Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumcarbid
(SiC)-Filmen aus Organosilicium-Verbindungen unter Verwendung eines chemischen
Dampfabscheidungsverfahrens; und spezieller ein Verfahren zur Herstellung von
Siliciumcarbid-Filmen aus Organosilicium-Verbindungen mit linear gebundenen alternierenden
Silicium- und Kohlenstoffatomen unter Verwendung des chemischen
Dampfabscheidungsverfahrens.
Hintergrund der Erfindung
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Siliciumcarbide sind auf Grund ihrer einzigartigen und nützlichen Eigenschaften in
breitem Umfang für verschiedene Zwecke verwendet worden, z. B. abriebbeständige oder
wärmebeständige Überzüge, und man fand, daß sie besonders bei der Herstellung von
elektrischen und elektronischen Komponenten, Photodetektoren, Hochtemperatur- und
Hochleistungsvorrichtungen, Hochfrequenzschaltungen und Licht emittierenden Dioden
nützlich sind.
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Siliciumcarbide werden, obwohl sie als hoch polymorph angesehen werden, im
allgemeinen in amorphe, α- und β-Formen eingeteilt. Die amorphen Siliciumcarbide werden
häufig bei der Herstellung von wärmebeständigen oder abriebbeständigen Beschichtungen
verwendet. Die α-Siliciumcarbide schließen mehrere polymorphe Formen mit hexagonaler
oder rhomboedrischer Kristallstruktur ein. Unter diesen zeigt insbesondere 6H-SiC eine breite
Bandlücke, z. B. 2,9 eV, und wird demgemäß in breitem Umfang bei der Herstellung von
blaues Licht emittierenden Dioden sowie UV-Detektoren, elektronischen
Hochtemperaturvorrichtungen, gegen Radioaktivität beständigen Komponenten,
Hochleistungsvorrichtungen und Hochfrequenzschaltungen verwendet. Das β-Siliciumcarbid, 3C-SiC, mit
einer kubischen Kristallstruktur wird auf ähnliche Weise in verschiedenen elektronischen
Systemen verwendet (siehe Application Notes and Catalogs, Cree Research, Inc.).
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Herkömmlich werden Siliciumcarbid-Filme unter Verwendung des sogenannten
chemischen Dampfabscheidungs(CVD)-Verfahrens aus einer Silicium-haltigen Verbindung
[z. B. Siliciumtetrachlorid (SiCl&sub4;), Trichlorsilan (SiHCl&sub3;) oder Silan (SiH&sub4;)] und einer
Kohlenstoffhaltigen Verbindung [z. B. Methan (CH&sub4;), Propan (C&sub3;H&sub6;) oder Benzol (C&sub6;H&sub6;)] zusammen oder
einer einzigen Verbindung, die sowohl Silicium- als auch Kohlenstoffatome enthält (z. B. ein
Chloralkylsilan oder Alkylsilan) hergestellt. Die meisten dieser Verfahren benötigen eine sehr
hohe Abscheidungstemperatur, z. B. oberhalb von 1200ºC (C. E. Morosanu, Thin Films by
Chemical Vapor Deposition, Elsevier (1990); H. Matsunami, Diamond Relat. Mater. 2, 1043-
1050 (1993)).
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Jedoch weisen die Verfahren zur Herstellung der Siliciumcarbid-Filme unter
Verwendung von zwei oder mehr Ausgangsverbindungen bei einer hohen
Abscheidungstemperatur einige inhärente Mängel auf. Beispielsweise kann auf Grund der hohen
Abscheidungstemperatur nur eine beschränkte Anzahl von Materialien, die der hohen
Temperatur standhalten können, als Substrat in dem Abscheidungsverfahren verwendet
werden. Weiter ist es, um zwei oder mehr Ausgangsverbindungen zu verwenden, notwendig,
die jeweiligen Mengen der Ausgangsmaterialien präzise zu steuern, um die genaue
Zusammensetzung zu erzielen, wodurch die Verwendung einer ziemlich komplizierten
Apparatur erforderlich ist.
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Das CVD-Verfahren ist in breitem Umfang verwendet worden, um die Oberfläche
eines bestimmten Zielobjekts oder Substrats mit speziellen Ausgangsmaterialien zu
überziehen. Dieses Verfahren umfaßt das Verdampfen der Ausgangsverbindungen und das
Einwirken des Dampfes auf das Substrat, das bei einer geeigneten Temperatur gehalten
wird, um die Abscheidung der Ausgangsverbindungen auf der Oberfläche des Substrats zu
verursachen, wodurch darauf ein Film gebildet wird. Für das Erwärmen des Substrats kann
eine Widerstands-, Hochfrequenz-, Infrarot- oder Elektronenstrahl-Heizung verwendet
werden.
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Zusätzlich zu dem oben beschriebenen herkömmlichen thermischen CVD-Verfahren
schließen die Arten von CVD-Verfahren ein Photo-CVD-Verfahren, in welchem
Ausgangsverbindungen durch Licht aktiviert werden und dann auf der Oberfläche eines
Substrats abgeschieden werden; eine Plasma-CVD-Technik, in welcher die
Ausgangsverbindungen in Form eines Plasmas aktiviert werden, wodurch die Abscheidung derselben
auf dem Substrat beschleunigt wird; und eine Laser-CVD-Vorgehensweise ein, in welcher die
Ausgangsverbindungen durch einen Laserstrahl zersetzt oder aktiviert werden (CVD
Handbook, Bando Publishing Co., 1993).
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Das US-Patent Nr. 4,923,716 offenbart die Herstellung eines Siliciumcarbid-Filmes
unter Verwendung einer Ausgangsverbindung, die sowohl Kohlenstoff- als auch
Siliciumatome enthält, z. B. 1,2-Bissilylethan (H&sub3;SiCH&sub2;CH&sub2;SiH&sub3;), bei einer hohen Temperatur im
Bereich von 1100 bis 1400ºC. Ähnlich wurde ein Verfahren zur Herstellung eines
Siliciumcarbid-Filmes unter Verwendung von 1,3-Disilacyclobutan [(SiH&sub2;CH&sub2;)&sub2;] mitgeteilt (D. J. Larkin
und L. V. Interrante, Chem. Mater. 4, 22-24 (1992)). Trotz der Verbesserung, die in diesen
Verfahren vorgenommen wurde, ist jedoch immer noch eine hohe Temperatur für das
Abscheidungsverfahren erforderlich.
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Die US-A-5053255 offenbart ein thermisches CVD-Verfahren zur Abscheidung von
Siliciumcarbid-artigen Filmen unter Verwendung von Di-t-butylsilan. Das Verfahren wird bei
etwa 400 bis 1100ºC und etwa 13,3-133 Pa durchgeführt. Die Abscheidung kann auf
verschiedenen Substraten, einschließlich Silicium-Wafern, durchgeführt werden. Silaalkan-
Verbindungen mit zwei oder drei Siliciumatomen werden in dieser Druckschrift nicht erwähnt
oder vorgeschlagen.
Zusammenfassung der Erfindung
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Demgemäß ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
Herstellung eines Siliciumcarbid-Filmes durch ein chemisches Dampfabscheidungsverfahren
bereitzustellen, welches bei einer niedrigeren Temperatur unter Verwendung einer linearen
Silaalkan-Verbindung mit alternierenden Kohlenstoff- und Siliciumatomen allein oder in
Mischung von zwei oder mehr derartiger Silaalkan-Verbindungen als Quelle für die Silicium-
und Kohlenstoffatome durchgeführt wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein chemisches
Dampfabscheidungsverfahren zur Herstellung eines Siliciumcarbid-Filmes bereitgestellt, welches umfaßt, daß
man mindestens eine lineare Silaalkan-Verbindung mit alternierenden Kohlenstoff- und
Siliciumatomen verdampft, den Dampf der linearen Silaalkan-Verbindung in ein
Vakuumsystem einführt und ein Substrat dem Dampf aussetzt, um den Siliciumcarbid-Film auf der
Oberfläche des Substrats zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Silaalkan-
Verbindung zwei oder drei Siliciumatome enthält, worin mindestens eines aus Wasserstoff,
Methyl, Ethyl und Propyl an jedes der zwei oder drei Siliciumatome und an den einen bzw.
die zwei Kohlenstoffatome zwischen denselben gebunden ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 zeigt eine Apparatur zur Herstellung von Siliciumcarbid-Filmen aus
Organosilicium-Verbindungen durch das chemische Dampfabscheidungsverfahren gemäß der
vorliegenden Erfindung.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Lineare Silaalkan-Verbindungen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können, umfassen drei oder zwei Siliciumatome. Im Fall der Verbindungen, die zwei
Siliciumatome enthalten, z. B. 1,3-Disilabutan (H&sub3;SiCH&sub2;SiH&sub2;CH&sub3;), ist mindestens eines aus
Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl vorzugsweise an jedes der zwei Siliciumatome und an
das Kohlenstoffatom zwischen denselben gebunden. Was die Verbindungen betrifft, die drei
Siliciumatome enthalten, z. B. 1,3,5-Trisilapentan (H&sub3;SiCH&sub2;SiH&sub2;CH&sub2;SiH&sub3;), 2,4,6-Trisilaheptan
(H&sub3;CSiH&sub2;CH&sub2;SiH&sub2;CH&sub2;SiH&sub2;CH&sub3;) und 2,6-Dimethyl-2,4,6-trisilaheptan [H&sub3;CSiH(CH&sub3;)CH&sub2;-
SiH&sub2;CH&sub2;SiH(CH&sub3;)CH&sub3;], ist mindestens eines aus Wasserstoff, Methyl, Ethyl und Propyl
vorzugsweise an jedes der drei Siliciumatome und an die zwei Kohlenstoffatome zwischen
denselben gebunden. Wenn irgendeine dieser Verbindungen verwendet wird, findet selbst
bei einer Temperatur von weniger als 1000ºC die Dampfabscheidung von Siliciumcarbid auf
der Oberfläche des Substrats statt, und insbesondere wird im Fall der Verwendung von 1,3-
Disilabutan (H&sub3;SiCH&sub2;SiH&sub2;CH&sub3;) ein amorphes Siliciumcarbid-Film selbst bei - einer beträchtlich
niedrigeren Temperatur im Bereich von 600 bis 650ºC abgeschieden; und bei einer
Temperatur im Bereich von 750 bis 800ºC kann ein β-Siliciumcarbid-Film erhalten werden.
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Zusätzlich können im Fall der Verwendung von Dimethylisopropylsilan Filme von
amorphen α- oder β-Siliciumcarbiden in ähnlichen Temperaturbereichen wie denjenigen, in
denen das 1,3-Disilabutan verwendet wird, gebildet werden. Auch bei der Verwendung von
Trisilaalkanen, die drei Siliciumatome enthalten, z. B. 1,3,5-Trisilapentan, 2,4,6-Trisilaheptan
oder 2,6-Dimethyl-2,4,6-trisilaheptan, werden β-Siliciumcarbid-Filme bei einer Temperatur von
1000ºC oder weniger gebildet, und insbesondere im Fall von 2,4,6-Trisilaheptan werden auch
α-Siliciumcarbid-Filme bei einer ähnlichen Temperatur erhalten. Demgemäß weisen diese
Verbindungen den unerwarteten Vorteil auf, daß Siliciumcarbid-Filme verschiedener Arten bei
einer niedrigen Temperatur gebildet werden können und daß sie weiter leicht zu handhaben
sind, da sie alle in der flüssigen Phase vorliegen.
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Da weiter 1,3-Disilabutan Silicium- und Kohlenstoffatome im Verhältnis 1 : 1 enthält,
wobei lediglich Wasserstoffatome als Heteroatome im Molekül vorliegen und demgemäß
keine Verunreinigung freigesetzt wird, wird es besonders als Quellenverbindung für Silicium-
und Kohlenstoffatomen bevorzugt.
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Andererseits kann es im Fall von 1,3,5-Trisilapentan und 2,4,6-Trisilaheptan schwierig
sein, einen Siliciumcarbid-Film herzustellen, der Kohlenstoff- und Siliciumatome im Verhältnis
1 : 1 enthält, wenn man diese Verbindungen allein verwendet, da die erstgenannte 2 : 3
Kohlenstoff : Silicium enthält und die letztgenannte 4 : 3 Kohlenstoff : Silicium enthält. Wenn
jedoch diese Verbindungen in einer Mischung mit einem Molverhältnis 1 : 1 verwendet werden,
kann dieses Problem gelöst werden. Da weiter 2,4,6-Trisilaheptan und 2,6-Dimethyl-2,4,6-
trisilaheptan mehr Kohlenstoffatome als Silicium enthalten, ist es etwas schwierig, gute
Siliciumcarbid-Filme aus diesen Verbindungen herzustellen. In diesem Fall können unter
Verwendung der Ausgangsverbindungen zusammen mit Wasserstoff als Trägergas
überschüssige Kohlenstoffatome in Form von Methan entfernt werden, wodurch sich ein
guter Siliciumcarbid-Film bildet. Im Fall von Dimethylisopropylsilan können Siliciumcarbid-
Filme leicht ohne die Verwendung von Wasserstoff-Trägergas hergestellt werden.
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Die Silaalkan-Verbindungen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden
können, können beispielsweise wie folgt synthetisiert werden.
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Dimethylisopropylsilan (zum Vergleich): Diese Verbindung ist ein flüssiges Material mit
einem Molekulargewicht von 102,25, einer Dichte von 0,724 g/ml, einem Siedepunkt von 66
bis 67ºC, einem Gefrierpunkt von -30ºC und einem relativ hohen Dampfdruck bei
Raumtemperatur. Vorteilhafterweise ist es im Handel erhältlich und relativ preiswert. Weiter kann
Dimethylisopropylsilan durch Umsetzung von Chlordimethylisopropylsilan, das einen etwa
dreimal niedrigeren Preis als Dimethylisopropylsilan aufweist, mit Lithiumaluminiumhydrid
oder Natriumhydrid synthetisiert werden.
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1,3-Disilabutan: Ein Organochlorsilan, das durch die folgende Formel (1) dargestellt
wird, wird mit metallischem Silicium und Chlorwasserstoff unter Verwendung von Kupfer als
Katalysator und Cadmium als Cokatalysator umgesetzt, um ein durch die Formel (2)
dargestelltes Chlordisilaalkan bereitzustellen:
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worin:
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R¹ und R² unabhängig Chlor oder Methyl sind und
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R³ Wasserstoff oder Chlor ist.
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Danach wird das resultierende Chlordisilaalkan mit einem Metallhydrid, z. B.
Lithiumaluminiumhydrid, reduziert, um ein durch die Formel (3) dargestelltes Disilaalkan zu ergeben:
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worin:
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R¹ und R² unabhängig Wasserstoff oder Methyl sind. Wenn in der Formel (3) sowohl R¹ als
auch R² Wasserstoff sind, ist das Produkt 1,3-Disilabutan (siehe koreanische
Patentanmeldung Nr. 92-4705).
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1,3,5-Trisilapentan, 2,4,6-Trisilaheptan und 2,6-Dimethyl-2,4,6-trisilaheptan: Ein α-
Chlormethylsilan, das durch die folgende Formel (4) dargestellt wird, wird direkt mit
metallischem Silicum umgesetzt, um ein chloriertes Trisilaalkan zu bilden, das durch die
Formel (5) dargestellt wird (siehe I. N. Jung et al., Bull. Korean Chem. Soc. 12, 445-449
(1991)):
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worin:
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R1', R2' und R3' unabhängig Wasserstoff, Methyl, Ethyl oder Propyl sind.
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Die Reduktion der durch die Formel (5) dargestellten Verbindung erzeugt ein
hydriertes Trisilaalkan.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Siliciumcarbid auf der Oberfläche eines
Substrats abgeschieden, indem man irgendeine der oben beschriebenen linearen Silaalkan-
Verbindungen verwendet, um einen chemischen Dampf derselben bei einem Druck im
Bereich von 25 bis 55 Pa und einer Temperatur im Bereich von 600 bis 1000ºC zu erzeugen.
Bei einer Temperatur oberhalb von 750ºC kann die Silaalkan-Verbindung auf der Oberfläche
eines Substrats, wie Si(100), Kohlenstoffstahl, Graphit oder Siliciumcarbid (einkristallin oder
polykristallin) abgeschieden werden, um einen β-Siliciumcarbid-Film zu ergeben. Bei einer
Temperatur im Bereich von 600 bis 650ºC wird ein amorpher Siliciumcarbid-Film gebildet, und
das Tempern des Filmes bei einer Temperatur von 750ºC oder mehr, indem man
beispielsweise eine Widerstandsheizung verwendet, kann einen β-Siliciumcarbid-Film
erzeugen. Auch wird, wenn 1,3-Disilabutan auf der Oberfläche eines Si(111)-Substrats bei
einer Temperatur von 750ºC oder mehr abgeschieden wird, ein epitaktisches Wachstum
eines β-Siliciumcarbid-Filmes auf dem Substrat beobachtet. Insbesondere wird im Fall der
Verwendung von Dimethylisopropylsilan ein α-Siliciumcarbid-Film auf der Oberfläche von
Si(100) bei 950ºC gebildet.
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Andererseits kann im Fall eines Trisilaalkans, z. B. 1,3,5-Trisilapentan,
2,4,6-Trisilaheptan oder 2,6-Dimethyl-2,4,6-trisilaheptan, unter Verwendung einer dieser Verbindungen
oder einer Mischung von zwei oder mehr mit oder ohne Trägergas auf der Oberfläche von
Silicium (einkristallin oder polykristallin), Kohlenstoffstahl, Graphit oder Siliciumcarbid
(einkristallin oder polykristallin) ein β-Siliciumcarbid-Film erhalten werden. In dem Fall, in dem
2,4,6-Trisilaalkan verwendet wird, wird ein α-Siliciumcarbid-Film bei einer Temperatur von
950ºC oder höher erhalten.
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Das Trägergas, das in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, kann
Wasserstoff, Argon oder ein Gasgemisch aus Wasserstoff und Argon, beispielsweise im
Verhältnis 4 : 1, einschließen. Die Menge des Trägergases, die verwendet werden kann, liegt
im Bereich von 1 bis 15 Scm³ (sccm) im Fall von Wasserstoff, von 5 bis 30 Scm³ im Fall von
Argon und von 5 bis 50 Scm³ im Fall einer 4 : 1-Mischung von Wasserstoff und Argon.
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Weiter kann unter Verwendung eines Hochfrequenz-Heizverfahrens
Dimethylisopropylsilan oder 1,3-Disilabutan bei einem Druck im Bereich von 25 bis 55 Pa und bei einer
Temperatur von etwa 680ºC auch auf Graphit, Siliciumcarbid (polykristallin und einkristallin)
oder Wolframcarbid abgeschieden werden, um einen amorphen Siliciumcarbid-Film zu bilden.
Weiter kann das Substrat mit Methan-, Ethan-, Propan- oder Butangas, das mit Wasserstoff
auf eine Konzentration im Bereich von 0,1 bis 0,5% verdünnt ist, 5 bis 25 Minuten bei einer
Temperatur im Bereich von 750 bis 1200ºC vorbehandelt werden, um auf der Oberfläche des
Substrats einen carbonisierten Film zu bilden, wodurch das Auftreten von Rissen in dem
resultierenden Siliciumcarbid-Film verhindert wird.
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Ebenfalls kann, um eine Sauerstoffschicht, die auf der Oberfläche eines Substrats
gebildet sein kann, zu entfernen, das Substrat vor der Abscheidung der
Ausgangsverbindungen mit 25 bis 100 Scm³ Wasserstoff bei einer Temperatur im Bereich von 870 bis
970ºC vorbehandelt werden.
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Die Organosilicium-Verbindungen, die verwendet werden, um die Siliciumcarbid-Filme
der vorliegenden Erfindung herzustellen, sind besonders bevorzugt, da sie nicht-toxische
Flüssigkeiten, leicht zu handhaben und geeignet sind, auf Grund ihrer hohen Dampfdrücke
die chemische Dampfabscheidung durchzuführen, und da ihre funktionellen Gruppen leicht
durch thermische Zersetzung selbst bei einer relativ niedrigen Temperatur entfernt werden,
wodurch deren Einbau in die resultierenden Siliciumcarbid-Filme verhindert wird und Filme
mit einer gewünschten Zusammensetzung gebildet werden.
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Die folgenden Beispiele sollen die vorliegende Erfindung spezieller erläutern, ohne
den Bereich der Erfindung zu beschränken.
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In den Beispielen wird die Apparatur, die für die chemische Dampfabscheidung
verwendet wird, durch geeignete Verbindung von Pyrex- und Quarzrohren zusammengestellt
und umfaßt einen Gluckertopf, einen Reaktor, eine Falle mit flüssigem Stickstoff und eine
Vakuumpumpe als Hauptteile (siehe Fig. 1). Die Gluckertopf-Zusammenstellung ist eine
Kombination von zwei Pyrex-O-Ring-Verbindungen und drei Hähnen. Der untere Teil des
Gluckertopfes ist ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 2,4 cm und einer Länge von 7
cm, das etwa 10 ml einer flüssigen Probe liefern kann. Beim Öffnen des Hahns A (1)
diffundiert der Dampf der flüssigen Probe in den Reaktor. Beim Öffnen des Hahns B (2) kann
das Trägergas durch den Gluckertopf hindurch in den Reaktor eingespeist werden. Der Hahn
C (3) wird verwendet, um die Reaktorzusammenstellung zu spülen. Der obere Teil des
Reaktors, der durch eine O-Ring-Verbindung (4) an ein Ende des Gluckertopfes
angeschlossen ist, ist eine abgestufte Einschmelzung (5), die aus Kimax-Glas und Quarz
besteht. Der Kern des Reaktors ist ein Quarzrohr, das mit einer abgestuften Einschmeizung
(6) von Quarz zu Kimax verbunden ist, deren Ende an eine größere Pyrex-O-Ring-
Verbindung (7) angeschweißt ist. An den unteren Teil dieser Verbindung sind zwei Glas-
Metall-Übergangsrohre (8) und zwei Thermoelement-Leitungen (9) angeschweißt. Das
Substrat (10) für die Abscheidung ist auf einem Stück einer Nichromplatte (11) durch ein Paar
Kupferhalterungen (12) angeordnet, welche am oberen Ende von zwei dicken Kupferstäben
(13) mittels Schrauben aus rostfreiem Stahl fixiert sind und durch Widerstandsheizen der
Nichromplatte erhitzt werden. Der Strom für die Heizung wurde durch die zwei Glas-Metall-
Übergangsrohre zugeführt, an welchen die unteren Enden der zwei Kupferstäbe
angeschweißt waren. Die Temperatur des Substrats wurde mittels eines Chromel-Alumel-
Thermoelements (14) oder eines optischen Pyrometers gemessen, und der Druck im
Reaktionssystem wurde mittels eines Convectron-Meßinstrumentes gemessen, welches
zwischen dem Pyrex-Rohr, das mit dem unteren Teil des Reaktors verbunden war, und der
Falle mit flüssigem Stickstoff angeordnet war. Die Falle mit flüssigem Stickstoff ist an eine
Öldiffusionspumpe und eine Drehschieberpumpe angeschlossen, aus welcher Gas und
Dampf durch einen Abzug nach außen abgelassen werden. Der Dampf, der die Falle mit
flüssigem Stickstoff erreicht, ohne im Reaktor abgeschieden zu werden, wird in der Falle
gesammelt, und falls damit kein anderes Nebenprodukt in derselben gefangen ist, kann der
gesammelte Dampf in das Reaktionssystem zurückgeführt werden.
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In dem chemischen Dampfabscheidungsverfahren sind alle flüssigen Proben in dem
Gluckertopf enthalten und werden bei Raumtemperatur ohne Erwärmen verwendet.
Beispiel 1 (zum Vergleich)
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2 ml Dimethylisopropylsilan wurden verdampft und 4 bis 6 Stunden unter Verwendung
der oben erwähnten Apparatur zur chemischen Dampfabscheidung auf der Oberfläche von
Si(100) bei 650ºC und bei einem Druck im Bereich von 25 bis 55 Pa abgeschieden, um einen
amorphen Siliciumcarbid-Film zu bilden. Der resultierende Film wurde etwa 1 Stunde bei
750ºC getempert, was einen β-Siliciumcarbid-Film ergab, wie durch
Röntgenstrahlbeugungsmuster bestätigt. Das Verhältnis von Silicium : Kohlenstoff, das den Siliciumcarbid-
Film aufbaute und durch Röntgenstrahl-Photoelektronenspektroskopie gemessen wurde,
betrug 1 : 1 innerhalb des experimentellen Fehlers. Jedoch zeigte die Überprüfung des Filmes
mittels Rasterelektronenmikroskopie, daß die Oberfläche des Siliciumcarbid-Filmes nicht
zusammenhängend, sondern beträchtlich rissig war.
Beispiel 2
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Ein Siliciumcarbid-Film wurde auf der Oberfläche von Si(100) durch Wiederholen des
in Beispiel 1 (zum Vergleich) beschriebenen Verfahrens abgeschieden, außer der
Verwendung von 1,3-Disilabutan als Vorläufer für die Abscheidung. Der resultierende Film
besaß ähnliche Eigenschaften wie diejenigen des Filmes, der in Beispiel 1 hergestellt worden
war, und ein β-Siliciumcarbid-Film aus demselben wurde erhalten, indem man den
resultierenden Film bei 750ºC temperte oder die Abscheidungstemperatur auf 750-800ºC
erhöhte.
Beispiel 3
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Ein Siliciumcarbid-Film wurde auf der Oberfläche von Si(100) durch Wiederholen der
in Beispiel 1 (zum Vergleich) beschriebenen Verfahren abgeschieden, außer der
Verwendung von 2,6-Dimethyl-2,4,6-trisilaheptan als Vorläufer. Bei einer Temperatur von
700ºC oder darunter wurde ein amorpher Siliciumcarbid-Film erzeugt. Dieser Film wurde bei
einer Temperatur von 750ºC oder mehr unter Verwendung von Wasserstoff oder einer 4 : 1-
Mischung von Wasserstoff und Argon getempert, um einen β-Siliciumcarbid-Film zu bilden.
Beispiel 4
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Die in Beispiel 1 (zum Vergleich) beschriebenen Verfahren wurden wiederholt, außer
der Verwendung von 2,4,6-Trisilaheptan als Vorläufer für die Abscheidung. In diesem Fall
wurde ein β-Siliciumcarbid-Film nur bei der relativ hohen Temperatur von 920ºC oder mehr
gebildet. Weiter wurde bei 950ºC oder mehr mit einem Wasserstoff-Trägergas ein α-
Siliciumcarbid-Film gebildet.
Beispiel 5
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In diesem Beispiel wurde die Oberfläche eines Si(100)-Substrats carbonisiert, um die
Entwicklung von Rissen auf der Oberfläche des resultierenden Siliciumcarbid-Filmes zu
verhindern. Dieses Verfahren wird als Carbonisierung oder Carburisierung bezeichnet.
Nachdem man 25 bis 100 Scm³ Wasserstoff während 5 bis 25 Minuten auf das Si(100)-
Substrat hat einströmen lassen, welches mittels Widerstandsheizung bei einer Temperatur im
Bereich von 870 bis 970ºC gehalten wurde, wurde die Temperatur des Substrats auf 1000 bis
1200ºC erhöht, und man ließ Methan oder Propan, das mit Wasserstoff bei einer
Konzentration im Bereich von 0,1 bis 0,5% verdünnt war, 5 bis 25 Minuten auf das Substrat
strömen, um einen carbonisierten Film auf der Oberfläche des Substrats zu bilden, wie es
durch Röntgenstrahl-Photoelektronenspektroskopie bestätigt wurde. Das carbonisierte
Si(100)-Substrat behielt seine Spiegeloberfläche, erschien aber auf Grund des verringerten
Glanzes dunkel. Die Abscheidung eines Siliciumcarbid-Filmes wurde durchgeführt, indem
man das carbonisierte Substrat auf 900ºC erwärmte und eine 1 : 1-Mischung von 1,3,5-
Trisilapentan und 2,4,6-Trisilaheptan verwendete.
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Der oben hergestellte Siliciumcarbid-Film wies die gleiche Zusammensetzung und
Phase auf wie diejenigen der Filme, die in den Beispielen 1 (zum Vergleich) und 2 hergestellt
worden waren, und es wurden keine Risse in der Oberfläche des Filmes beobachtet. Bei
einer Temperatur von weniger als 900ºC wurde kein β-Siliciumcarbid-Film gebildet.
Beispiel 6
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2 ml 2,6-Dimethyl-2,4,6-trisilaheptan wurden verdampft und 4 bis 6 Stunden auf einem
carbonisierten Si(100)-Substrat bei 950ºC abgeschieden. Da diese Verbindung Silicium- und
Kohlenstoffatome im Verhältnis von 3 : 6 enthält, was wahrscheinlich zu der Herstellung eines
Filmes führt, der mehr Kohlenstoffatome als Siliciumatome umfaßt, wurde die Abscheidung
durchgeführt, indem man Wasserstoff als Trägergas verwendete. Der resultierende Film
enthielt ein 1 : 1-Verhältnis von Silicium und Kohlenstoff, und es wurde, wie durch
Röntgenstrahlbeugungsmuster bestätigt, ein β-Siliciumcarbid-Film gebildet.
Beispiel 7
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Die in Beispiel 6 beschriebenen Verfahren wurden wiederholt, außer der Verwendung
von 1,3-Disilabutan bei 850ºC. Der resultierende Film enthielt ein 1 : 1-Verhältnis von
Kohlenstoff und Silicium, und die Filmoberfläche war ohne Risse. Das
Röntgenstrahlbeugungsmuster desselben zeigte eine verringerte Zahl von charakteristischen
Siliciumcarbid-Peaks; jedoch wurde in epitaktisches Wachstum von Siliciumcarbid nicht
erreicht. Weiter war es schwierig, die Grenze zwischen dem Film und dem Substrat aus dem
Rasterelektronen-mikroskopischen Bild des Querschnittes davon zu identifizieren. Dies kann
durch eine anfängliche Bildung von Carbid auf der Oberfläche des Substrats während der
Carbonisierung verursacht sein.
Beispiel 8 (zum Vergleich)
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2 ml Dimethylisopropylsilan wurden verdampft und bei 970 bis 1000ºC auf einem
Si(100)-Substrat abgeschieden, welches mit Wasserstoff 15 Minuten bei 970ºC vorbehandelt
und 5 Minuten bei 1190ºC carbonisiert worden war. Der resultierende Film wies ein 1 : 1 -
Verhältnis von Silicium und Kohlenstoff auf, und sein Röntgenstrahlbeugungsmuster zeigte,
daß ein β-Siliciumcarbid-Film gebildet war. Jedoch wurde bei einer Temperatur von 950ºC
oder weniger die Bildung eines α-Siliciumcarbid-Filmes beobachtet.
Beispiel 9
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Unter Verwendung von 2 ml 2,4,6-Trisilaheptan wurde ein Siliciumcarbid-Film bei 920
bis 970ºC auf einem Si(100)-Substrat abgeschieden, das wie in Beispiel 8 (zum Vergleich)
behandelt worden war. Der resultierende Film wies etwa ein 1 : 1-Verhältnis von Silicium und
Kohlenstoff auf. Das Röntgenstrahlbeugungsmuster zeigte, daß nur ein α-Siliciumcarbid-Film
gebildet worden war, unabhängig von der Abscheidungstemperatur. Dies zeigt an, daß α-
Siliciumcarbid-Filme auf einem carbonisierten Si(100)-Substrat ohne Verwendung von
Wasserstoff als Trägergas gebildet werden können.
Beispiel 10
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2 ml 1,3-Disilabutan wurden verdampft und 4 bis 6 Stunden bei verschiedenen
Temperaturen im Bereich von 650 bis 900ºC auf einem Si(111)-Substrat abgeschieden. Als
Ergebnis wurde bei 750ºC oder darunter ein amorpher Film auf dem nicht-carbonisierten
Si(111)-Substrat gebildet, und ein β-Phasen-Film wurde darauf bei einer Temperatur von
mehr als 750ºC gebildet. Im Fall der Verwendung eines Si(111)-Substrats, das 5 Minuten bei
1160ºC carbonisiert worden war, wurde offensichtlich wie in Beispiel 7 bei 900ºC ein β-
Phasen-Film gebildet. Das Röntgenstrahlbeugungsmuster desselben zeigte nur SiC(111)-
Peaks, was nahelegt, daß ein epitaktisches Wachstum von Siliciumcarbid erreicht wurde.
Beispiel 11
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Ein Quarzrohr wurde mit einer Graphit-Platte von 3 cm · 3 cm · 1 cm beschickt,
welche häufig als Empfänger in dem chemischen Dampfabscheidungsverfahren verwendet
wird, und mit einer Hochfrequenz von 58 kHz und 800 W auf etwa 700ºC erwärmt. Zu diesem
Rohr ließ man den Dampf von 1,3-Disilabutan strömen, um auf dem Graphit-Substrat einen
Siliciumcarbid-Film abzuscheiden. Durch das Röntgenstrahlbeugungsmuster wurde bestätigt,
daß der resultierende Film amorph war und etwa ein 1 : 1-Verhältnis von Kohlenstoff und
Silicium enthielt.
Beispiel 12 (zum Vergleich)
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Eine Wolframcarbid-Platte von 1,2 cm · 1,2 cm · 0,3 cm wurde auf den Graphit-
Empfänger gegeben und mit einer Hochfrequenz von 58 kHz und 700 W so erwärmt, daß die
Temperatur bei 680ºC gehalten wurde. Auf dieses ließ man den Dampf von
Dimethylisopropylsilan strömen, um einen Siliciumcarbid-Film auf dem Wolframcarbid-Substrat
abzuscheiden. Es wurde durch das Röntgenstrahlbeugungsmuster bestätigt, daß der
resultierende Film amorph war und ein etwa 1 : 1-Verhältnis von Kohlenstoff und Silicium
enthielt.
Beispiel 13
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Eine Platte aus gesintertem Siliciumcarbid von 1,2 cm · 1,2 cm · 0,1 cm wurde auf
den Graphit-Empfänger gelegt und mit einer Hochfrequenz von 58 kHz und 700 W so erhitzt,
daß die Temperatur bei 680ºC gehalten wurde. Auf dieses ließ man Dampf von
Dimethylisopropylsilan strömen, um einen Siliciumcarbid-Film abzuscheiden. Durch das
Röntgenstrahlbeugungsmuster wurde bestätigt, daß der resultierende Film amorph war und
etwa ein 1 : 1-Verhältnis von Kohlenstoff und Silicium enthielt.
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Wie oben beschrieben können gemäß der vorliegenden Erfindung Siliciumcarbid-
Filme aus Organosilicium-Verbindungen allein, die sowohl Kohlenstoff als auch Silicium
enthalten, mittels eines chemischen Dampfabscheidungsverfahrens bei niedrigen
Temperaturen hergestellt werden.
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Während die Erfindung in Verbindung mit den obigen speziellen Ausführungsformen
beschrieben worden ist, sollte anerkannt werden, daß verschiedene Abwandlungen und
Änderungen innerhalb des Bereiches der Erfindung, wie er durch die folgenden Ansprüche
definiert wird, gemacht werden können.