RU2439743C1

RU2439743C1 - Method for obtaining porous silicon dioxide

Info

Publication number: RU2439743C1
Application number: RU2010118778/28A
Authority: RU
Inventors: Сергей Петрович Усов (RU); Сергей Петрович Усов; Юрий Владимирович Сахаров (RU); Юрий Владимирович Сахаров; Павел Ефимович Троян (RU); Павел Ефимович Троян
Priority date: 2010-05-11
Filing date: 2010-05-11
Publication date: 2012-01-10
Also published as: RU2010118778A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: in method for obtaining porous film of silicon dioxide of nanometric thickness the film of silicon dioxide is modified with carbon by adding graphite discs to silicon target during magnetron diffusion; formation of pores is performed during execution of chemical reaction of carbon with oxygen on the substrate at the stage of formation of dielectric film. Invention provides obtaining of porous layers of silicon dioxide with various pore concentration.

EFFECT: formed film has high adsorption capacity, which allows using it in gas sensors.

3 dwg

Description

Изобретение относится к технологии получения полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве твердотельных газовых датчиков паров углеводородов.The invention relates to a technology for producing semiconductor devices and can be used in the manufacture of solid state gas sensors for hydrocarbon vapors.

Известен способ (см. [1]), заключающийся в гидролизе тетраэтоксисилана в среде этанола в присутствии 0,01-0,1 М водного раствора гексафторсиликата аммония с последующей сушкой MB излучением мощностью 300-1000 Вт. Изобретение позволяет получать пористый диоксид кремния с разной удельной площадью поверхности 400-1000 м²/г за 15-60 мин. Полученный порошок обладает достаточной прочностью к истиранию, допускающей его использование в 5-10 аналитических циклах. Пористый диоксид кремния широко используется в аналитической практике для концентрирования, разделения и определения различных неорганических и органических веществ.A known method (see [1]), which consists in the hydrolysis of tetraethoxysilane in ethanol in the presence of 0.01-0.1 M aqueous solution of ammonium hexafluorosilicate with subsequent drying of MB radiation with a power of 300-1000 watts. The invention allows to obtain porous silicon dioxide with different specific surface areas of 400-1000 m ² / g for 15-60 minutes The resulting powder has sufficient abrasion resistance, allowing its use in 5-10 analytical cycles. Porous silicon dioxide is widely used in analytical practice for the concentration, separation and determination of various inorganic and organic substances.

Недостатком данного способа является то, что он неприменим для получения тонких модифицированных слоев, используемых в полупроводниковых устройствах.The disadvantage of this method is that it is not applicable to obtain thin modified layers used in semiconductor devices.

Так же известен способ получения модифицированных слоев диоксида кремния в изотермических условиях в присутствии паров органических соединений, содержащих аминогруппы (ближайший аналог, см. [2]). Слои могут быть сформированы и модифицированы одновременно при температуре 120-200°С, общем давлении 0,5-1 мм рт.ст. и газовой смеси, содержащей моносилан и кислород в соотношении концентраций от 1 до 0,4, при парциальном давлении моносилана 0,3-0,7 мм рт.ст. Другой вариант получения модифицированных слоев диоксида кремния заключается в том, что слои формируют из газовой фазы, содержащей моносилан и кислород в соотношении концентраций от 0,6 до 0,4, при парциальном давлении моносилана 0,5-0,7 мм рт.ст. при температуре 70-120°С и общем давлении 0,8-1 мм рт.ст., а модификацию проводят путем отжига при температуре 150-200°С в присутствии паров органических соединений.Also known is a method of producing modified layers of silicon dioxide under isothermal conditions in the presence of vapors of organic compounds containing amino groups (the closest analogue, see [2]). The layers can be formed and modified simultaneously at a temperature of 120-200 ° C, a total pressure of 0.5-1 mm Hg and a gas mixture containing monosilane and oxygen in a ratio of concentrations from 1 to 0.4, with a partial pressure of monosilane of 0.3-0.7 mm Hg Another option for obtaining modified layers of silicon dioxide is that the layers are formed from the gas phase containing monosilane and oxygen in a ratio of concentrations from 0.6 to 0.4, with a partial pressure of monosilane of 0.5-0.7 mm Hg at a temperature of 70-120 ° C and a total pressure of 0.8-1 mm Hg, and the modification is carried out by annealing at a temperature of 150-200 ° C in the presence of vapors of organic compounds.

Недостатком данного способа является невозможность его использования в датчиках газообразных углеводородов.The disadvantage of this method is the impossibility of its use in sensors of gaseous hydrocarbons.

Цель предлагаемого изобретения состоит в получении пористых слоев диоксида кремния (SiO₂) с различной концентрацией пор.The aim of the invention is to obtain porous layers of silicon dioxide (SiO ₂ ) with different pore concentrations.

Поставленная цель достигается путем магнетронного распыления комбинированной мишени Si+C с соотношением площадей, занимаемых на мишени кремния графитом от 80/20 до 20/80 в смеси газов Аr+O₂. Формирование пор объясняется протеканием химических реакций углерода с кислородом на подложке на стадии формирования диэлектрической пленки:This goal is achieved by magnetron sputtering of a combined Si + C target with a ratio of the areas occupied by a graphite silicon target from 80/20 to 20/80 in a gas mixture Ar + O ₂ . The formation of pores is explained by chemical reactions of carbon with oxygen on the substrate at the stage of formation of the dielectric film:

С+О₂=СО₂↑C + O ₂ = CO ₂ ↑

2С+О₂=2СО↑.2C + O ₂ = 2CO ↑.

Вследствие протекания указанных реакций газовая компонента покидает пленку SiO₂, разрыхляя ее и формируя в ней сквозные поры и поры с газовыми включениями. При этом количество и размер газосодержащих пор определяется значением S_c.Due to the occurrence of these reactions, the gas component leaves the SiO ₂ film, loosening it and forming through it pores and pores with gas inclusions. The number and size of gas-containing pores is determined by the value of S _c .

Существо изобретения поясняется чертежами. На Фиг.1 изображена схема магнетрона с комбинированной мишенью Si+C. Распылительная система состоит из магнетрона 2 с кремниевой мишенью, в область распыления 3 мишени помещены графитовые диски 1.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a diagram of a magnetron with a combined target Si + C. The spray system consists of a magnetron 2 with a silicon target, graphite disks 1 are placed in the sputtering region 3 of the target.

Пример конкретной реализации способаAn example of a specific implementation of the method

В вакуумную камеру помещается кремневая подложка, на которую наносится тонкая пористая нанопленка диоксида кремния методом магнетронного распыления комбинированной мишени (Фиг.1) в атмосфере аргона и кислорода, при давлении в вакуумной камере (6÷4)×10^-3 мм рт.ст. Скорость напыления составляет 15 нм/мин, расстояние от мишени до подложки 35 мм. Толщина пленки - 70 нм, процентное содержание углерода в первом случае Sc=30%, во втором Sc=70%. Для определения поверхностного рельефа и количественных параметров легированного диэлектрика использовался метод атомно-силовой микроскопии и электронный растровый микроскоп. Концентрация пор при Sc=30% составила 1250000 шт/см² (Фиг.2), при Sc=70% составила 2500000 шт/см² (Фиг.3).A silicon substrate is placed in the vacuum chamber, onto which a thin porous silicon dioxide nanofilm is deposited by the method of magnetron sputtering of a combined target (Figure 1) in an atmosphere of argon and oxygen, at a pressure in the vacuum chamber (6 ÷ 4) × 10 ^-3 mm Hg The deposition rate is 15 nm / min; the distance from the target to the substrate is 35 mm. The film thickness is 70 nm, the percentage of carbon in the first case Sc = 30%, in the second Sc = 70%. To determine the surface relief and quantitative parameters of the doped dielectric, the atomic force microscopy and electron scanning microscope were used. The pore concentration at Sc = 30% was 1250000 pcs / cm ² (Figure 2), at Sc = 70% it was 2500000 pcs / cm ² (Figure 3).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Моросанова Е.И., Великородный А.А., Кузьмин Н.М., Золотов Ю.А. Способ получения пористого диоксида кремния. Патент РФ №2139244, кл. МПК С01В 33/12.1. Morosanova E.I., Velikorodny A.A., Kuzmin N.M., Zolotov Yu.A. A method of obtaining a porous silicon dioxide. RF patent No. 2139244, cl. IPC С01В 33/12.

2. Репинский С.М., Васильева Л.Л., Ненашева Л.А., Дульцев Ф.Н. Способ получения модифицированных слоев диоксида кремния (варианты). Патент РФ №2077751, кл. МПК 6 H01L 21/316.2. Repinsky S. M., Vasiliev L. L., Nenasheva L. A., Dultsev F. N. A method of obtaining modified layers of silicon dioxide (options). RF patent No. 2077751, cl. IPC 6 H01L 21/316.

Claims

A method of obtaining a porous film of silicon dioxide of nanometer thickness, characterized in that it is formed by magnetron sputtering of a combined Si + C target with a ratio of the areas occupied on a silicon target by graphite from 80/20 to 20/80 in a mixture of Ar + O ₂ gases in the ratio 1/10 when the pressure in the vacuum chamber (6 ÷ 4) · 10 ^-3 mm RT.article