение технологии получения регулярных систем НК кремния. The objective of the invention is to increase the reproducibility of geometric dimensions and simplify the technology for producing regular silicon NC systems.

Это достигается тем, что перед нанесением инициирующей примеси посредством электрохимического осаждения островков металла на кремниевую пластину напыляют слой металла толщиной не менее 400

, а маскирование поверхности пластины осуществляют фоторезистом, при этом отпадает необходимость применения операций нанесения и фотогравировки слоя SiO₂.This is achieved by the fact that before applying the initiating impurity by electrochemical deposition of metal islands on a silicon wafer, a metal layer with a thickness of at least 400

and masking of the surface of the plate is carried out by a photoresist, while there is no need to apply the operations of applying and photo-engraving the SiO ₂ layer.

Для выращивания регулярных НК на монокристаллическую поверхность пластины кремния напыляют тонкую пленку металла, выбираемого с учетом применимости его для выращивания нитевидных кристаллов. Затем на пленку наносят слой фоторезиста, в котором с помощью фотолитографии гравируют "окна" необходимого размера. В "окнах" электрохимически осаждают металл инициирующей примеси. Таким образом на пленочной основе, являющейся электродом, выращивают столбики металла с заданным отношением высоты к диаметру для формирования в каждом "окне" единственной капли при сплавлении. Затем подготовленную таким образом пластину помещают в кварцевый реактор, продуваемый водородом, и нагревают до температуры роста. В течение нескольких минут в атмосфере водорода проводится сплавление частиц металла с подложкой. Затем в газовую фазу подают питающий материал и производится выращивание кристаллов. Толщина металлического подслоя порядка 400 и более ангстрем определяется тем, что при этих толщинах пленку металла можно считать сплошной. При меньшей толщине пленка имеет сетчатую структуру. To grow regular nanocrystals, a thin film of metal is sprayed onto a single-crystal surface of a silicon wafer, which is selected taking into account its applicability for growing whiskers. Then a layer of photoresist is applied to the film, in which "windows" of the required size are engraved using photolithography. In the "windows", the metal of the initiating impurity is precipitated electrochemically. Thus, on a film basis, which is an electrode, metal columns are grown with a given ratio of height to diameter to form a single drop in each "window" during fusion. Then prepared in this way, the plate is placed in a quartz reactor, purged with hydrogen, and heated to a growth temperature. Within a few minutes, in a hydrogen atmosphere, metal particles are fused to a substrate. Then, the feeding material is fed into the gas phase and crystals are grown. The thickness of the metal sublayer of the order of 400 or more angstroms is determined by the fact that at these thicknesses the metal film can be considered continuous. With a smaller thickness, the film has a mesh structure.

Использование разработанного способа позволяет ближе подойти к решению проблемы разбаланса параметров и взаимозаменяемости датчиков различного функционального назначения на основе нитевидных кристаллов кремния. Реализация данного способа проста в технологическом исполнении. Все технологические операции базируются на соответствующих процессах, широко распространенных в микроэлектронике, и легко могут быть освоены в промышленном производстве изделий электронной техники. Using the developed method allows you to come closer to solving the problem of imbalance of parameters and interchangeability of sensors for various functional purposes based on whiskers of silicon. The implementation of this method is simple in technological design. All technological operations are based on the corresponding processes that are widespread in microelectronics, and can easily be mastered in the industrial production of electronic products.

Claims

A method of producing regular whisker silicon crystals, including masking the surface of a silicon growth plate with subsequent application of an initiating impurity to it by electrochemical deposition of metal islands from an electrolyte solution, characterized in that a metal layer with a thickness of at least 400

and masking the surface is carried out by a photoresist.