Макрокинетика газофазного синтеза многослойных Si-N-C-покрытий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

На правах рукописи АФАНАСЬЕВА Светлана Валентиновна

МАКРОКИНЕТИКА ГАЗОФАЗНОГО СИНТЕЗА МНОГОСЛОЙНЫХ 81—N—С-ПОКРЫТИЙ

01.04.17 — химическая физика, в том числе физика горения и взрыва

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Черноголовка 1996

Работа выполнена в Институте структурной макрокинетики Российской Академии паук.

Научный руководитель кандидат физико-математических паук Варламов А. Г. ’

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Юхвид В. И., кандидат фнзпко-магсматпчесгеих наук Бещенков В. Г.

Ведущая организация Самарский государственный политехнический университет

Защита состоится ^ — 199^г. в час.

на заседании диссертационного совета Д 003.80.01 при Институте структурной иакрокинстики Российской Академии наук по адресу: 142432, Московская область, Ногинский район, Черноголовка, ИСМ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИСМ РАН. Автореферат разослан <_£- з> £/ Гш

Л

Ученый секретарь [<//.„

диссертационного совета у Кудряшов

ОБЭЛл ЇЇДРЛК7ЕРКСША РАБОТ!'. k SISnSfcUSBnJ-l't' 3SW»Hel!SJR8 прогросс МНОГИХ OTpaCJreft вакішпстроешія иеразриоч') связан с созданием нових конструкшюнвіг.с ?!атг>р;:г;.'гс::. тгггх илянсо гтэсто занимает яитриды, в частности

пятр’лд крш-чшя- кнертиідй материал, который сохраняет свойства при болсзз пысокнх температурдх, *іє:-і tmornc металлические сплавы.

В современной технологии сгрс-шув роль кгравт Кера:.!ЯЧССК«е покрмтня, которые нрпг.еь.готся для загати гатериаттсв от различных вч!?ш:і!іх поздс^ствнй, пагр:жер для мзсхирозакия т: создания юзолятт при изготовлении полупро'годиягсових приборов стали использовать с 1264 гола Піїт'ріїд гсрзмкя*, которой по ряду саойстп прэ^осхо".»-: дзуоиясь "рсг:;;;ія. Згт похсытия при”зпллись тайле а и хачсзстве ППГ,ИТ!'!’.Ч Д!!3’!‘Г'.ТрГ;т'>,С!!’!І’: плечо*.

Сдсдстгнем сложности процессов, протегаїтаїх при синтезе' покрптлП из нитрида кремния, является то обстоятельство, что работа в этом направлении еще далеки от завершения. В настоящий исмэнт отсутствует сколько- ннбудь детальное описания кеяакизт ия осазсдеїшя, тем не менее эти покрытий у?г тшроко применятся гз микроэлектронике т! являотся тем модельный материалом, ка осново которого оттачиваются новые экспериментальное методики исследования его свойста.

• Ранее было показано, что синтезируемые для микроэлектроники слои образуются при низких давлениях реагентов 1-130Па - LPCVD-метод . Этот метод характеризуется низкими скоростями роста 3-Ю-13- 3-1СГпм/с и малыми толщинами слоев- 10Г’~10_7м . Толщина "защитных покрытий должна быть не менее. 10~8- 10 4к. • поэтому для их создания необходимо существенно увеличить схсростй роста слоев. Добиться этого но«ко увеличением температуры синтеза и/или повышением ^б'и^го давления реагентов. Технологические требования и условия не позволяет увеличивать температуру синтеза в кие 1700К,

лсэгому а дгняой работе была иисдвдоваач ьс.:«ЭлЕ<кш- узв.'клоклк .;;-;оросга роста слоя иутеи пойлаалия дгзаекйи* и .гги-'Оч.

!:82ЬР данной работы являлось лллстьчлскШк

закско«срА'с.чГГе/< осаллеа'ия ксрд'Л- ... ■: ждрЛ5ЛЛ лл г..л.ал^

1(Ж1) О '/СЛОйИЖС К^раодичесюгс ,51.»Л«“СЛ1«Л ЧЧг^ЙЯрЗ ?7,.Л ! Ор.н,1„кг. ЦрЛ а £ чоп^рнси дазлс;йш, ахюочии ;юуч<:<..и ■.г-/л^к1ш рл-л'а ~:'ма и ллс г...;;»;.:,чесл^х , ,...;с.,л,л. Еиьи л<::сдйдо:д> л ._,;л,л"л;л;сл?л л'лзвйите ■■ лллг-.’дрг.-лгплл ..;с,ч;и:1сЯалл го^сллл;) по л\лллл>«.л о с ■„л:,слл!'ллз;л д." ; лг&зю'’ с :■ ьл/оЬ сйлл,! лз^илла;). и рл^лл. -г- .,и>л.,.лллглл

■ ' . у’ ,,. .1:! ;-/2>:/-'. :.Ор^лС'С V-.’ 1/ СГи£

- - :лдЬ'Ы. ■

й риоого

■'. '\#аТвяы\о сгона потодто

• V.'.-. лодтвораденз ,»-аупл заяа»и:*'И пз -п'.. .

;' Сызгща'лсо^аио ипогос.^оило^ 'г-ц.сасие, :^-п^нче,-,'/.^

'■ ■■ ^лучгг;и: ко,-соаго у^о^яси (.о-'.ло^ ", •п» '•< ^ *.мс. -г.;-“Гг

. с^'-гли ^ \гг(>!•"£!№■:< ч'..с^-,.. с ■' .'^. .. ■ п>< ■ :;-'л ,-,

иО' .-.: г *’2 ‘Л С', :;'.’;ч 0^-' '"- ; - '• ’'С '’*! : - ■ -.

Нол,<л.:;- . лглч .л.-..: .> :■

•■. :,. ••/•-•л лргл-лл: ;лл-’ и Зйлаталл .^.о^етл г^’.с 'и^лг.-ллл. и.^.зьа^. л^

с.:,ы с длл обраичоь ««лшайо^сл саа-с.-д тоядаюн'

■г.ЬЛЬ'ШИ-:.. "г‘/_;иевце- Получений и^аудь'ппс; логут о«т« л ... •: \ л.ллл д:;;. >';0"ла!;ля мпогослоиамл' ;аро~ л и;к*Л!ЧчгсллстоГш1Х, '..,иЛа.. .асиритпЯ дкл юироэигнтрошш, слтиьи л мгшиг^сгроиния.

.60£уЙШ.5_ЕЗ£?51У- Отдельные ’ результаты ллнлой работы •: . .л.:,;Уаяись па конкурсах молодык учзиых ь КСН Р;-И в 1580. 1090г., ?гг5;о;1алыгой конференции молодик уч<зй!»*л г; специалистов научных оргпьи^оций и ррвдлриятйй "Соврвиеннно материалы ь иашииостро^иии” 'М »гая 19й0г. в Перми, на VII Отраслевой научно-текмическоЯ

конфэрйнии» "Тонкие плрцкй в пркавсдстен полуг!роводш1ког'ЫЛ прибороп

?!<?«\чупогк>д::в« ■ч'ояй^^пгт» "Полгизние, сеоИстрп и приять сс-?р:ст.:;'грд1.п: «атозиплои’1 24 зиряяя 1991г. в Киеве НСМЛН УС< -Н, ка семинара отдела ’’Динамита: СВС процессов” ЯСМ РАН в нарге 1995, из сешнаря отдела "Кинетики и катализа" ИХФЧ РЛН в апреле 1995, на X Европейской конферочцаи по Химическому осаждению из газовой фаэи п Венеции в сентябре 1995, на семинаре кафедр "Материаловедения в машиностроении" и "Физические технологии" Самарского Государственного политехнического университета в сентябре 1995г.

Публикации- Основное содартани® работы наложено в 3 статья:-:, получено 2 авторских свидетельства яп изобретения, опубликован 1 препринт и 4 тезиса докладов на конференциях Г 1.-10!.

Структура_и_об;ем_лиссертац!Н!;. Диссертация состоит из введения, 5 1 лаа, выводов, списка литературы. Диссертация

представлена на 130 страницах машинописного текста, включает 3 табллен VI 37 рисунков. Список литературы содержит 116 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ: .

§2-35§В0!ШЗ обоснована тема диссертации. показана ей актуальность, повили и практическое значение: •

Глава 1. СТРУКТУРИРОВАННЫЕ ПОКРЫТИЯ. •

В этой главе проведен краткий бзор литературы по получению структурированных иатериало’- и покрытий из них, дана характеристика метода оезждетая из газовой фазы- С'/П- метода , рассмотрены возможные яехапизмы синтеза покрытий на основе нитрида кр^шия. В результате аяаялэа татератур/шх данных по структурированным СУБ-пскрытиягм и закономерностям их роста можно отметить следующее:

' 1. Керамические покрытия на основе нитрида кремния* являются перспективными для микроэлектроники, машиностроения и оптики.

2. Осм?д<зняе таких покрытий из газовой фазы представляет собой слотнгЧ процесс, связанный с диффузией реагентов к растуиеН

поверхности, гетерогенными хишічгск.іш:і реакциям:!, адсобдноішо-десорбциошшми процессами. Б настоящее время $изико- химические процессы образования эгше покрытии при атиос^зрпом давлении газовой смеси слабо кзучшш. ’

3. Термодинамическому анализ;' условий образования нитрида кремния посвящено много работ, однако остался неисследованным ряд систем, которые могут быть использовали для его синтеза, Б частности, представляет интерес анализ системы Зі-И-С-И в диапазоне температур от ЗООК до ЗОООК «ри атиос£ернсм давлении реагентов.

A. Не исследована кш;атпгса роста покритий на начальны:; стадля;г процесса осакдеяйя.

5. Практически отсутствует информация о возможности получения структурированных покрытий, не изучена кинетика роста л кохаииэмы силтсоа шюгосяоЯ)ш>: лої:рнтяіЬ '

B,- Не исследовалась эффективность слоевого етруктуирования кбр.м.-іічиских 'покрытий с точки зрения повшвикя их зашгшшх і: ир о чностулй свойств.

достижения поставленной цели требовалось решать уздачи: ..

1. Целесообразно прикеиевпть какрокиеотичзекпй подход для п.:.-.і:ения закономерностей сиктеэа структурированные СТО-псіфмтиіі, у.яя изучения иэатшого вяпянич физико-ккмическик процессов и стсуитурообразоваїшя СУО- покритий .

?.. Ця я определения параметров синтеза необхояимо провести -."фкодинамический аналі-з в системе БІ-И-С-Н и показать возможность соос&вдекия кондекенроеашшх продуктов.

3. Исследовать возможности получения структурированных. в, частности многослойных, покритий осаядемием и1? газової! $азн путем изменения ' тошперзтурцого , режима синтеза. • Изучить влияние т^інізратурь! синтеза на химический состав и структуру слоя покрытия.

4. В*.(Яіінит»і кинетические закономерности росп £і-К--г-- г-крытнИ

з условиях стабилиза’ггш темперагури падяохтн, в условиях разового и периодического язкяпряпя тегператури подложки, при этом необходимо проследить за всеми особенностями процесса синтеза многослойных

. ^ покрытий, включал начальны? стадии. .

5. Отработать методику синтгза многослойных покрытий п способ упргляеяяя гпе 7л~х1ъслгм -составом, структурой н свойствами.

5. Исследовать ,.<нхаян-зм процесса оезядения многослойным похритпЛ и определить закономерности образования нх макроструктуры.

7. Показать реактивность слоевого струптуирозання для повьнспия загштных п прочностнпх свойств зтн:: многослойных покрпти') •Гхзпа 2. зазг<0ЙЯ0СТЬ СООШЛЕИИЛ РАЗНЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ ГАЗОЕ0Л ФАЗЫ В этсл главе проведен термодинамический аналпп спот&ги 31-Н-С-Н длл огредолеипя области экспериментального поиска, оценки тюэтеоагностл существования ее различная продуктов. Данная система представлена сиесыо реагентов: Н2Н4+31{СНЭ)^>Н .

. 3 соответствии с правилом <|>аз в это'1 системе существуют три

колде'ясяро'вгттпых продукта: 51 Б1С и С. Термодинамический анализ

ттредтаазал возможность их совместного существования (соосаждения).’ Определены термодинамические параметры (температура синтеза, общее давление, мольное соотношения реагентов) границ областей их существования. Ка основе анализа термодинамических расчетов сдеданм следующие выводы:

1. Отнопение М^^/ЭНСН ) в системе Э!—И-С—Н о^нечает за бознояность образования конденсированных однофазного я ни

двухфазного ЭЦЯ + 51С продуктов. • ' .

Изменение температуры при постоянстве других параметров системы приводит и» только к образований различных по составу продуктов, но и значительно влияет на их выход. '

3. Для предотвращения выделения конденсированного углерода необходимо разбавление смеси реагентов Иг не менее, в 500 раз.

1 ' 'і ■ . о'Л'ч.лу-Ч'іл^ч.'.ь і' уиог'-\.: ■. -. ,■" . - ..<..\;чоіи*ол

.о^' ь’роьзпомі, ?о поі^ ; о с. ■ -"о*ї

..ї псчи^тлл. м\ ч і.о.гї1-:^ і;оддо:?:лн

: ."Г-’нлї'іесл иа;глтрїіЧ:-сглі^ то-їол? о иої;^-.^ - .-.о ;:;ь^

■.-. '..'■/О г.У<і і-СіМ <"і:ііА’ОйГіГ' ііі'‘с:рЦиСЇ«; -7 ‘; '.- . .ОС ; \' ЇЬ ї * і» тм і > 5 * 5 *

'■ ■'!■; 'іФї.ииіратур іі ЬОЗМСШЇОСі'Ь ,іОЛіч:лііЛ(\ М’ЛЦЇ'Т!.

'У.-Ор'іО о'СС^.‘ШОСпг Процесса саЛГ''-Чк -г^гогу.о^.пи ГЮГ'^ЫГНИ.

-:5і/'’!1 я Нача^-кис стаднії.

Измерение температури поверхности кити с растущим сиоек проводились оптическим кетодом по интенсивности светового излучения в инфракрасной области спектра.

Л л г. нанесения покрытий применялась установка, состоявшая из: системы очистки водорода от примесей, горизонтального реактора периодического действия, системы для подачи г? дозирования реагентов, системі.) управления нагревом псдлоики. ■

Установка откачивалась форвакуумним насосом. трижды промывалась водородом, вольфрамовая проволока отмывалась от смазки, (тоне’Дйлзс-ь ■ в рэакгор и отжигалась б водороде. После откачги кодмрода ь реактор последоватэлыю наткались реагенты: М.,!!.,,

<СИ > 4 И И . Огіідєє давление реагентов со-.таьлчп^ .Ч1‘кП:\

Вольфрамовая ччть скачком иагрдааяась алевтрпческик током ?.о заданной температур».!. кот орал в дальнейшем лоддеруива лзс-ь с точностью 0,17. и соответствии с заданным температурным режимом.

4

Осаяденио покрытий проворилось в диапазона температур 1300- 2000К. Время осаждения составляло от 1 до 6S0 секунд. На различных этапах процесс синтеза прернвался пыключанпем тока, образец извлекался из реактора к проводились исследования покрытия. .

Глава 4. КИНЕТИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ И МЕХАНИЗМ

ОСАЖДЕНИЯ гаогослошьк ПОКРЫТИЙ из газовой фази.

В этсЯ главе представдаш кинетические закономерности роста покрытии в условиях перподпчесхого изменения температуры подло*кк, кроне того, псслэдоззиз акпетика роста керамических слоев в изотермических условшнг. Предложен механизм процесса осаждения, многослойных Si-N'C-потсрэткЯ. ,

Исследовалась зависимость толщины однослойных Si-il-C- покрытий о'т временя ссаждекпя в изотермических условиях синтез 3 (на рис. 1„ кривые 1.2), которая была .нелинейной для всех исследованных температур синтеза. Скорость роста- слоя в начальный момент была максимально!!, а з&тем непрерывно уменьшалась,, достигая со временен стационарного значения. ’ .

Экспериментальные кривые описываются уравнением вида:

^ = Vco ^ + ~^~3—a ехР . ‘I1 •

Скорость роста покрытия описывалась выражением:

dS/dl = Vm + ( V„ - V ) exp (-at.) (Й ,

го о co r •

где V , V'r - начальная и стационарная скорости р:.’ста слоя соответственно, 1/а - время релаксации.

Физически!! смысл коэффициентов в уравнении 2 : ’

V - пропорциональна вероятности оеразовакия зародышей при данной

температуре синтеза, V - ответственна за рост образовавшихся

ээродмшеН. а- пропорционален скорости изменения числя зародышей.

-

* • время осуждения, с ‘ -

♦ *

Рис Л. Епшшкэ тешарэтурмого скачка кз рост Б1 -М-С-пскрытия: а- темперптуршй режим процэссаг б- : 1,2- кинетические кривые б кзйтернкчасхях уоловкягх при 14БЗК и 1718К{ 3- китттзская кривая в условиях однократного быстрого уканьяготв тэмпррзтуры псдлояки.

' ' р

Аррениусовское спрлділйкле дгітих коэффициентов показало экспсиеициальнуи,зависимость ик от температуры: .

У0= 3.086- 10е- схр<-263970Л1Т), (м/с] (3)

\'ад= 1,023-10'6- ехр(-ЮОБВО/Р.Т), 1м/с} (4) '

а - 1, 372-охр<-121510/ІШ. 11/с! (5)

Зависимости коэффициентов и а от температуры синтеза подчинялись закону Аррениуса только до 1740-20К. Отклонение стационарно/1 скорости роста слоя от* аррениусоЕсхоїі зависимости с увеличением температуры об яснллось параллельный протеканием гомогенной

конденсации продуктов в об ем» газовой -$аэьг. .

Такой вид кинетических кривых об'ясней с позиций предложенного ранее 5 3 с о р £ Ц и о л и о г кинетического ??екэннЗ^Э гетерогенного синтеза покрытий — АНМ , обусловленного ограии’.зшгой адсорбционной емкостью

(кояичоством адсорбционных центров) поверхности. Определяюша!!

скорость роста покрытия стадией являлось химической пзапмодейстпиэ адсорбированных продуктов на границе раздела твердое тело- газ.

В начальный момент времени число деблокированных адсорбционных' центров на поверхности подложки и, соответственно, скорость роста слоя максимальная. В ходе гетерогенной химиреакции, наряду с образованней конденсированного ЯІ--Н-С- покрытия, происходило

блокирование части адсорбционных центров промежуточными п побочными продуктами, что приводило к уменьшению скорости роста слоя. Со временем устаназливалось динамическое адсорбциошю- десорбцпонно-э равновесие, которому соотвэтствовало постоянное число свободных адсорбцдонннх центров ка поверхности растущего сло:і, 'что еыпа/алось з постоянства скорости роста слоя на стационарной стадии. ■

. Таким образов, согласно модели ЛКМ, . причиной падения скорости роста слоя является уменьшение числа свободных адсорбдиоттх центров вследствие блокирования части их водородом, продуктами распада гидразина и тетранетилеплана, ншщани кр°иния и т. д. ■

Одшш пэ следствий АКИ является тс систол гекьстг-о, что число с;;а;с«роЕ;аП5!1!;{ адсорбционных цеятроь будот те!.: болы® ччь рыда ■;8-,;;1ератур« синтеза. Тогда при трс;; у^еамзсм: л: такнературы

йодлояки числа блокировании* адсорбшозшых чситрап ас. стационарной будгт больше, чек к>: число г. исготе-гч-'нчеса» услозшм: на .• тиисийряоЬ спам) при гой ;ле шткои таип.ик'.туре.

.юглзерх-це?!!!»-;..! \;оаль:юстк этого «,!е.ч-а:шз:.!й емгсх-зв покрытий р-.зули-Ы'п: ;.:о/.оиьиьо: эсзюгршкшгсс ^ условия» о.-ьохрртного >ьс:,.\;.'о ?*.ем.их:)Ш2 теодар&тур» годйо;п:п. Лднтельность скачка

■1 л .д .! >ри ье «рогыщакс 0,1с. На р;;с. 1с. представлен температурный

; -•,«.« сУйтеза, д иа рнс. А б покгзйьа завпошссть толнушы покрытия от ърекьчт осакдоикл к эти* условиях. Поело 30с пыдерт*. подпохки в >ра.>.'Ш’0икой скееи прк температуре 1720;' и быстрого понкзешя .'.г.огуры синтеза до 1450К сло»( растет с постоянной скоростью, :с<лоран оказалась ъ 5 раз каиьсе, чек скорость роста па

с-.-ынюиаркой. стадии в изотермачссхвк условиях. Еркчшюй этоге 'л...-:лос!у „закораживапие" блокируют»: продуктов на адсорбцношаг. Пй-:грзк, связанное.с быстрых: пс!:и.5еш;аи тект;ратуры образца.

На следующем этапе работы проводились кинетические исследования _ скорости роста слоя ?, -условиям 0§Е>и92ЦЯ2С!£?СЕ

азм§Н5!!Н£ 1ева§Еа1ХЕУ- На рис. 2а представлен температурный режшв подлески. .В 5глх условиях получала многослойное покрытие,

представлявшее 'собой чередующееся спои разного цинического состава. На рис. 26 точками представлены результаты кинетического эксперимента в условиях огрВояцаеСКйсд ИЗИ§И2НВ2 ЗеИ!!еЕЭиЕЙ подложки.

Проследим последовательно за синтезом многослойного покрытия. За первые' 30с наростает слой толщины. соответствующей нротчкашт ■ процесса при нивкой ,температуре. Ка следующем, высокотемпературном этапе процесс протекает со скоростью, СоотЁ^тстауюз^Я высоко!змпературшИ изотермической кииешке с

’ Ш

-tec;.2. Влияя») перяод!г?оского ггзкопожя тотяюрятура синтеза и» їост Si-N-C-поіфитіш! а- -телягарятурпай рсстг процессе; б- * 1.2-мяотичвсгого кришэ в изотерстчесіш: уеяоцгт яря І-253И a I7I8KJ , ііБ- рзо'іотішо кіїийтїічйскіга лршаэ п условиях пориодн’щскгг') v.'Ufi-HQinm температура иодчкдац о - дэппдо oRcunpsweTrroD.

ш’.мяьнэго момента. На третьем низкотемпературном этапе прирост на соответствует изотермической низкотемпературной кинетике. Здесь скорость осаядения покрытия в 5 раз меньше. При переходе на следующий высокотемпературный этап (участок 4) процесс осаждения происходит с той скоростью, на хсторой завершился предыдущий высокотемпературный этап 2. Аналогично рост покрытия происходит и в дальнейшем. Следовательно, на скорость роста на высокотемпературном этапе практически не оказывает влияние процесс, происходящий на предыдущем, низкотемпературном. Здесь рост продолжается с той же скоростью, • на которой завершился процесс на предыдущем высокотемпературном этапе, то есть, в течении низкотемпературного этапа поверхность сохраняла информацию о своем предыдущей адсорбционном состоянии на высокотемпературном этапе. Таким

образом, обнаружен "эффект адсорбционной памяти поверхности", хранящей информацию о предыстории процесса синтеза по крайней мере в течении 30с. Расчетная кривая 3, с учетом этого факта, явилась

единственной, которая хорошо согласовывалась с результатами

эксперимента. Все это позволяет проводить кинетические исследования роста покрытий при высоких температурах на одном образце, что было подтер-! депо экспериментально.

О^’яснениз такого вида кинетической зависимости роста толщины многослойного Н-С— покрытия основано па представлениях еб ЛИЧ осаждения из газовой фазы, позволяющего объяснить поведение

1 '!■*( г . иной реакции в ходе синтеза. Скорость образования ми тосгсойпого 51-N-0- покрытия определялась скоростью гетерогенной упчнческой реакции, протекающей на адсорбционных центрах растущей (:^г;ир:;ц,-1сти и числом таких неблонированлых центров.

II; и новыпении концентрации реагентор к процесса:; осахдеипя из I а лчюй фазы гетерогенная химическая реакции оора:;ова.”И-Ч покрытия, ло-чиднмоиу. перестает быть лимитиру»-гсе1: стаиной процесса в

отличие от ІРСУО- осаждение иэ газовой фазы при низких давлениях , так как скорость ее при этой увеличивается и становится сравнимо!) со скоростями адсорбииошю- десорбциоииых процессов. Взаиче.гт. ізь между скоростями гетерогенной химической реакции и лік^р/члі-м’ обусловлена огравпчйнкым числом свобояшкс адсорбционных иенгр:.р »м поверхности растущего покрытия.

Глава 5. ОПИСАНИЕ. ИДБИШ-ИМИЯ Й СВОЙСТВ* ОБ'ЕКТЛ ИСШДО?*.«НМ 3 пятой главе изучегш состави, структура физике- 'ипчг: к’чи» свойства получении* покрытий. Представленії реиучілагм электрсикоктсросхоиическпя иссисдовапий: ^отої рзфии

нзлок, скол и продошпю шлифы покрыта!:. Они наглядно г^гл^Н'; г к'т многослойную структуру и особенности сіроеннч изучаемого Об ■ 1.1 ! ' Результаты идентификации многослойных покрытия о тн'Ч'п.п реіпгсно-структурного, локалыюго рентгеко- спектрального л:- > ^і■ -п. ИК-, КН~ 51 рентгеновской фотоэлектронной видов атлрочагчнч* показали, что кссвелуекое покрытие яе тялось аморфный оямо^т-ичч» соединением, содержащим кремний, азот к углерод.

Обнаружена однозначная взаимосвязь ммду состявом гокрегг*» ч условиями их синтеза. Осново!) для создания многослойно: о- !Гі-Н г-покрытия послужила особенность процесс.! синтеза-зависимость хккичсского состава слоев от их темпера гурк си.пгп ірис. 3). Содержание креиния в составе покрытия с ростом т??'чгі-" г-ч'Н пе менялось, составлял приблизительно БОаес. У.. Концентрации с т :•■ составе покрытия с ростом температуры от 1400 до 2000К уменьши«зс».

о г ЛП до 20вес.Концентрация углерода п составе покрип'ї возрастала при этом от 4 до 1 4вес. У.. Б этом диапазоне т«=гтер-'*7Р сумма концентрацій! аэота и углерода в составе слоя'была постогят и ■ равнялась 40нес. У,. • ,

В дашгоіі главе обоснован выбор изучаемых свойстг ''.ного’-’чг'Инх 5І -ГІ-П- покрытий, разработаны установки и метедчкп иг тн

Концентрация углэродэ, мас.55

1БОО 1500 1700 1800 1900

Температура, К

Рио.Э. Содержание ааотз и углерода в оосгаве односдойног< покрытия в зависимости от температуры сингаза:

» - концентрация углерода, о - концентрация азота.

Концентрация азота, пас.Я

- .. :'о - - 1с..‘; ^,.с.:юго о ,■ г: гуь.-г л

■; -1, 1 го ра~?'он:г;1 >7 -,рл-ляг!!п.- ха^ач-^ултлуэт 1Ь

-V.1 •' :'гг ; п -:г^ ог-.’^ч-'.'ст:. ■ т-;> '-о;.гг-'",;!;'.. и,* я>тше

лс1-1!(. ' , ■ • > ч -- ’’Г': :!'пл::| /■.'.■ е :'.п ■- а; г -?‘со :1 кг) о

: ; с-'СУ !ья. ' 'Ю с.'.оу "-.Ч ' . : : '•Я''.:.- п:Ь у

•••'. 'го1'. гп ’;-ч;кя и сгс ошма ••■' •! ‘ 1 ' <",.■?/ -тс).

'.'чгч)оо'г траи!'Р!П1л ;;с:ф>гх!::1, ои"*ар'-г-): I^г^г-о. углерода,

С-тл-.-лВИГи: 0, 10 ,0М/с (0, 07МКН/Ч.ЧО), '(ТО С7"'С!СТЕ(!|то М-гНЬШе, «•54

скорость травления покрытия, не имевшего в своем состазе углерода. Такое покрытие является перспективным для работы з агрессивных

галогенсодержащих средах.

Влияние состава отдельных слоев на прочность на и:ги<1

многослойных покрытий исследовали на специальной установке с

З-точечной схемой нагружения. Доказано, что чем тоньше многослойное покрытие, тек выше его предел прочности на изгиб С поиоиьп зависимостей пределов прочности !гэ и?ги<5 от сбщеЯ толщины для пно-И МРОГПОЛиЙИЫК ПОЙрЫТ«(1 МОЖНО оцепить пределы ПРОЧНОСТИ 111 обритое омтаковнх обцпх тотшгп. ’гн зависимости для игогоо.чгМ'нго покрытии ммйнт н>'г'Л1!о''нпччн(1 харакюр. Только ч"»,*>1"',и1г?и г.ч-тночрип? ош«г рл'злч'пюгч' сост;*рл и ттпзтмн улчт»-»-

I1.

предел прочность на изгиб многослойного покрытия общей тощ 10~5м на 30%. Это доказывает эффективность слоевого структулроааі многослойных Бі-Н-С- покрытий по сравнешю с однослойными і образцов с одинаковой общей толщиной.

' ' ВЫВОДЫ:

1. Проведены кинетические исследования синтеза одномногослойных Бі-М-С- покрытий, которые обнаружили сшжешіе скорої роста покрытия со временем. С позиции АКМ это об'яснялі уменьшением числа свободных адсорбционных центров вследст; накопления на их поверхности блокирующих продуктов. С течен: Времени устанавливалось динамическое адсорбционно- десорбцион равновесие, характеризующееся постоянным числом свобод адсорбпяоїіЖїїй .'центров, приводящее к постоянной скорости ро покрытия.

2. Обнаружен "эффект адсорбционной памяти поверхности", заключался ь том, что после быстрого уменьшения температуры с;шт поверхность сохраняла информацию о сваек предыдущем адсорбцнон состоянии по крайней таерэ 30с. Данный эффект об'яснялся с иоэи ЛКМ блокированием части адсорбционных центров побочными продукта

3. Установлено, что состав и структура полученных тшкры сильно зависят от температуры синтеза. Изучение зависимости сост однослойных покрытий от температуры синтеза послужило основой синтеза структурированного- ■многослойного покрытия периодическом изменения температуры 'подложки. При этом химичес состав и структура каждого слоя определялись температурой спите"

4. Получены нксгос полные покрытия переменного сост;; осажденные из газовой смеси, содержащей таграметнлсилак, гидразі 'подород Слои этого покрития представляли собой аморфное одьофэ; БІ-Н-С- соединение. Многослойное покрытие содержало чередуют

ои разного состава с переменны:.! элементным соотношением между л с-родом и азотом п ссстаге покрытия.

5. Проподеп Т’ормс-днігаміїчесхні! анализ систем» Si Я. тсазаип воэноаность образования конденсированных однофазного i3U4l или двухфазного ISi (J4+SiC) продуктов. Конденсированный ■лэрод можно полностью исключить иа состава продуктов системы, ^бэзляя смесь реагентов водородом но менее, чем а 500 раз. ' о. Исследованы. заштныэ и прочностные свойства многослойных -ІІ-С- покрытий. Показана зї.фзктишіссть слоевого стрз'ктуироаанпл с >ччн эрс-мпя позмшешія продела прочности на изгиб многослойный >грнг!*й по сравнения с одиссаоЛлмии при одинакозой сбцеіі тог.еипє.

ОСНОВНЫЕ: РЕЗУЛЬТАТИ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛІЇКОВЛІШ:

’апенхот С. В. , Варламов А. Г. , Григорьев В. Н. СлоистиЬ іракччесхий материал. Л. С. Н1761723 от 15.05.92г.

Лэпеккова С. П. , Варламов А, Г. , Григорьев Ю. И. Способ получения гоисту,” тугоплавких пскрыткЯ. А. С. N182 4321 от 13.10. 9.2г.

Лзпеякоса 0. В.. Варламов • А. Г., Ширяев Л. А., Григорьев Ю. Н. глоечя оса.жлєния коклснсирова тпл: фаз в системе SS -М-С-0-И.

-іепріг.іт. UCH РАН, Черноголовка, 1991.

ііапенкоса С, В., Варданов А. Г. , Кирлеь Д. А., Григорьев 9.!!, эрчодпигл/ическнЯ расчет услсгл’й ссйгдсния ег.сннитрило» хрсшмя jscnotl garw. //”. иеорг. шлім. г. ЗУ, г.і.ті. 2, 1992. с. 403-110.

. Varlamov Л.Г.,, Ai’anas'eva S,V. reposition Kinetics of С■/Г)-

і licon Carbonj tridf Coalings. Col loque CO, supplement au Journal •! Physique II, Volume й, juin 10Р.5І p.22S-234.

. Варламов Л. Г. , Л*»дпвсье?а С. В. Лцсорецпоппо - кинетический ггханнэн синтеза покритий в процоссчх CVD. //ДЛИ РАН, 345. Тб: 199ГЇ, П1 . Лапе«ког.а С..8., Варламов А. Г. , Григорьев Ю. И, . Чеолгаи» оверхкести тонких пленок 51-М-С-патернэлэ я процессе тра’эления. огиспя яьная конференция мию.іьіх учених н специалистов научные

организации и предприятий. "Соврсиеннне материалы б каимаэстру.ш.

29. 05. 90г. Тез. докл. г. Парк--.

В. Лапенаова С. В. , Варламов А, Г., Григорьев Ю. И.. Синтез многослойных покрытий из 51-Н-С-гатериада. VII Отраслевая научно-техническая конференция "Топкие пленки в призводстпе полупроводниковых npsidopoB и интегральных схем" .19.11.90г. Тез. докл. г. Махачкала. .

9. ЛапенгсвЕй С. В. , Варданов А. Г, , Григорьев Ю. И.. Коррозионная стойкость Sl-W-C-натериала при травлении в растворе HF. XV] Международная конференция "Получение, свойства и применение сверхтЕердык материалов" 24,04.91г. Тез. докл. г. Киев. ИСМАН УССР.

10. Varlamov A.G., Afanas'eva S.V. Deposition Kinetics of CVD-Silicoi! Carbon)tride Coatings. X European conference on Chemika] Vapor deposition jesolo lido, Venice, Italy September 10, 1995.

С 5.1996 i . За к. 81. 0-;ъек

k.’u H'ara:* ICJ

Тки' гра,;:1. И/;Ч ГА!!