RU2444078C1 - Способ изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов - Google Patents
Способ изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444078C1 RU2444078C1 RU2010152766/07A RU2010152766A RU2444078C1 RU 2444078 C1 RU2444078 C1 RU 2444078C1 RU 2010152766/07 A RU2010152766/07 A RU 2010152766/07A RU 2010152766 A RU2010152766 A RU 2010152766A RU 2444078 C1 RU2444078 C1 RU 2444078C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- nanoelements
- dimensional
- columnar
- layer
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 35
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 102
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012634 fragment Substances 0.000 claims description 12
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 83
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 21
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 15
- 239000002134 carbon nanofiber Substances 0.000 description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical class C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 12
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 12
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 11
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 8
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 8
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 6
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000001127 nanoimprint lithography Methods 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 5
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 5
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001015 X-ray lithography Methods 0.000 description 1
- QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N [Co].[Ni] Chemical compound [Co].[Ni] QXZUUHYBWMWJHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002048 anodisation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 238000000609 electron-beam lithography Methods 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000002103 nanocoating Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 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
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 238000007736 thin film deposition technique Methods 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003826 uniaxial pressing Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/33—Thin- or thick-film capacitors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/005—Electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G4/00—Fixed capacitors; Processes of their manufacture
- H01G4/002—Details
- H01G4/018—Dielectrics
- H01G4/06—Solid dielectrics
- H01G4/08—Inorganic dielectrics
- H01G4/085—Vapour deposited
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
- H01L28/82—Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation
- H01L28/90—Electrodes with an enlarged surface, e.g. formed by texturisation having vertical extensions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
- H01L29/0665—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
Abstract
Изобретение относится к микроэлектронике, а более конкретно к способам изготовления многослойных нанокомпозитов для конденсаторов, в частности наноструктур металл-диэлектрик-металл (МДМ) с нанометровой толщиной слоев. В способе, включающем следующие этапы: формирование на поверхности кремниевой подложки регулярно расположенных затравочных выступов, выращивание одномерных наноэлементов, а также нанесение методом атомно-слоевого осаждения (ALD) или plasma enchanched ALD (PEALD) методом на поверхности выращенных одномерных наноэлементов и на участки поверхности подложки, не занятые упомянутыми выше наноэлементами, слоев, конформных этим поверхностям и соответствующих диэлектрической части формируемой наноструктуры и верхней обкладке для конденсатора, согласно изобретению, центры одномерных наноэлементов формируют на поверхности кремниевой подложки в виде расположенных регулярно затравочных выступов, на которых выращивают методом скользящего углового осаждения (GLAD) одномерные наноэлементы из высоколегированного кремния столбчатой формы, при этом затравочные выступы выполняют с максимальными поперечными размерами от 25 до 80 нм. Техническим результатом является повышение удельной электро- и энергоемкости, однородности распределения электрофизических параметров. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к микроэлектронике, а более конкретно к способам изготовления многослойных нанокомпозитов для конденсаторов с большой удельной энерго- и электроемкостью, в частности наноструктур металл-диэлектрик-металл (МДМ) с нанометровой толщиной слоев.
Как следует из достигнутого уровня техники, задача по созданию конденсаторов с большой удельной энерго- и электроемкостью всегда находилась в центре внимания исследователей. Однако в последнее время все большую актуальность приобретает решение этой задачи для нужд микроэлектронной техники, поскольку успехи, достигнутые в технике нанесения тонких пленок (в первую очередь метод атомно-слоевого осаждения (atomic layer deposition; далее ALD-метод)), обеспечивают возможность нанесения даже ультратонких (менее пяти нм) слоев, конформных поверхности подложки, имеющей не только плоскую (двухмерную) форму, но и трехмерную форму (иными словами, на подложку с сильно развитой площадью поверхности).
Так известен способ изготовления многослойной наноструктуры для конденсаторов, включающий нанесение в чередующейся последовательности на лицевую поверхность подложки из графитовой фольги и конформных этой поверхности диэлектрических и проводящих слоев нанометровой толщины, при этом подложку формируют одноосным прессованием терморасширенного графита с обеспечением плотности графитовой фольги от 0,27 до 1,2 г/см3 (см. В.А.Барган и др. патент RU-U1-№92568, 2010).
Этот способ позволяет на подложке из графитовой фольги, полученной по технологии, обеспечивающей большое количество открытых пор на ее поверхности (иными словами, сильно развитую площадь поверхности) сформировать слоистую структуру с нанометровой толщиной слоев для конденсатора, при этом имеющая развитую площадь лицевая поверхность подложки, которая выполняет также функцию нижней обкладки конденсатора, и расположенная эквидистантно и напротив лицевой поверхности подложки поверхность металлического слоя, выполняющего функцию другой обкладки конденсатора, имеют трехмерную форму, обеспечивающую увеличение более чем на порядок фактической площади поверхности обкладок конденсатора по сравнению с площадью, соответствующей геометрическим размерам подложки в плане. Таким образом, нанесение на поверхность с развитой площадью слоев, конформных этой поверхности, обеспечивает увеличение в той же мере площади и верхних обкладок конденсатора, что приводит к увеличению удельной емкости, а именно емкости на единицу площади подложки в плане при неизменных параметрах диэлектрических слоев структуры.
Недостатки этого способа, в первую очередь, обусловлены морфологией открытых пор на поверхности графитовой фольги, используемой для изготовления подложек. Дело в том, что обеспечивающие увеличение удельной поверхности графитовой фольги открытые поры представляют собой, в основном, распределенные случайно по поверхности графитовой фольги щели между чешуйками терморасширенного графита, имеющие различную форму, а также неодинаковые размеры. Учитывая вышесказанное, а также принимая во внимание, что при формировании наноразмерной слоистой структуры каждый слой наносится на всю поверхность подложки и конформно этой поверхности, можно сделать вывод, что удвоенная суммарная толщина формируемой на подложке слоистой структуры не должна превышать минимальной ширины пор на поверхности подложки. В противном случае в области пор небольшого размера число сформированных слоев будет меньше числа слоев в области пор большого размера. Кроме того, вследствие неупорядоченного распределения пор по поверхности графитовой фольги подложки одинакового размера, изготовленные из одной и той же заготовки из графитовой фольги, будут отличаться друг от друга не только реальной площадью их лицевой поверхности, но и соответствующим каждому из них минимальным размером пор, причем эти отличия будут тем больше, чем меньше размеры подложек. Следствием из вышесказанного являются жесткие ограничения на толщину многослойного нанокомпозита, сформированного на подложках из соответствующей графитовой фольги, а также разброс параметра емкости конденсаторов, изготовленных из полученной этим способом многослойной наноструктуры.
Известен также способ изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов, в котором предпринята попытка устранения отмеченных выше недостатков за счет существенного уменьшения разброса геометрических параметров пор в нижнем электроде (см. A.Farcy et al., заявка РСТ W02008/040706, A1). Согласно этому способу в диэлектрической подложке, преимущественно из оксида кремния, вытравливают углубление прямоугольной формы и с размерами в плане, соответствующими размерам нижней обкладки конденсатора. Затем на всю поверхность подложки конформно наносят слой барьерообразующего металла, например нитрида титана, поверх которого сначала наносят зернистый слой меди, а потом распыляют частицы кобальта или никеля, каждая из которых образует локальную область (точку) начального роста для выращивания углеродных нановолокон. Иными словами, каждая частица кобальта или никеля катализирует зародышеобразование там, где эта частица находится. Далее на слой меди наращивают покрытие из углеродных нановолокон, которые распределены по поверхности слоя меди в соответствии с расположенными на нем перед операцией наращивания каталитическими частицами кобальта (никеля) и имеют высоту, превышающую глубину упомянутого выше углубления. После этого стандартными методами напыления заполняют медью пространство между углеродными нановолокнами с обеспечением полного заполнения объема углубления, а затем удаляют с поверхности подложки ранее нанесенные слои и наращенные углеродные нановолокна с одновременным обеспечением расположения поверхности в области углубления заподлицо с поверхностью подложки. На следующем этапе формируют поры в нижнем электроде (обкладке конденсатора) путем селективного травления углеродных нановолокон до поверхности зернистого слоя меди. Далее на всю поверхность полученного пористого нижнего электрода, используя одну из разновидностей ALD-метода, а именно plasma enhanced ALD (далее PEALD-метод), последовательно наносят слои нанометровой толщины, а именно либо слой диэлектрика с высокой диэлектрической проницаемостью и слой металла, либо три слоя, образующие МДМ-структуру.
Этот способ позволяет сформировать нижний электрод (обкладку конденсатора) с порами, пронизывающими его на всю толщину, но расположенными неупорядоченно по его поверхности, поскольку используемые при осуществлении этого способа известные методы распыления обеспечивают в какой-то мере равномерное, но не регулярное распределение катализирующих частиц (кластеров) по поверхности. Кроме того, этот способ обеспечивает достаточно небольшой разброс поперечных размеров пор, но более существенный разброс по длине пор, вследствие различной криволинейности их осей, имеющих, по существу, лишь преимущественное направление от нижней поверхности электрода к его верхней поверхности. Принимая также во внимание, что максимальная площадь поверхности пористого нижнего электрода может быть достигнута путем уменьшения до предела(определяемого сохранением им механической прочности) расстояния между соседними порами, которые имеют цилиндрическую форму, параллельные оси и расположены регулярно по его лицевой поверхности, можно сделать вывод о том, что обсуждаемый способ не обеспечивает высокой удельной площади поверхности нижнего пористого электрода, с одной стороны за счет неупорядоченного расположения пор по его поверхности, а с другой стороны за счет сильно различающейся криволинейности осей пор, препятствующей уменьшению расстояния между соседними порами без их слияния.
Здесь необходимо отметить, что нижняя обкладка конденсатора с сильно развитой площадью поверхности может быть сформирована точно так же, как и верхняя обкладка конденсатора. Так известен способ изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов, включающий формирование на лицевой поверхности диэлектрической подложки, например стеклянной, слоя анодного оксида алюминия (АОА), путем электрохимического анодирования в водном электролите слоя сверхчистого алюминия, предварительно нанесенного на лицевую поверхность подложки, а также нанесение ALD-методом на пористую поверхность слоя АОА сначала нижней обкладки - слоя нитрида титана, затем слоя оксида алюминия, а затем верхней обкладки -второго слоя нитрида титана (см, Р.Banerjee et al. Nature Nanotechnology, v.4, pp.292-296, 2009).
Слои АОА обладают наноразмерной ячеисто-пористой структурой, которая характеризуется высокой степенью упорядоченности, а также расположением осей пор под одним и тем же углом к поверхности слоя. Из вышесказанного следует, что этот способ обеспечивает высокую воспроизводимость электрофизических параметров конденсаторов, изготовленных из полученных этим способом нанокомпозитов. Однако отсутствие возможности существенного изменения геометрических параметров ячеисто-пористой структуры не позволяет согласовать поперечные размеры пор и их плотность (иными словами, удельную площадь поверхности слоя АОА), с толщиной, формируемой на слое АОА слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов. Другой недостаток известного способа заключается в том, что выполнение нижней обкладки конденсатора в виде металлического слоя нанометровой толщины создает серьезные трудности при формировании соответствующего ему электрического вывода, а следовательно, приводит к увеличению стоимости конечного продукта - конденсатора.
Из уровня техники известно также альтернативное описанному выше решение задачи по увеличению удельной емкости конденсаторов, которое осуществляется тем же путем (а именно увеличением удельной поверхности нижней, базовой, обкладки конденсатора и нанесением последовательно на нее и конформных ей слоя диэлектрического материала слоя электропроводящего материала), но заключается в том, что увеличение реальной площади лицевой поверхности нижней обкладки конденсатора обеспечивается не формированием в нем открытых пор, а за счет наращивания на ее плоскую лицевую поверхность наноструктурированного покрытия в виде массива волокон (нитей) с нанометровыми поперечными размерами, при этом слой диэлектрического материала наносится конформно на поверхность упомянутых выше нановолокон и на участок лицевой поверхности нижней обкладки конденсатора, не занятые нановолокнами, а слой электропроводящего материала наносится на всю поверхность слоя из диэлектрического материала и конформно его поверхности (см. C.Y.H.Chow, R.C.Dubrov, патенты US-B1 №7295419, 2006 и №7466533, 2007).
В качестве прототипа взят способ изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов, включающий формирование на лицевой поверхности подложки из электропроводящего материала, являющейся нижней обкладкой конденсатора, множества наноразмерных поверхностных областей начального роста (центров, инициирующих образование зародышей)в виде одномерных наноэлементов из электропроводящего материала путем распыления частиц кобальта или никеля, катализирующих зародышеобразование углерода; наращивание на подложку одномерных наноэлементов в виде углеродных нановолокон; нанесение ALD или PEALD - методом на поверхность упомянутых выше нановолокон и на участки поверхности подложки, не занятые нановолокнами, и конформно этим поверхностям слоя диэлектрического материала. Затем на всю поверхность этого слоя наносят конформно этому слою слой электропроводящего материала (см. A.Farcy et аl. Заявка РСТ W0 2008/040706, A1, pp.8-12, 15-18, fig.3A-3E, 4, 6A, 7A-7G).
Этот способ позволяет сформировать на лицевой поверхности подложки (нижней обкладке конденсатора) покрытие из одномерных наноэлементов - углеродных нановолокон, которые неупорядоченно расположены на лицевой поверхности подложки и имеют преимущественно направленные вверх криволинейные оси. Однако поскольку удвоенная суммарная толщина слоистой наноструктуры, которая может быть сформирована на полученной поверхности с развитой площадью, не должна превышать минимального расстояния между соседними углеродными нановолокнами, поэтому прототип не обеспечивает полного использования пространства между углеродными нановолокнами. Следствием неэффективного использования пространства между углеродными нановолокнами является то, что прототип не обеспечивает получения поверхности подложки с такой развитой площадью, которая необходима для формирования слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов, характеризующихся одновременно высокой удельной электро- и энергоемкостью. Кроме того, неупорядоченное расположение углеродных нановолокон приводит к разбросу электрофизических параметров по поверхности подложки. Здесь необходимо отметить также, что предпринятая в прототипе попытка выпрямления осей углеродных нановолокон путем предварительного формирования на лицевой поверхности подложки вертикально расположенных стенок, делящих пространство над лицевой поверхностью подложки на изолированные друг от друга отсеки с последующим формированием в каждом отсеке поверхностных центров нуклеации, приводит к дополнительному уменьшению реальной площади поверхности подложки вследствие отсутствия углеродных нановолокон в местах размещения упомянутых выше стенок, которые после наращивания углеродных нановолокон удаляют.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению получения лицевой поверхности подложки с такой развитой площадью, которая необходима для формирования слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов, характеризующихся одновременно высокой удельной электро- и энергоемкостью, а также однородностью распределения электрофизических параметров. Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении эффективности использования пространства между одномерными наноэлементами за счет выращивания одномерных наноэлементов столбчатой формы методом скользящего углового осаждения (далее GLAD) на предварительно сформированных затравочных выступах, имеющих соответствующую высоту и размещенных не только с высокой регулярностью на лицевой поверхности подложки, но и на одинаковом расстоянии друг от друга, зависящем от закладываемой при проектировании суммарной толщины слоев, наносимых на полученную после наращивания одномерных наноэлементов столбчатой формы новую лицевую поверхность подложки.
Поставленная задача решена тем, что в способе изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов, включающем формирование на поверхности подложки, являющейся нижней обкладкой для конденсатора, центров начального роста одномерных наноэлементов, выращивание одномерных наноэлементов, а также нанесение ALD или PEALD методом на поверхности выращенных одномерных наноэлементов и на участки поверхности подложки, не занятые упомянутыми выше наноэлементами, слоев, конформных этим поверхностям и соответствующих диэлектрической части формируемой наноструктуры и верхней обкладке для конденсатора, согласно изобретению, центры начального роста одномерных наноэлементов формируют на поверхности кремниевой подложки в виде расположенных регулярно затравочных выступов, на которых выращивают методом GLAD одномерные наноэлементы из высоколегированного кремния столбчатой формы, при этом затравочные выступы выполняют с максимальными поперечными размерами от 25 до 80 нм и размещают регулярно на поверхности подложки с обеспечением размещения центра каждого затравочного выступа в соответствующей ему точке, являющемся узлом плоской сетки с ячейкам или в форме квадрата, или в форме равностороннего треугольника, а расстояние - L между центрами затравочных выступов и их высота - h удовлетворяют следующим зависимостям: L=2(W+d)+δ, h=[k(2W+δ)+d(2k-1)]ctgθ, где W - суммарная толщина слоев, наносимых на подложку после выращивания на ней одномерных наноэлементов столбчатой формы; θ - угол между коллимированным пучком испаряемого вещества и нормалью к поверхности подложки, вращаемой при выращивании одномерных наноэлементов столбчатой формы вокруг своей оси; δ - максимальный зазор между рядом расположенными столбчатыми фрагментами на поверхности готовой слоистой наноструктуры; k - геометрический параметр, равный 
и 
соответственно для плоской сетки с квадратными ячейками и ячейками в виде равностороннего треугольника.
В предпочтительном воплощении изобретения одномерные наноэлементы столбчатой формы выращивают при таком соотношении скоростей роста одномерных наноэлементов столбчатой формы и скорости вращения подложки, при котором за один оборот подложки толщина наращиваемого слоя в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, равна диффузионной длине адатома в кремнии.
В другом предпочтительном воплощении изобретения диэлектрическая часть формируемой слоистой наноструктуры выполняют двухслойной из диэлектрических материалов с различной диэлектрической проницаемостью и электрической прочностью.
В следующем предпочтительном воплощении изобретения перед нанесением слоев осуществляют дополнительное легирование поверхности подложки и расположенных на ней одномерных наноэлементов столбчатой формы диффузионным методом из газовой фазы.
Преимущество патентуемого способа, по сравнению с прототипом, заключается в том, что:
- формирование на лицевой поверхности полупроводниковой подложки затравочных выступов (с максимальными поперечными размером - d от 25 до 80 нм и высотой, зависящей в том числе и от суммарной толщины слоев, наносимых на подложку после формирования новой ее лицевой поверхности с развитой площадью), расположенных на ее лицевой поверхности регулярно, а именно с обеспечением размещения центра каждого затравочного выступа в соответствующей ему точке на лицевой поверхности подложки, являющейся узлом плоской сетки с ячейками или в форме квадрата (вариант двумерной упаковки кругов, имеющей квадратную симметрию), или в форме равностороннего треугольника (вариант двумерной упаковки кругов, имеющей гексагональную симметрию);
- использование метода GLAD для выращивания на упомянутых выше затравочных выступах с нанометровыми размерами одномерных (с длиной, по крайней мере на порядок превышающей их поперечный размер), электропроводящих наноэлементов столбчатой формы, перпендикулярных лицевой поверхности подложки и развивающих ее площадь,
обеспечивает создание на лицевой поверхности полупроводниковой подложки массива из расположенных на ней, во-первых, с высокой регулярностью одномерных наноэлементов столбчатой формы, оси которых параллельны между собой и ортогональны лицевой поверхности подложки, а во-вторых, на одинаковом расстоянии друг от друга, зависящем, по существу, только от закладываемой при проектировании суммарной толщины слоев, наносимых ALD или PEALD - методами конформно на всю полученную после выращивания наноэлементов столбчатой формы новую лицевую поверхность подложки с развитой площадью. Принимая во внимание, что метод GLAD позволяет выращивать наноэлементы столбчатой формы с длиной, превышающей 10 мкм, а также то обстоятельство, что нет принципиальных ограничений на расстояние между наноэлементами столбчатой формы, а следовательно, и на расстояние между эквидистантно расположенными обкладками для конденсатора, можно сделать вывод о том, что патентуемый способ обеспечивает (при высокой эффективности использования пространства между наноэлементами столбчатой формы) возможность одновременного увеличения удельной электро- и энергоемкости путем выполнения диэлектрической части слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов многослойной (по крайней мере двухслойной) из диэлектрических материалов с различной диэлектрической проницаемостью и электрической прочностью. Здесь необходимо отметить, что простое увеличение толщины слоя диэлектрического материала между обкладками приводит к увеличению только энергии заряженного конденсатора, емкость которого при этом уменьшается.
Таким образом, признак, касающийся использования метода GLAD для выращивания наноэлементов столбчатой формы, является необходимым, но не достаточным для обеспечения решения поставленной задачи и получения ожидаемого технического результата, поскольку этот признак только в совокупности с признаками, касающимися формирования на лицевой поверхности полупроводниковой подложки затравочных выступов с определенными геометрическими параметрами (а не поверхностных центров нуклеации, как в прототипе) обеспечивают получение поверхности подложки с такой развитой площадью, которая необходима для формирования слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов, характеризующихся одновременно высокой удельной электро- и энергоемкостью. Высокая регулярность распределения одномерных наноэлементов столбчатой формы, а также возможность увеличения толщины слоев обеспечивает однородность электрофизических параметров, в том числе за счет уменьшения относительной неравномерности толщины слоев с увеличением их толщины.
Остальные технические результаты, достигаемые при использовании патентуемого изобретения, станут ясными из дальнейшего изложения.
В дальнейшем настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения указанных выше технических результатов патентуемой совокупностью существенных признаков.
На фиг.1 схематично изображен фрагмент полупроводниковой подложки с затравочными выступами на ее лицевой поверхности, центры которых расположены в точках, соответствующих узлам плоской сетки с ячейками в форме квадрата; на фиг.2 - то же, но центры затравочных выступов расположены в точках, соответствующих узлам плоской сетки с ячейками в форме равностороннего треугольника; на фиг.3 - штамп для наноимпринт литографии, вид сбоку; на фиг.4 - слоистая наноструктура для двухобкладочных конденсаторов, в разрезе; на фиг.5 - то же, но с четырьмя слоями.
Способ изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов осуществляется следующим образом. На плоской лицевой поверхности кремниевой подложки 1, используя любой известный из уровня техники литографический метод, обеспечивающий требуемое разрешение (фотолитографию в дальнем УФ-диапазоне, рентгеновскую литографию, электронно-лучевую литографию или наноимпринт литографию), формируют расположенные регулярно затравочные выступы 2 квадратного (фиг.1), ромбического (фиг.2), круглого (на чертежах не показаны) и т.д. поперечного сечения с максимальными поперечными размерами - d от 25 до 80 нм. Здесь необходимо отметить, что признак, касающийся формы поперечного сечения затравочных выступов 2, не относится к числу существенных и поэтому форма поперечного сечения затравочных выступов 2 может быть выбрана любой исходя лишь из условия обеспечения удобств при использовании того или другого литографического метода. Так показанные на фиг.1 и 2 формы поперечных сечений затравочных выступов 2 обусловлены тем, что при формировании затравочных выступов 2 наноимпринт литографией используется штамп простейшей конструкции (фиг.3), а именно пластина 3 из диоксида кремния, на рабочей поверхности которой выполнены (с использованием одного из упомянутых выше литографических методов) прямоугольные пазы 4, расположенные параллельно друг другу и имеющие одинаковые размеры. Нужно отметить, что использование наноимпринт литографии при осуществлении патентуемого способа является предпочтительным, поскольку она характеризуется высоким разрешением, простотой, а самое главное возможностью использования подложек с большой площадью поверхности. Последнее обстоятельство позволяет за счет повышения производительности снизить стоимость конечных изделий конденсаторов, являющихся одним из широко распространенных пассивных компонент для электронной техники.
Для обеспечения максимально эффективного использования площади лицевой поверхности подложки 1 (иными словами, для обеспечения наиболее близкого друг к другу расположения столбиковых фрагментов 5 готовой слоистой наноструктуры фиг.4 и 5, затравочные выступы размещают с регулярностью, обеспечивающей плотную двумерную упаковку кругов, являющихся поперечным сечением упомянутых выше столбиковых фрагментов 5. Так при расположении центров затравочных выступов 2 в точках, являющимися узлами плоской сетки (показанной на фиг.1 штрихованными линиями) с ячейками в форме квадрата, предельно достижимая плотность двумерной упаковки, равна 78,54%. Иными словами в этом случае объем пространства, не занятого столбиковыми фрагментами 5, составляет чуть больше 20%. Уменьшить более чем в два раза эту величину можно при двумерной упаковке кругов, имеющей гексагональную симметрию (фиг.2). В этом случае центры затравочных выступов 2 размещают в точках, являющимися узлами плоской сетки с ячейками в форме равностороннего треугольника (на фиг.2 плоская сетка показана штрихованными линиями), а предельно достижимая в этом случае плотность упаковки кругов равна 90,69%.
Относительно упомянутого выше диапазона для максимального поперечного размера - d затравочных выступов 2 следует отметить, что его нижняя граница определена из условия обеспечения достаточно высокой механической прочности выращенных на затравочных выступах 2 одномерных наноэлементов 6 столбчатой формы с длиной до 10 мкм. Что касается верхней границы диапазона для d, то при d>80 нм, с одной стороны, могут иметь место дефекты типа образования двух наноэлементов 6 столбчатой формы на одном затравочном выступе 2, а с другой стороны, имеет место неоправданное увеличение площади лицевой поверхности подложки 1, занятой наноэлементами 6 столбчатой формы.
Другой геометрический параметр затравочных выступов 2, а именно их высота - h, а также расстояние - L между центрами затравочных выступов 2 определяется на этапе конструирования, исходя из требуемой (с точки зрения обеспечения высокой электро- и энергоемкости) суммарной толщины - W слоев, наносимых на подложку 1 после выращивания на ней наноэлементов 6 столбчатой формы, из следующих зависимостей: L=2(W+d)+δ, h=[k(2W+δ)+d(2k-1)]ctgθ, где δ - заложенный при проектировании допустимый максимальный зазор между рядом расположенными столбиковыми фрагментами 5 в готовой слоистой наноструктуры; θ - угол (полярный) между коллимированным пучком испаряемого вещества и нормалью к поверхности подложки 1 при выращивании на подложке 1 наноэлементов 6 столбчатой формы; k - геометрический параметр, зависящий от симметрии используемой двумерной упаковки, а именно: для квадратной симметрии 
(фиг.1), а для гексагональной симметрии 
(фиг.2).
Как уже отмечалось выше при осуществлении патентуемого способа предпочтительно использовать наноимпринт литографию (см. L.Jay Guo, Nanoimprint lithography: methods and material requirements. Advanced materials, 19, 2007 pp.495-513) при формировании затравочных выступов 2. Для этого сначала (аналогично тому, как и в других литографических методах) на предварительно подготовленную и очищенную кремниевую подложку 1 наносят слой резиста, предпочтительно полиметилметакрилата. Слой резиста наносят методом центрифугирования. Для этого на лицевую поверхность подложки 1, вращающейся с большой скоростью вокруг своей оси, наносят каплю полиметилметакрилата в вязкотекучем состоянии, которая под действием центробежных сил растекается ровным слоем по лицевой поверхности подложки 1. Затем на поверхность слоя полиметилметакрилата помещают штамп (фиг.3) с обращенной к упомянутому выше слою рабочей поверхностью с пазами 4. Ширина - t, глубина h0 пазов 4, а также расстояние - b между продольными плоскостями симметрии пазов 4 зависит от симметрии используемой двумерной упаковки. Так, для случая двумерной упаковки, имеющей квадратную симметрию (фиг.1): t=0,7d, b=L, h0=h(Vp/VSi), где Vp и VSi - соответственно скорости травления материала резиста и кремния в кислородной плазме. Для случая двумерной упаковки, имеющей гексагональную симметрию (фиг.2): t=0,5d, b=0,86L, ho=h(Vp/VSi). После этого на поверхности слоя полиметилметакрилата осуществляют формирование рельефа, который, за исключением высоты выступов, повторяет рельеф, который необходимо получить на лицевой поверхности кремниевой подложки 1. В обоих, представленных на фиг.1 и 2 случаях требуемый рельеф на поверхности слоя полиметилметакрилата формируют в два этапа. Так в случае, представленном на фиг.1, на первом этапе пазы 4 штампа располагают, например, вдоль горизонтальных штриховых линий плоской сетки с квадратными ячейками. Далее, используя метод горячего штампования (включающий нагрев и приложение нагрузки к штампу), формируют в слое полиметилметакрилата систему параллельных между собой пазов шириной (b-t) и глубиной h0, расположенных вдоль упомянутых выше горизонтальных штриховых линий. На втором этапе штамп размещают вдоль вертикальных штриховых линий плоской сетки с квадратными ячейками (иными словами, штамп поворачивают на 90° вокруг своей оси) и повторно методом горячего штампования формируют в слое полиметилметакрилата вторую систему параллельных между собой пазов, имеющих те же геометрические параметры, но расположенные перпендикулярно пазам, сформированным на первом этапе. В результате на поверхности слоя полиметилметакрилата образуется рельеф в виде регулярно расположенных выступов, имеющих квадратное поперечное сечение и высоту h0. Далее проводят травление в кислородсодержащей плазме. В процессе травления в кислородсодержащей плазме сначала вскрываются участки подложки, расположенные под системой взаимно перпендикулярных пазов (иными словами, в местах, расположенных под более тонким слоем полиметилметакрилата). Далее происходит одновременное травление выступов из полиметилметакрилата и материала подложки между этими выступами. Травление прекращают после вскрытия участков подложки 1, расположенных под выступами из полиметилметакрилата, высота h0 которых (как уже отмечалось выше) выбирается такой, чтобы за время травления выступов из полиметилметакрилата имело место травление участка подложки, расположенного между этими выступами на глубину h.
Затравочные выступы 2, имеющие ромбическую форму поперечного сечения (фиг.2), формируются в основном аналогично тому, как описано выше. Отличие состоит лишь в том, что на втором этапе штампования штамп поворачивают вокруг своей оси не на 90°, как описано выше, а на 60°.
После того как на лицевой поверхности подложки 1 сформированы затравочные выступы 2, осуществляют выращивание на них одномерных электропроводящих (предпочтительно из сильно легированного кремния, а именно с концентрацией носителей не менее 1018 см-3) наноэлементов 6 столбчатой формы. Выращивание наноэлементов 6 осуществляют методом GLAD (glancing angle deposition), который является развитием довольно известного и используемого метода углового осаждения пористых структурированных покрытий с порами, расположенными под одинаковым острым углом относительно нормали к поверхности подложки (см., например, патенты US №4874664, 1989, №4947046, 1990). Сущность метода GLAD (см. патент US-B1-№6206065, 2001) заключается в том, что подложку 1 размещают в реакционной камере с обеспечением возможности поворота и/или вращения ее с постоянной или изменяющейся по соответствующему закону скоростью вокруг оси, перпендикулярной поверхности подложки 1, а также с возможностью изменения полярного угла 9 между коллимированным пучком испаряемого вещества и нормалью к поверхности подложки 1 в диапазоне от 76° до 86°. При использовании метода GLAD имеют место различные режимные параметры: вращение подложки с той или иной постоянной или переменной скоростью, поворот подложки на фиксированный азимутальный угол с последующим, например, реверсом и т.д. Кроме того, в процессе выращивания наноэлементов возможно изменение полярного угла, а также одновременно полярного и азимутального углов. Изменяя скорость и фазу азимутального и полярного поворотов подложки 1, а также скорость роста наноэлементов можно создавать на поверхности подложки 1 массивы С-образных, S-образных, зигзагообразных, винтовых, а также столбчатых вертикальных наноэлементов.
Благодаря патентуемому формированию на лицевой поверхности кремниевой подложки центров начального роста в виде затравочных выступов позволило (за счет соответствующего выбора их высоты)существенно расширить (указанный выше и известный из уровня техники) диапазон для углов (в область его меньших значений, вплоть до 45-50°.
При выращивании наноэлементов 6 столбчатой структуры исходное давление в рабочей камере составляет 2×l0-7 Па, а при нанесении - не превышает 10-3 Па. Чистота материала кремниевой мишени - 99,9995%. Нагрев испаряемого вещества осуществляют электронно-лучевой бомбардировкой, а расстояние между источником и подложкой 1 устанавливают равным 30 см. Максимальный поперечный размер d затравочных выступов 2 квадратного сечения составляет, например, 49 нм, а расстояние между их центрами L=180 нм. Высота h затравочных выступов для θ=70° и δ=10 нм составила при указанных выше значениях d и L 78 нм. Скорость осаждения и скорость вращения подложки регулируют с помощью процессорной системы, по программе, составленной по рекомендациям, содержащимися в работе Y. - P. Zhao et al Designing Nanostructures by Glancing angle deposition. Proceedings of SPIE, vol. 5219, 2003, pp.59-73. Здесь необходимо отметить, что введение при расчетах допустимого максимального значения зазора (обусловлено тем обстоятельством, что отсутствует строгая зависимость между поперечными размерами затравочных выступов 2 и поперечными размерами выращенных на них наноэлементов 6 столбчатой формы. Существует только приближенное соотношение между упомянутыми выше поперечными сечениями, а именно 1:2. Поэтому зазор между рядом расположенными столбиковыми фрагментами 5 в готовой слоистой наноструктуре, как правило, меньше заложенного при проектировании значения δ.
После выращивания на лицевой поверхности подложки 1 расположенных с регулярностью, например (L=180 нм), определяемой квадратной симметрией, наноэлементов 6 столбчатой формы с поперечным размером D=102 нм и длиной 9 мкм осуществляют нанесение на новую лицевую поверхность с развитой площадью и конформных ей слоев из диэлектрических материалов и слоя из электропроводящего материала.
Здесь необходимо отметить, что поверхность выращенных наноэлементов 6 столбчатой формы имеет достаточно хорошо выраженную винтообразную поверхность, что обеспечивает дополнительную развитость площади лицевой поверхности подложки 1. Однако при толщинах наносимого на нее слоя из диэлектрического материала толщиной порядка 5-6 нм винтообразность поверхности наноэлементов 6 столбчатой формы приводит существенной неоднородности наносимого на нее слоя по толщине. В результате ухудшаются технико-эксплуатационные параметры слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов.
Полное исключение винтообразности боковой поверхности наноэлементов 6 столбчатой формы может быть достигнуто, если за время полного оборота подложки 1 толщина наращиваемого слоя, измеренная в направлении, перпендикулярном поверхности подложки 1, равна диффузионной длине адатома в наносимом материале (в рассматриваемом случае в кремнии).
Таким образом, на полученную (как описано выше) поверхность подложки 1 с развитой площадью можно нанести слои конформные этой поверхности и с максимальной суммарной толщиной 0,5 (L-D)=0,5(180-102)=39 нм. Следовательно, диэлектрическая часть слоистой наноструктуры для двухобкладочного конденсатора может быть выполнена двухслойной из диэлектрических материалов с различной диэлектрической проницаемостью и электрической прочностью. Это, как известно, обеспечивает одновременное повышение емкости и пробивного напряжения, а следовательно, увеличение энергоемкости. Первый слой 7 из оксида алюминия имеет толщину 18 нм и нанесен ALD-методом с использованием в чередующейся последовательности прекурсоров: триметилалюминия (CH3)з Al под давлением 7 мбар и воды под давлением 7 мбар. Второй слой 8 из диоксида титана имеет толщину 12 нм и нанесен ALD-методом с использованием в чередующейся последовательности прекурсоров: четыреххлористого титана (TiCl4) под давлением 7 мбар и воды. Третий слой 9 из нитрида титана толщиной 7 нм нанесен ALD-методом с использованием в чередующейся последовательности прекурсоров: TiCl4 и аммиака (NHз) под давлением 7 мбар. Длительность импульсов подачи прекурсоров составляет 10-20 сек. Первый слой 7 наносили при температуре в реакционной камере 270-330°C, второй слой 8 - при температуре 450-500°C, а третий слой 9 - при температуре 460-490°C.
Таким образом, полученная при использовании патентуемого способа слоистая наноструктура для двухобкладочных конденсаторов содержит одинаковые столбиковые фрагменты 5, которые с высокой регулярностью (на одинаковом, заданном при проектировании, расстоянии между их центрами, равными L=180 нм, расположены по всей площади подложки 1, при этом расстояние между центрами столбиковых фрагментов 5 зависит, по существу, от суммарной толщины слоев 7-9, выбираемой исходя из требуемых электрофизических параметров (емкости, пробивного напряжения). Что касается зазора между столбиковыми фрагментами 5, то его размер также является детерминированным параметром. В частности, при выполнении слоя 3 (являющегося верхней обкладкой) толщиной 9 нм зазор между столбиковыми фрагментами 5 будет полностью заполнен нитридом титана (фиг.5).
Из высказанного можно сделать вывод о том, что патентуемый способ обеспечивает использование пространства между одномерными наноэлементами 6 столбчатой формы с высокой эффективностью, и следовательно, обеспечивает одновременное увеличение удельной электро- и энергоемкости.
Аналогично тому, как описано выше, осуществляется изготовление слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов с расположением затравочных выступов 2 в соответствии с фиг.2. При этом, как уже отмечалось выше, эффективность использования пространства между наноэлементами 6 столбчатой формы будет в 1,15 раз больше.
На фиг.5 представлен пример выполнения слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов с МДМ-структурой, сформированной на подложке 1 после выращивания на ней одномерных наноэлементов 6 столбчатой формы. В этом случае, как в прототипе, сначала наносится дополнительный слой 10 нитрида титана, а затем на слой 10 последовательно наносятся слои 7,8 и 9. В этом случае улучшаются электрофизические параметры двухобкладочных конденсаторов, изготовленных из полученной патентуемым способом слоистой наноструктуры. Улучшение упомянутых выше электрофизических параметров может быть достигнуто также за счет дополнительного легирования поверхностного слоя подложки 1 с выращенными на ее лицевой поверхности одномерными наноэлементами 6 столбчатой формы диффузионным методом из газовой фазы.
Промышленная применимость патентуемого изобретения подтверждается также известностью материалов, используемых при его осуществлении, известностью и доступностью используемого оборудования (серийного).
Claims (4)
1. Способ изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов, включающий формирование на поверхности подложки, являющейся нижней обкладкой для конденсатора, центров начального роста одномерных наноэлементов, выращивание одномерных наноэлементов, а также нанесение методом атомно-слоевого осаждения (ALD) или plasma enchanched ALD (PEALD) методом на поверхности выращенных одномерных наноэлементов и на участки поверхности подложки, не занятые упомянутыми выше наноэлементами, слоев, конформных этим поверхностям и соответствующих диэлектрической части формируемой наноструктуры и верхней обкладке для конденсатора, отличающийся тем, что центры начального роста одномерных наноэлементов формируют на поверхности кремниевой подложки в виде расположенных регулярно затравочных выступов, на которых выращивают методом скользящего углового осаждения (GLAD) одномерные наноэлементы из высоколегированного кремния столбчатой формы, при этом затравочные выступы выполняют с максимальными поперечными размерами от 25 до 80 нм и размещают регулярно на поверхности подложки с обеспечением размещения центра каждого затравочного выступа в соответствующей ему точке, являющейся узлом плоской сетки с ячейкам или в форме квадрата, или в форме равностороннего треугольника, а расстояние - L между центрами затравочных выступов и их высота - h удовлетворяют следующим зависимостям L=2(W+d)+δ, h=[k(2W+δ)+d(2k-1)]ctgθ,
где W - суммарная толщина слоев, наносимых на подложку после выращивания на ней одномерных наноэлементов столбчатой формы;
θ - угол между коллимированным пучком испаряемого вещества и нормалью к поверхности подложки, вращаемой при выращивании одномерных наноэлементов столбчатой формы вокруг своей оси;
δ - зазор между рядом расположенными столбчатыми фрагментами на поверхности готовой слоистой наноструктуры;
k - геометрический параметр, равный
и 
соответственно для плоской сетки с квадратными ячейками и ячейками в виде равностороннего треугольника;
d - максимальный поперечный размер затравочных выступов.
где W - суммарная толщина слоев, наносимых на подложку после выращивания на ней одномерных наноэлементов столбчатой формы;
θ - угол между коллимированным пучком испаряемого вещества и нормалью к поверхности подложки, вращаемой при выращивании одномерных наноэлементов столбчатой формы вокруг своей оси;
δ - зазор между рядом расположенными столбчатыми фрагментами на поверхности готовой слоистой наноструктуры;
k - геометрический параметр, равный
d - максимальный поперечный размер затравочных выступов.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одномерные наноэлементы столбчатой формы выращивают при таком соотношении скоростей роста одномерных наноэлементов столбчатой формы и скорости вращения подложки, при котором за один оборот подложки толщина наращиваемого слоя в направлении, перпендикулярном поверхности подложки, равна диффузионной длине адатома в кремнии.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что диэлектрическую часть формируемой слоистой наноструктуры выполняют двухслойной из диэлектрических материалов с различной диэлектрической проницаемостью и электрической прочностью.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед нанесением слоев осуществляют дополнительное легирование поверхности подложки и расположенных на ней одномерных наноэлементов столбчатой формы диффузионным методом из газовой фазы.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010152766/07A RU2444078C1 (ru) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | Способ изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов |
| PCT/RU2010/000786 WO2012087179A1 (ru) | 2010-12-23 | 2010-12-24 | Способ изготовления слоистой структуры для двухобкладочных конденсаторов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010152766/07A RU2444078C1 (ru) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | Способ изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2444078C1 true RU2444078C1 (ru) | 2012-02-27 |
Family
ID=45852425
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010152766/07A RU2444078C1 (ru) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | Способ изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2444078C1 (ru) |
| WO (1) | WO2012087179A1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522940C1 (ru) * | 2013-04-19 | 2014-07-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ изготовления токоснимающей фольги и токоснимающая фольга суперконденсаторов |
| RU2533010C2 (ru) * | 2012-06-19 | 2014-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Электронные приборы и системы ". | Способ изготовления планарного конденсатора повышенной емкости |
| RU2572816C2 (ru) * | 2013-12-05 | 2016-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Химическая сборка наноматериалов" | Многослойный нанокомпозит для двухобкладочных конденсаторов и способ его изготовления |
| US11393627B2 (en) * | 2019-12-06 | 2022-07-19 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Multilayer ceramic electronic component |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU450246A1 (ru) * | 1973-01-29 | 1974-11-15 | Ордена Ленина Институт Химической Физики Ан Ссср | Способ изготовлени тонкопленочных конденсаторов |
| WO2005094440A2 (en) * | 2004-03-18 | 2005-10-13 | Nanosys Inc. | Nanofiber surface based capacitors |
| WO2008040706A1 (en) * | 2006-10-04 | 2008-04-10 | Nxp B.V. | Mim capacitor |
| RU92568U1 (ru) * | 2009-11-30 | 2010-03-20 | Василий Александрович Барган | Нанокомпозитный элемент |
-
2010
- 2010-12-23 RU RU2010152766/07A patent/RU2444078C1/ru not_active IP Right Cessation
- 2010-12-24 WO PCT/RU2010/000786 patent/WO2012087179A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU450246A1 (ru) * | 1973-01-29 | 1974-11-15 | Ордена Ленина Институт Химической Физики Ан Ссср | Способ изготовлени тонкопленочных конденсаторов |
| WO2005094440A2 (en) * | 2004-03-18 | 2005-10-13 | Nanosys Inc. | Nanofiber surface based capacitors |
| WO2008040706A1 (en) * | 2006-10-04 | 2008-04-10 | Nxp B.V. | Mim capacitor |
| RU92568U1 (ru) * | 2009-11-30 | 2010-03-20 | Василий Александрович Барган | Нанокомпозитный элемент |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2533010C2 (ru) * | 2012-06-19 | 2014-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Электронные приборы и системы ". | Способ изготовления планарного конденсатора повышенной емкости |
| RU2522940C1 (ru) * | 2013-04-19 | 2014-07-20 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ" (НИЯУ МИФИ) | Способ изготовления токоснимающей фольги и токоснимающая фольга суперконденсаторов |
| RU2572816C2 (ru) * | 2013-12-05 | 2016-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Химическая сборка наноматериалов" | Многослойный нанокомпозит для двухобкладочных конденсаторов и способ его изготовления |
| US11393627B2 (en) * | 2019-12-06 | 2022-07-19 | Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. | Multilayer ceramic electronic component |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2012087179A1 (ru) | 2012-06-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Haspert et al. | Nanoengineering strategies for metal–insulator–metal electrostatic nanocapacitors | |
| RU2444078C1 (ru) | Способ изготовления слоистой наноструктуры для двухобкладочных конденсаторов | |
| Gao et al. | Diamond-based supercapacitors: realization and properties | |
| Sanger et al. | Silicon carbide nanocauliflowers for symmetric supercapacitor devices | |
| US7466533B2 (en) | Nanofiber surface based capacitors | |
| US20110139207A1 (en) | Thermoelectric Element | |
| US10032569B2 (en) | Nanodevice arrays for electrical energy storage, capture and management and method for their formation | |
| Skinner et al. | Theory of volumetric capacitance of an electric double-layer supercapacitor | |
| RU2432634C1 (ru) | Многослойный нанокомпозит для конденсаторов и способ его изготовления | |
| Al-Haddad et al. | Dimensional dependence of the optical absorption band edge of TiO2 nanotube arrays beyond the quantum effect | |
| US10269505B2 (en) | Multi-layered graphene films, energy storage devices using multi-layered graphene films as electrodes, and methods of manufacturing multi-layered graphene films and energy storage devices | |
| Na et al. | Surface polarity shielding and hierarchical ZnO nano-architectures produced using sequential hydrothermal crystal synthesis and thin film atomic layer deposition | |
| Ku et al. | Highly ordered freestanding titanium oxide nanotube arrays using Si-containing block copolymer lithography and atomic layer deposition | |
| Mattinen et al. | Nucleation and conformality of iridium and iridium oxide thin films grown by atomic layer deposition | |
| Schindler et al. | Enhanced step coverage of TiO2 deposited on high aspect ratio surfaces by plasma-enhanced atomic layer deposition | |
| EP3593371B1 (en) | Deposited carbon film on etched silicon for on-chip supercapacitor | |
| US20090108252A1 (en) | Lateral two-terminal nanotube devices and method for their formation | |
| Flaherty et al. | Reactive ballistic deposition of nanostructured model materials for electrochemical energy conversion and storage | |
| Fominski et al. | Regulated growth of quasi-amorphous MoSx thin-film hydrogen evolution catalysts by pulsed laser deposition of Mo in reactive H2S gas | |
| CN103098160A (zh) | 用于赝电容能量存储的纳米结构电极 | |
| Han et al. | High K nanophase zinc oxide on biomimetic silicon nanotip array as supercapacitors | |
| US20130170097A1 (en) | Yttria-stabilized zirconia based capacitor | |
| Fiorentino et al. | Impact of the atomic layer deposition precursors diffusion on solid-state carbon nanotube based supercapacitors performances | |
| TWI767026B (zh) | 用於製造電容元件和其他裝置之使用表面積放大的基板及其製造方法 | |
| Wang et al. | Two-dimensional Titania: Structures and properties predicted by first principle calculation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121224 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140127 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141224 |