Método para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio, método para producir un material inorgánico base, agente para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio, y dispositivo semiconductor.

Un método para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio,

que comprende formar unrevestimiento que comprende un copolímero organohidrogenosiloxano-hidrogenosiloxano representado por lafórmula de la unidad de siloxano (1):

(HRSiO2/2 )n(HSiO3/2)m (1)

(en la fórmula, R es un grupo hidrocarbilo monovalente seleccionado del grupo que consiste en un grupo alquilo deC1-10 y un grupo arilo de C6-10, n es un número con un valor medio de 0,01 ≤ n ≤ 0,80, y n+m ≥ 1) sobre la superficiede un material inorgánico base; y a continuación calentar el material inorgánico base revestido a una altatemperatura en un gas inerte o un gas inerte que contenga gas oxígeno (gas oxígeno menos que 20% en volumen)para convertir el revestimiento en un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio.

Método para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio, método para producir un material inorgánico base, agente para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio, y dispositivo semiconductor

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio, a un método para producir un material inorgánico base que tiene sobre la superficie un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio, a un agente para formar un revestimiento que pueda convertirse en un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio, y a un dispositivo semiconductor en el cual al menos se forma una capa de semiconductor sobre un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio sobre un material inorgánico base.

Antecedentes de la técnica Las propiedades básicas requeridas del sustrato usado para la formación de, por ejemplo, una capa electródica, una capa semiconductora, una capa emisora de luz, y así sucesivamente, en un dispositivo semiconductor tal como, por ejemplo, una batería solar y dispositivos semejantes, son, entre otras, la ausencia de deformación, deterioro o tensión cuando se expone a las altas temperaturas del procedimiento de formación de la capa electródica, la capa semiconductora, la capa emisora de luz, y así sucesivamente; ser muy plano; ausencia de alteraciones, por ejemplo, herrumbre, provocada por la humedad atmosférica; ausencia de defectos, tales como microagujeros, en la película semiconductora; y exento de alabeo, pelados y fisuras.

Acompañando a la tendencia de años recientes hacia dispositivos electrónicos y dispositivos semiconductores más ligeros, más pequeños y más diversos, y también en base a consideraciones económicas, la atención se está dirigiendo a elementos y dispositivos semiconductores, tales como baterías solares de película fina, transistores de película fina (TFTs) para dispositivos de pantallas de cristales líquidos del tipo reflexión, elementos para pantallas electroluminiscentes de película fina y así sucesivamente. En particular, con respecto a las baterías solares usadas en satélites, la reducción de peso es uno de los asuntos más críticos y hay una demanda para baterías solares de película fina de alta resolución. Los sustratos usados aquí incluyen sustratos metálicos, sustratos de vidrio, y sustratos cerámicos, y aunque éstos tienen superficies que son aparentemente planas, una estrecha inspección revela la presencia de asperezas microscópicas (por ejemplo, proyecciones, elevaciones, depresiones, trincheras, poros) . La formación de una capa electródica fina, una capa semiconductora fina, una capa emisora de luz fina, y así sucesivamente, sobre tal superficie da una capa fina no uniforme y no puede evitarse la generación de sitios defectuosos.

Por otra parte, acompañando el creciente grado de integración y el creciente número de capas en estos dispositivos semiconductores de película fina, los dispositivos semiconductores se han vuelto bastante complejos y los altos en escalón sobre la superficie de los dispositivos semiconductores han llegado a ser bastante sustanciales. Con el fin de hacer plana la topografía sobre la superficie de los dispositivos semiconductores o con el fin de proteger al dispositivo semiconductor del daño mecánico, daño químico, daño por contaminación estática, iónica, contaminación no iónica, contaminación por radiación, y así sucesivamente, se forma una película de pasivación sobre la superficie de los dispositivos semiconductores. Además, acompañando el creciente número de capas de circuitos eléctricos en los dispositivos semiconductores, puede formarse una película dieléctrica intercapas con el fin de proporcionar aislamiento eléctrico entre los conductores y conseguir el aplanamiento.

Las películas tipo óxido de silicio se usan típicamente para las películas dieléctricas intercapas y las películas de pasivación que se forman sobre las superficies de los dispositivos semiconductores. La deposición química en fase de vapor (CVD) y el revestimiento por rotación son ejemplos de los métodos usados para formar películas tipo óxido de silicio sobre superficies de dispositivos semiconductores; el uso del método de rotación sobre vidrio (SOG) para formar vidrios inorgánicos descrito en la referencia de patente 1 (JP H06-042478 B) y el uso del método SOG para formar vidrios orgánicos son ejemplos de los métodos usados para formar películas tipo óxido de silicio sobre superficies de dispositivos semiconductores mediante revestimiento por rotación.

Sin embargo, los revestimientos tipo óxido de silicio formados por aplicación de vidrio inorgánico mediante SOG experimentan formación de fisuras cuando su espesor de película supera 0, 3 μm, lo cual ha necesitado múltiples revestimientos con el fin de enterrar, esto es, aplanar, los altos en escalón sobre los dispositivos semiconductores que tienen alturas en escalón de 1 μm o más. Por otra parte, el revestimiento en sí mismo tiene un mal rendimiento de aplanado en el caso de vidrios inorgánicos formados por SOG, lo cual ha necesitado de una etapa de aplanamiento basada en un decapado después de la formación del revestimiento.

Por otra parte, los revestimientos tipo óxido de silicio formados por vidrio orgánicos obtenidos por SOG tienen la capacidad de formar revestimientos tipo sílice exentos de fisuras a espesores de menos que 2 μm mediante una única aplicación. Sin embargo, como con los vidrios inorgánicos formados por SOG, el revestimiento en sí mismo tiene un mal rendimiento de aplanado, lo cual ha necesitado de una etapa de aplanamiento basada en un decapado después de la formación del revestimiento. También han existido otros problemas, tales como una alta higroscopicidad debida al gran número de grupos silanol y alcoxi residuales en el revestimiento tipo óxido de silicio, el envenenamiento por carbono inducido por los grupos alcoxi residuales durante el tratamiento con el plasma de oxígeno, y la inferior fiabilidad eléctrica cuando se usa como un agente dieléctrico intercapas.

Como consecuencia de lo precedente, se han descrito métodos de mejora de los problemas asociados con los revestimientos tipo óxido de silicio formados por vidrios inorgánicos y orgánicos formados por SOG. Por ejemplo, en el método descrito en el documento JP H06-042477 B (referencia de patente 2) , se reviste una disolución de resina de hidrogensilsesquioxano sobre un dispositivo electrónico; el disolvente se evapora para formar un revestimiento de resina de hidrogensilsesquioxano; y a continuación se forma un revestimiento tipo óxido de silicio formado por calentamiento de 150 a 1000ºC. En el método descrito en el documento JP H03-183675 A (referencia de patente 3) , se reviste una disolución de resina de hidrogensilsesquioxano sobre un sustrato, el disolvente se evapora para formar un revestimiento de resina de hidrogensilsesquioxano; y a continuación se forma un revestimiento tipo óxido de silicio similar a uno cerámico por calentamiento de 500 a 1000ºC.

El mismo método también se describe en particular en el párrafo [0061] y en la figura 11 (b) del documento JP 2005026534 A (referencia de patente 4) . En este método, la resina de hidrogensilsesquioxano en sí misma es fundida por calentamiento, lo cual da como consecuencia una excelente capacidad de aplanar los altos en escalón sobre la superficie del dispositivo semiconductor y hace innecesario el procedimiento de decapado. Además, puesto que la estructura de siloxano de la resina de hidrogensilsesquioxano no tiene grupos orgánicos, este método tiene la ventaja de evitar el problema del envenenamiento con carbono durante los tratamientos con plasma de oxígeno.

Sin embargo, no es fácil formar un revestimiento tipo óxido de silicio que tenga un espesor de película de 0, 8 μm o más sin que se produzcan fisuras usando los métodos descritos en las referencias de patente 2 a 4 para formar películas tipo óxido de silicio. Como consecuencia, uno de los problemas de estos métodos ha sido su incapacidad para hacer completamente planos los altos en escalón de 0, 8 μm o más sobre la superficie de dispositivos electrónicos y particularmente dispositivos semiconductores. Además, cuando se persigue la formación de un revestimiento tipo óxido de silicio de película gruesa usando estos métodos, pueden producirse fisuras y microagujeros en el revestimiento tipo óxido de silicio, lo cual ha dado lugar al problema de una reducción sustancial de la fiabilidad electrónica y, particularmente, de la fiabilidad del dispositivo semiconductor.

En los documentos JP 2007-111645 A (referencia de patente 5) y WO 2007/046560 A2 (referencia de patente 6) se describen... [Seguir leyendo]

1. Un método para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio, que comprende formar un revestimiento que comprende un copolímero organohidrogenosiloxano-hidrogenosiloxano representado por la fórmula de la unidad de siloxano (1) :

(HRSiO2/2) n (HSiO3/2) m (1)

(en la fórmula, R es un grupo hidrocarbilo monovalente seleccionado del grupo que consiste en un grupo alquilo de C1-10 y un grupo arilo de C6-10, n es un número con un valor medio de 0, 01 : n : 0, 80, Y n+m = 1) sobre la superficie de un material inorgánico base; y a continuación calentar el material inorgánico base revestido a una alta temperatura en un gas inerte o un gas inerte que contenga gas oxígeno (gas oxígeno menos que 20% en volumen) para convertir el revestimiento en un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio.

2. El método para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio según la reivindicación 1, en el que el gas inerte es gas nitrógeno.

3. El método para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio según la reivindicación 1 ó 2, en el que la temperatura de calentamiento es 300 a 600ºC.

4. Un método para producir un material inorgánico base que tiene sobre la superficie un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio, que comprende formar un revestimiento que comprende un copolímero organohidrogenosiloxano-hidrogenosiloxano representado por la fórmula de la unidad de siloxano (1) :

(HRSiO2/2) n (HSiO3/2) m (1)

(en la fórmula, R es un grupo hidrocarbilo monovalente seleccionado del grupo que consiste en un grupo alquilo de C1-10 y un grupo arilo de C6-10, n es un número con un valor medio de 0, 01 : n : 0, 80, Y n+m = 1) sobre la superficie de un material inorgánico base; y a continuación calentar el material inorgánico base revestido a una alta temperatura en un gas inerte o un gas inerte que contenga gas oxígeno (gas oxígeno menos que 20% en volumen) para convertir el revestimiento en un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio.

5. El método para producir un material inorgánico base según la reivindicación 4, en el que el material inorgánico base es un sustrato metálico, un sustrato cerámico, un sustrato de vidrio, un sustrato de cuarzo o un dispositivo electrónico.

6. El método para producir un material inorgánico base según la reivindicación 5, en el que el sustrato metálico es una placa metálica fina y flexible.

7. El método para producir un material inorgánico base según la reivindicación 6, en el que la placa metálica fina y flexible es una lámina de acero inoxidable.

8. Un agente para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio, que comprende (A) un copolímero organohidrogenosiloxano-hidrogenosiloxano representado por la fórmula de la unidad de siloxano (1) :

(HRSiO2/2) n (HSiO3/2) m (1)

(en la fórmula, R es un grupo hidrocarbilo monovalente seleccionado del grupo que consiste en un grupo alquilo de C1-10 y un grupo arilo de C6-10, n es un número con un valor medio de 0, 01 : n : 0, 80, Y n+m = 1) o comprende el componente (A) y (B) un disolvente orgánico en una cantidad requerida para la disolución o dilución del componente (A) , y que puede convertirse en un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio calentando a una alta temperatura en un gas inerte o un gas inerte que contenga gas oxígeno (gas oxígeno menos que 20% en volumen) .

9. El agente para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio según la reivindicación 8, en el que n es un número con un valor medio de 0, 05 : n : 0, 50 en la formula de la unidad de siloxano (1) .

10. El agente para formar un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio según la reivindicación 8 ó 9, en el que en la fórmula de la unidad de siloxano (1) R es metilo, fenilo, o metilo y fenilo.

11. Un método para producir un dispositivo semiconductor, que comprende: formar un revestimiento que comprende un copolímero organohidrogenosiloxano-hidrogenosiloxano representado por la fórmula de la unidad de siloxano (1) :

(HRSiO2/2) n (HSiO3/2) m (1)

(en la fórmula, R es un grupo hidrocarbilo monovalente seleccionado del grupo que consiste en un grupo alquilo de C1-10 y un grupo arilo de C6-10, n es un número con un valor medio de 0, 01 : n : 0, 80, Y n+m = 1) sobre la superficie de un material inorgánico base; y a continuación calentar el sustrato metálico revestido a una alta temperatura en un gas inerte o un gas inerte que contenga gas oxígeno (gas oxígeno menos que 20% en volumen) para convertir el revestimiento en un revestimiento cerámico tipo óxido de silicio; y a continuación formar la capa de semiconductor sobre el revestimiento cerámico tipo óxido de silicio del sustrato metálico.

12. El método según la reivindicación 11, en el que el sustrato metálico es una lámina de acero inoxidable; la capa de semiconductor es una capa fina de un semiconductor de silicio o una capa fina de un semiconductor compuesto; y el dispositivo semiconductor es una batería solar de película fina.