Плазмохимический синтез тонких слоев карбонитрида кремния из паров кремнийорганических соединений

• Автор: Ермакова, Евгения Николаевна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 161 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Физико-химические свойства и области применения пленок карбонитрида кремния

1.2. Методы синтеза пленок карбонитрида кремния

1.2.1. Физические методы синтез

1.2.2. Химические методы синтеза

1.3. Синтез пленок карбонитрида кремния методом СУБ из кремнийорганических предшественников
1.4. Термодинамическое моделирование процессов фазообразования в системе 81-С-М-(Н)

1.5. Методы исследования процессов СУБ и пленок карбонитрида кремния 81С^Ы>,

1.5.1. Эллипсометрические измерения
1.5.2. Исследование химического состава
1.5.3. Исследование фазового состава
1.5.4. Исследование состава газовой фазы
1.5.5. Исследование других свойств пленок карбонитрида кремния
1.6. Зависимость функциональных характеристик от химической структуры и состава пленок карбонитрида кремния
1.7. Заключение
Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Исходные вещества
2.2. Измерение давления насыщенного пара соединений-предшественников и расчет термодинамических характеристик процесса испарения
2.3. Термодинамическое моделирование системы ЗНО-И-Н
2.4. Осаждение пленок системы ВНС-Л-Н методом РЕСУБ
2.4.1. Предварительная обработка подложек
2.4.2. Схема установки РЕСУБ
2.4.3. Методика проведения РЕСУБ экспериментов
2.5. Методы исследования физико-химических свойств пленок

Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Характеризация веществ БТМСЭА, БТМСФА и ТМФС как предшественников процессов CVD
3.2. Термодинамическое моделирование процессов химического осаждения из газовой фазы при использовании БТМСЭА, БТМСФА и ТМФС
3.2.1. CVD-диаграммы и состав пленок, получаемых из смесей БТМСЭА + Не
и БТМСЭА + NH3
3.2.2. CVD-диаграммы и состав пленок, получаемых из смесей БТМСФА + Не
и БТМСФА + NH3
3.2.3. CVD диаграммы и состав пленок, получаемых из смеси ТМФС + Не и ТМФС + NH3
3.3. Синтез и исследование физико-химических свойств пленок карбонитрида кремния
3.3.1. Синтез и характеризация пленок, полученных из БТМСЭА
3.3.1.1. Исследование строения, состава и морфологии поверхности пленок карбонитрида кремния, полученных из смеси БТМСЭА и гелия
3.3.1.2. Исследование строения, состава и морфологии поверхности пленок карбонитрида кремния, полученных из смеси БТМСЭА и аммиака
3.3.1.3. Функциональные свойства пленок, осажденных из БТМСЭА
3.3.2. Синтез и характеризация пленок, полученных из БТМСФА
3.3.2.1. Исследование строения, состава и морфологии поверхности пленок карбонитрида кремния, полученных из смеси БТМСФА и гелия
3.3.2.2. Исследование строения, состава и морфологии поверхности пленок карбонитрида кремния, полученных из смеси БТМСФА и аммиака
3.3.2.3. Функциональные свойства пленок, полученных из БТМСФА
3.3.3. Синтез и характеризация пленок, полученных из ТМФС
3.3.3.1. Исследование строения, состава и морфологии поверхности пленок SiC,:H (SiCv), полученных из смеси ТМФС и гелия
3.3.3.2. Исследование строения, состава и морфологии поверхности пленок SiCvN,,:H (SiC,Ny), полученных из смеси ТМФС и аммиака
3.3.3.3. Функциональные свойства пленок, осажденных из ТМФС
3.4. Исследование стабильности состава и свойств пленок SiC^H (SiCx) и
БЮД^Н (81С*МУ) во времени под воздействием атмосферы воздуха
3.5. Исследование пористости пленок 81СХ:Н (БЮхЫ^Н)
3.6. Перспективы применения пленок 81СХ:Н (81СХ) и БЮ^Ы^И (81СЛЫ,,), полученных из БТМСЭА, БТМСФА и ТМФС
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ИК-спектры БТМСЭА, БТМСФА, ТМФС

материала для выполнения представительного анализа. Так, затруднен анализ пленок методами РФА, ЯМР и др. По этой причине, вероятно, интересным и полезным является рассмотрение свойств хорошо изученных объемных материалов. Для некоторых порошков карбонитрида кремния в обзоре [206] приведен ряд общих характеристик, не зависящих от типа исходного вещества. Методами ЯМР и SAXS (Small-angle X-ray Scattering) было показано, что атом кремния тетраэдрически связан с атомами азота и углерода. Методами ЯМР-спектроскопии показано, что атомы углерода в объемном материале присутствуют в двух состояниях - зу^-гибридизованное состояние - в случае, когда присутствуют связи Si-C, .у/г-гибридизованное - в случае связывания углерода с другим атомом углерода.
В работах [207-209] методом спекания была получена объемная керамика состава Si2CN4, SiC2N4 и изучен ее фазовый состав методом РФА. Кристаллизация приведенных выше соединений происходит, соответственно, при температурах 400°С и 920°С. С другой стороны, в работе [210] было показано присутствие различных окружений атома кремния в керамике SiCvN,„ Среди них наряду с ^-углеродными доменами присутствуют фрагменты, содержащие окружения SiN4, SiC4, SiCNs в зависимости от температуры синтеза в диапазоне 800-1500°С. При более высоких температурах образуется лишь смесь фаз SiC + Si3N4 + С.
К настоящему времени предложено два основных пути формирования карбонитрида кремния как в объемном, так и в пленочном состоянии независимо от использующегося метода синтеза. Ряд авторов сообщает о получении карбонитрида кремния состава (Si,C)N [61,211], где часть атомов кремния замещена атомами углерода. Другие авторы [212], напротив, полагают, что в формируемых пленках карбонитрида кремния часть атомов углерода замещается атомами кремния с образованием одной оборванной связи и, таким образом, формируя структуру Si(N,C). Методом CVD с термической активацией были полущены пленки, имеющие структуру из элементов Si(C4_„N„), связанных sp - и sp2- гибридизованными углеродными связями. Наличие различных типов окружения вокруг кремния было показано методами ЯМР и спектроскопии характеристических потерь энергии электронами (EELS) [87]. Однако, получение пленки того или иного элементного состава не гарантирует наличия в ней определенных связей. Так, в работах [213-215] было показано, что пленка состава Si2CN4 не является соединением SijN4, в котором часть атомов Si замещена атомами С, а представляет собой тетраэдры Si3N4, соединенные мостиками -N=C=N-В статье [216] методом магнетронного распыления и методом ионной имплантации были получены пленки стехиометрического состава Si2CN4. Установлено наличие связей