Спосіб одержання нітридної плівки

Спосіб одержання нітридної плівки, що включає розпилення мішені, який відрізняється тим, Винахід відноситься до області твердотільної мікроелектроніки і приладового машинобудування і може бути використане в якості дифузійних бар'єрів в електронних устроях, зносукорозійностійких покриттів на деталях Огляд наявної періодичної і патентної вітчизняної і закордонної літератури за останні 20-10 років показує [1-11] підвищений інтерес вчених і практиків до борид них, нітрид них і боридонітридних плівок і покриттям Викликано це тим, що подібні ТОНКОПЛІВКОВІ матеріали, з одного боку, торкаються фундаментальні питання фізики твердого тіла, а з іншого боку, вони володіють цілим поруч цікавих і цінних властивостей завдяки високій температурі плавлення, високої твердості, гарним захисним властивостям і ш Велике поширення в техніку одержали плівки і покриття нітридів різноманітних елементів, напилюваних самими різними методами термічним випаром, ХІМІЧНИМИ методами, іонним осадженням, у тому числі магнетронним розпиленням, юннопроменевий опрацюванням, плазмохімічним синтезом, модифікованими методами фізичного випару , молекулярнопроменевою епітаксією і ш [12-16] За допомогою вищевказаних методів отримані плівки нітридів, що широко використовуються в якості бар'єрних прошарків, захисних зносу - і корозійних покриттів на різноманітних деталях і вузлах і т п [14-21] Проте, більшість із цих методів потребує високих температур для протікання процесів осадження (вище 500°С), що обмежує їхнє застосування в мікроелектроніці через протікачих інтенсивно дифузійних і рекристалізаційних процесів, які протекають Ряд методів припускає наявність високого і що плівку нітриду кремнію з тонким захисним покриттям аморфного дюксиду титану, формують легуванням холодної кремнієвої монокристалічної підкладки іонами азоту і титанової мішені при режимі напилювання напруга і струмінь на газовому розряді - 380-400В і 1А ВІДПОВІДНО, напруга і струмінь на мішені - 500В і ЗОмА, напруга і струмінь на підкладці - 20кВ і 54мА, при опроміненні в інтервалі 160-210х1016юн/см2 надвисокого вакууму, тобто безмасляних систем відкачки, що пов'язано з ускладненням і подорожчанням напилювальних установок Нарешті, напилювальні плівки і покриття володіють у кращому випадку середньою адгезією з основою і недостатньо високою твердістю Аналогом що заявляється плівки є плівка нітрида кремнію, отримана методом юнноплазменного напилювання Найбільше близьким по технічній сутності і що досягається результату є плівка нітрида кремнію S13N4, що утворювалася методом юнно-плазменного напилювання ІОНІВ азоту і кремнію на (100)Si у потоку ІОНІВ аргону з енергією 5кэВ при ЩІЛЬНОСТІ струміня 1015мкА/см2, температурі в камері біля 300°С і використанні в якості мішені кремнієвої платівки [17] Одержувана плівка S13N4 виявляла корозійну СТІЙКІСТЬ у 3-х % розчині NaCI в інтервалі позитивних потенціалів 3,3-3,9В Проте, напилювальна плівка нітрида кремнію має низьке зчеплення з підкладкою (енергія адгезії складала 40мДж/м2) і звичайно відшаровувалася через значні напруги, що виникають на межі підкладка-плівка Крім того, вона була неоднорідна по фазовому складі - крім нітрида S13N4 плівка містить острівці фази SiN, потрібно для свого наростання підігріву підклалкі і виявляє захисні властивості лише в дуже вузькому інтервалі позитивних потенціалів У основу винаходу поставлена задача створення плівки нітрида S13N4, покритої зовні тонким аморфним прошарком оксиду ТЮг, яка має велике зчеплення з основою (підкладкою) і підвищеною корозійною СТІЙКІСТЮ в порівнянні з прототипом (О (О (О 61646 Поставлена задача вирішується тим, що про- титанова платівка, а реактивним газом був азот 4 понується спосіб одержання вітринної плівки, що при тиску 4х10 Па В процесі напилювання мішень включає розпилення мішені згідно винаходу , плівопромінювалась іонами азоту в інтервалі 4016 2 ку нітрида кремнію формують в результаті іонної 300х10 юн/см Результати проведених експериімплантації у гратку холодної підкладки (111) Si ментів узагальнені в таблиці іонізованих атомів мішені (титанової платівки) і З таблиці випливає, що при малих дозах 4 16 реактивного газу (азоту при тиску 4х10 Па) Макопромінення (40-100 х 10 юн/см ) плівка має товсимальне легування підкладки, що призводить до щину 30-1 ЗОнм і складається з нітрида кремнію , и максимального зміцнення, досягалося при такоТОНКОГО П р о ш а р к у СИЛІЦИДУ TI5SI3 І ЗОВНІШНЬОГО му режимі напилювання напруга (Vp) і струмінь (Ір) прошарку кристалічного оксиду титану ТіОз С збі16 2 на газовому розряді 380-400 В і 1А ВІДПОВІДНО, льшенням дози опромінення до 210х10 юн/см напруга (Vn) і струмінь (Іп) на мішені ВІДПОВІДНО 500 плівка містить головною уявою кристалічну фазу В и 50 мА, напруга (Vn) і струмінь (Іп) на підкладці S13N4 (200-240нм) і тонкий (40-50нм) ЗОВНІШНІЙ 20кВ і 54мА Змінюючи дозу опромінення мішені прошарок оксиду ТіСЬ з аморфною структурою ID 2 утримуючий острівці кристалічних ДВІЙНИКІВ ДІОКіонами від 40 до 300x10 юн/см одержували нітсиду титану (фіг 1) При таких дозах опромінення ридні плівки товщиною від ЗО до 450нм різної струспостерігається інтенсивний процес перебудови ктурної досконалості і фазового складу Структура кристалічної ґратки силіцида титана в гратку ніті фазовий склад плівок досліджувалися за допоморида кремнію Плівка при цьому має найбільше гою рентгенівського дифрактометра ДРОН-4 і елезчеплення з кремнієвою підкладкою і надається ктронного мікроскопа УЭМВ-100АК, товщина - іннайбільше корозійностійкою - її захисні властивостерференційним методом на приладі МИИ-4 Для ті виявляються в широкому інтервалі потенціалів аналізу структури і фазового складу використовувід 1,5 до 6,5В При подальшому збільшенні дози валася також підкладка (100)NaCI Адгезія оцінюопромінення (250-300x1016юн/см ) плівка крім нітвалася методом дряпання по величини критичної риду кремнію і дюксиду титану містить у проміжку навантаження і розраховувалася по формулі, приміж ними нітрид титану TiN - за рахунок збільшенведеної в [23] Електрохімічне поводження плівок ня концентрації ІОНІВ титану, що вилітають із мішевивчалося на потенцюстаті ПИ-50-1 із використанні (фіг 2) Таким чином, експерименти показали, ням хлорсрібного електроду порівняння і 10%-й що при малих і великих дозах опромінення адгезія сірчаної кислоти плівки і її корозійної СТІЙКОСТІ надаються нижче, Напилювання нітрид них плівок проводилося чим при середніх дозах опромінення Доза опроміна установці корпускулярного легування [22] при нення в інтервалі 160-210x1016юн/см є оптимальтакому режимі напилювання напруга і струмінь на ною з погляду механічних і електрохімічних власгазовому розряді 380-400 В і 1 А ВІДПОВІДНО, напрутивостей нітрид них плівок Дослідження плівок га і струмінь на мішені ВІДПОВІДНО 500В і 50мА, через рік після одержання показали високу стабінапруга і струмінь на підкладці 20кВ і 54мА В якольність складу і властивостей плівок сті підкладки була вибрана (111) Si, в якості мішені Таблиця Характеристики напилюваних плівок Доза опромінення, Фазовий склад плівки 1016юн/см2 40-100 S13N4/T15S13/T1O2 160-210 Біз^/крисг і аморф ТіОг 250-300 SI3N4/TIN/KPHCT і аморф ТіОг Товщина плівки, нм 30-130 200-290 390-450 Адгезія, мДж/м2 40 120 90 Струмінь анодного розчинення, А/см2 10 4 10° 10' Примітка крист - кристалічна, аморф - аморфна фаза Використання, винаходу що заявляється дозволяє на установці однакової по складності і вартості напилювальної юнно-плазменої, одержувати плівки нітриду кремнію S13N4 однорідної по фазовому складу з тонким захисним аморфним покриттям дюксиду титану, що мають у 2-3 рази більшу зчепність з підкладку і підвищену корозійну СТІЙКІСТЮ Джерела інформації, які використанні при складанні заявки 1 Технология тонких пленок Справочник, т 2 Под ред Л Майссела, Р Глэнга -М Сов радио 1977 -С 504 2 Л Т Акулова, Т И Серебрякова, В И Лященко и др Бориды и материалы на их основе Сб науч трудов ИПМ -Киев-1999 - С 186 3 М Kumar, M KSharan, M Sharon Non-catalytic displacement plating (NCDP) of photosensitive semiconducting thin films // Thin Solid Films -1998 V312 -pp 139-146 4 Xu Junhua, Li Geyang, Gu Mmgyuan The microstructure and mechanical properties of TaN/TiN and TaWN/TiN superlattice films // Thin Solid Films 2000 -V370, №1,2 -pp 45-49 5 С В Фортуна, Ю П Шаркеев Структура нанокристаллических и субмикрокристаллических нитридных покрытий // Материаловедение -2002, №12 -С 33-38 6 Р А Андриевский, Г В Калинников, Н П Кобелев и др Структура и физико-механические свойства наноструктурных боридонитридных пленок//ФТТ -1997 -Т39, №10 -С 1859-1864 7 YXLeng, Н Sun, P Yang et al Biomedical properties of tantalum nitride films synthesized by 61646 reactive dc magnetron sputter deposition // Thin Solid Films-1998 -V 317(1-2) -pp 153-156 16 AYokozawa US Patent №5,663,087, Sep 2, 1997 Method for forming nitride film having low Irakage corrent and high break down voltage -2000 -V 373, №1,2 - pp 273-276 17 П И Игнатенко, А А Гончаров, С С Примин Структура и свойства тонких покрытий S13N4, 9 P А Андриевский Синтез и свойства пленок N13S1 // Металлофизика и новейшие технологии фаз внедрения // Успехи химии - 1997 -Т66(1) 1998-Т20, №6 -С 70-73 С 57-77 10 Н Kawasaki, К Doi, J Namba and Y Suda 18 А Г Васильев, Д И Захаров, О И Лебедев Tantalum nitride thin films synthesized by pulsed Nd Формирование тонких пленок TiN методом реакYag laser deposition method // Mat Res Symp тивного магнетронного осаждения // Микроэлект2000-V/617 -pp 3221-3225 роника -1996 -Т25, №5 -С 354-362 11 G SChema, PY Lee and S T Chema Phase 19 П И Игнатенко, Д Н Терпий, В В Петухов, formation behavior and diffusion barrier property of А А Гончаров Влияние режима ВЧ-магнетронного reactively sputtered tantalum -based thin films used in распыления мишени VB2 на состав и структуру semiconductor metallization // Thin Solid Films напыляемых пленок // Неорган иатер -2001 -Т 37, 1999 -V 353 (1-2) -pp 264-273 №10-С 1201-1204 12 J M Lopez, F J Gordillo-Vazquez, О Bohme, 20 W-TLi, DRMcKenzie, W D McFall and J M Albella Low gram size TiN thin films obtained by Q С Zhang Effect of sputtermg-gas pressure on low energy ion beam assisted deposition // Appl properties of silicon nitride films produced by helicon surface sci - 2001 - V 173, №3-4 - pp 290-295 plasma sputtering // Thin Solid Films -2001 -V 384 (1) - p p 46-52 13 P Le Clair, G P Berera, J S Moodera Titanium nitride thin films obtained by a modified physical 21 J Damlovich, К Gartner, G Gotz et al Ion vapor deposition process // Thin Solid Films" 2000 implanted buried S13N4 layers below epitaxial NISI2 V376 №1,2 -pp9-15 layers // Phys status sohdi A-1989- v112, №2 pp 733-738 14 В П Афанасьев, В В Голубков, А С Гудовских и др Структура пленок AIN, полученных ре22 И П Васильев, В Н Злобин, В И Бондареактивным магнетронным распылением // Тр У кр нко Ионная имплантация катализаторов // Вакуумного об-ва -ISDF-5 -Харьков -2002 -262Тр Укр общ-ва - Харьков -1997 -Т 3 - С 70-72 265 23 В Миссол Поверхностная энергия раздела 15 Н Р Lobl and M Huppertz Thermal stability фаз в металлах -М Металлургия -1078 - С 176 ofnonstoichiometnc silicon nitride films made by reactive magnetron sputtering // Thin Solid Films 2001 -V 398-399 -pp 471-475 8 J Vilcarromero, MNP Carreno, I Pereyra Mechanical properties of boron nitride thin films obtained by RF-PECVD at low temperarures // Thin Solid Films ФЇГ, Комп'ютерна верстка А Ярославцева Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119