CN103695875A - 一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的化学组合物 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的化学组合物，其特征在于：包括以下重量百分数的组分：氟硅酸或氟硅酸盐类化合物0.1-25％，氨基酸类化合物0.1-15%，铵类化合物0.05-15％，表面活性剂0.001-0.05％，余量为水。该辅助化学组合物制备工艺简单、成本低廉、使用方便、重复性好，将该辅助化学组合物应用于在硅片表面生成氧化硅，制得的硅片整面色泽均匀，硅片表面氧化膜分布均匀，该组合物特别适用于光伏、电子行业，可以大大降低氧化硅在衬底表面生长所需要的温度，大大降低生产成本。

Description

一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的化学组合物

技术领域

本发明属于材料领域，特别涉及一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的化学组合物；更具体地，本发明涉及一种用于在低温情况下能加速氧化硅生长在衬底表面上的辅助化学组合物。

背景技术

二氧化硅薄膜具有硬度高、耐磨性好、绝热性好、光透过率高、抗侵蚀能力强以及良好的介电性质。现有技术中，通过制备方法、工艺的开发和不同组分配比对二氧化硅薄膜的影响研究制备具有优良性能的透明二氧化硅薄膜的工作已经取得了很大进展。氧化硅薄膜在诸多领域得到了很好的应用，如用于电子器件和集成器件、光学薄膜器件等相关器件中。

在工业应用领域，可用不同的方法使无机材料生长在工业衬底表面上。然而，现有的方法或者生产成本很高，或者应用工艺相当复杂，因此难以广泛应用。

化学蒸气沉积法(CVD)在衬底表面上生长无机薄膜是电子工业中应用最多的一种方法。该方法要求衬底表面的温度足够高，从而使得微小物质碎片在衬底表面自由迁移，这些碎片在表面移动直到它们发现热力学稳定的粘伏位置。因此，CVD法要求使用高温、挥发性化合物以及低压力，从而使工艺设备昂贵、工艺过程复杂，且可造成环境危害。

溶胶-凝胶是在衬底表面生成无机材料的另一种方法。该方法将溶胶凝胶前体化合物溶解在溶液中，加入其他试剂（通常为水或乙酸）反应，得凝胶；再将凝胶必须是旋涂到基材上，从而形成薄膜或涂层。因为大多数溶胶凝胶包括纳米颗粒或纳米颗粒簇，具有显著的有机含量，因此必须进行额外的热处理或化学处理。由此可见，尽管溶胶凝胶是一种低温方法，然而其包括多个步骤，工艺复杂。

液相淀积（LPD）是一种较新的在衬底表面生成无机材料方法。美国专利（US2505629，US5073408,US5132140）公开在30-50℃下在液体中在硅片表面上生长二氧化硅的方法，其利用氟硅酸和水反应生成氢氟酸和二氧化硅的原理在衬底表面生成二氧化硅。然而，该方法生成氧化硅的速度非常缓慢，大约为每小时8纳米左右，很难在工业上推广应用。

为了提高氧化硅的生长速度，大多研究者将反应液中增加硼酸、金属化合物或其他添加剂，但是大多情况下生长出的二氧化硅在衬底表面上分布不够均匀。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的辅助化学组合物。

技术方案：本发明提供的一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的化学组合物，其特征在于：包括以下重量百分数的组分：氟硅酸或氟硅酸盐类化合物0.1-25％，氨基酸类化合物0-15%，铵类化合物0.05-15％，表面活性剂0.001-0.05％，余量为水。

作为优选，所述化学组合物包括以下重量百分数的组分：氟硅酸或氟硅酸盐类化合物2-10％，氨基酸类化合物0.1-15%，铵类化合物0.5-15％，表面活性剂0.001-0.05％，余量为水。

作为另一种优选，所述化学组合物包括以下重量百分数的组分：氟硅酸或氟硅酸盐类化合物5-8％，氨基酸类化合物4-8%，铵类化合物2-10％，表面活性剂0.02-0.04％，余量为水。

作为另一种优选，所述氟硅酸或氟硅酸盐类化合物选自氟硅酸和氟硅酸铵中的一种或两种。

作为另一种优选，所述氨基酸类化合物选自甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、赖氨酸、精氨酸和组氨酸中的一种或两种。

作为另一种优选，所述铵类化合物选自氢氧化铵、二甲基乙基-2-羟乙基氢氧化铵、氟化铵、三甲基-3-羟丁基氢氧化铵、三甲基-3-羟丙基氢氧化铵、三丁基2-羟基乙基氢氧化铵和氟化四甲基铵、氢氧化铵和EDTA-二铵盐中的一种或几种。

作为另一种优选，所述表面活性剂选自

FS-10、

FS-30、

FS-31、

FS-50、

FS-81、

FS-83、1157、

1157D、

1157N、

1430、

1440、

1460、

FS-3100、Dehypon^TM O054、FC-17、FC-23、FC-170、FC-171、FC-430、FC-431、FC-2000、FC-3000、FC-5000、FC-6000、

17R2、

17R4、

25R2、

25R4、

31R1和

10R5中的一种或几种。

有益效果：本发明提供的辅助化学组合物制备工艺简单、成本低廉、使用方便、重复性好，将该辅助化学组合物应用于在硅片表面生成氧化硅，制得的硅片整面色泽均匀，硅片表面氧化膜分布均匀，该组合物特别适用于光伏、电子行业，可以大大降低氧化硅在衬底表面生长所需要的温度，大大降低生产成本。

附图说明

图1为本发明用于加速氧化硅生长在衬底表面的设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明中，二氧化硅或氧化硅均被理解为包括含有硅和氧，也可包括但不限于氟和氢。

实施例1

配制辅助化学组合物：

组合物1：氟硅酸8份，甘氨酸8份，二甲基乙基-2-羟乙基氢氧化铵4份，

17R2 0.01份，余量为水；

组合物2：氟硅酸铵5份，氢氧化铵5份，FC-23 0.01份，余量为水；

组合物3：氟硅酸铵8份，丝氨酸2份，三甲基-3-羟丁基氢氧化铵7份，CapstoneFS-10 0.001份，余量为水

组合物4：氟硅酸铵2份，天冬氨酸4份，氢氧化铵3份，

FS-30 0.01份，

1157D 0.01份，余量为水；

组合物5：氟硅酸铵2份，苏氨酸2份，谷氨酰胺2份、氢氧化铵3份，EDTA-二铵盐1份，

FS-31 0.01份，1440 0.02份，

25R2 0.01份，FC-17 0.01份，余量为水；

组合物6：氟硅酸5份，氟硅酸铵10份，赖氨酸6份，氟化铵10份，FC-3000 0.005份、FC-431 0.005份、FC-5000 0.01份、FC-6000 0.005份、

31R1 0.01份、

10R5 0.005份；

组合物7：氟硅酸铵25份，精氨酸0.1份，三甲基-3-羟丙基氢氧化铵15份，

FS-83 0.005份、

FS-3100 0.02份、FC-2000 0.005份、

组合物8：氟硅酸0.1份，组氨酸15份，氟化四甲基铵0.5份，1157 0.005份、

1460 0.005份、Dehypon^TMO054 0.005份、

1157N 0.005份、FC-430 0.005份、

组合物9：氟硅酸铵10份，三丁基2-羟基乙基氢氧化铵0.05份，

FS-810.01份、FC-171 0.005份、

1430 0.005份、

25R4 0.005份、

组合物10：氟硅酸铵2份，天冬氨酸4份，氢氧化铵2份，

FS-50 0.005份、

17R4 0.005份、FC-170 0.005份。

其制备方法为：将所述组分混匀，即得。

实施例2

用于加速氧化硅生长在衬底表面的设备，见图1，包括物料罐1、辅料罐2、流量调节阀3和反应槽4，所述物料罐1和辅料罐2分别和流量调节阀3连接，所述流量调节阀3与反应槽4连接。

将反应物料置于物料罐1中，将本发明提供的组合物置于辅料罐2中，将衬底置于反应槽4内，反应物料和本发明提供的组合物通过流量调节阀3混合后，通入反应槽4内，从而使氧化硅在衬底表面快速生长。

本发明组合物用于加速氧化硅生长在衬底表面，包括以下步骤：

1．将衬底基片7进行化学预处理，使其激活能快速生长氧化硅膜；

预处理方法采用二次激活法：

a.首次激活：将衬底基片5置于体积比为（0.5-1）：（0.5-1）：（4-6）的氨水、双氧水和去离子水的混合溶液中，于50-80℃浸泡3-6min；去离子水冲洗干净，吹干；

b.二次激活：将经首次激活的衬底基片5置于体积比为（0.5-1）：（0.5-1）：（4-6）的盐酸、双氧水和去离子水的混合溶液中，于50-80℃浸泡3-6min；去离子水冲洗干净，吹干；盐酸的重量浓度为5%-10%；

2．反应物料和本发明提供的组合物通过流量调节阀3混合后，通入反应槽4内；将经预处理的衬底基片5置于反应槽4中；

3．调节反应槽4中的混合溶液的温度在25-55℃反应1-10min；即得厚度为50-200nm的氧化硅。

将实施例1中的组合物1至10制备包括氧化硅薄膜的衬底，条件及结果见表1。

表1组合物1至10制备包括氧化硅薄膜的衬底条件及结果

本发明的实施例可应用在各个领域,其中一个例子是应用在半导体芯片的介电层。在当前的芯片技术中硅氧化物（诸如SiO₂）被用作栅极介电层和器件间的绝缘层中存在。

另一广泛应用是光伏硅电池的减反射层氧化硅层。目前，大多数半导体芯片和光伏硅电池的减反射层都是通过CVD制备。然而，本发明的实施例可以认为是实现为生长氧化硅薄膜而提供一个更便宜，更简单的方法。

上面的讨论、描述和简图是实施本发明的基本原则。其它的变化和修改将变得显而易见，对于本领域的技术一旦上述发明公开将会被完全理解。权利要求中的顺序叙述并不旨在要求的步骤是每按顺序完成的，或者说，每一个步骤与另一步骤并不需要按一定的顺序进行。

Claims (6)

1.一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的化学组合物，其特征在于：包括以下重量百分数的组分：氟硅酸或氟硅酸盐类化合物0.1-25％，氨基酸类化合物0-15%，铵类化合物0.05-15％，表面活性剂0.001-0.05％，余量为水。

2.根据权利要求1所述的一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的化学组合物，其特征在于：包括以下重量百分数的组分：氟硅酸或氟硅酸盐类化合物2-10％，氨基酸类化合物0.1-15%，铵类化合物0.5-15％，表面活性剂0.001-0.05％，余量为水。

3.根据权利要求1所述的一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的化学组合物，其特征在于：所述氟硅酸或氟硅酸盐类化合物选自氟硅酸和氟硅酸铵中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的化学组合物，其特征在于：所述氨基酸类化合物选自甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、天冬氨酸、谷氨酰胺、赖氨酸、精氨酸和组氨酸中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的化学组合物，其特征在于：所述铵类化合物选自氢氧化铵、二甲基乙基-2-羟乙基氢氧化铵、氟化铵、三甲基-3-羟丁基氢氧化铵、三甲基-3-羟丙基氢氧化铵、三丁基2-羟基乙基氢氧化铵和氟化四甲基铵、氢氧化铵和EDTA-二铵盐中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种用于加速氧化硅生长在衬底表面上的化学组合物，其特征在于：所述表面活性剂选自FS-10、

FS-30、

FS-31、

FS-50、

FS-81、

FS-83、

1157、

1157D、

1157N、

1430、

1440、

1460、

FS-3100、Dehypon^TMO054、FC-17、FC-23、FC-170、FC-171、FC-430、FC-431、FC-2000、FC-3000、FC-5000、FC-6000、

17R2、

17R4、

25R2、25R4、

31R1和

10R5中的一种或几种。

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