RU2215820C2 - Method of microwave-plasma-enhanced deposition of dielectric films on metallic surfaces with small radius of curvature - Google Patents

Method of microwave-plasma-enhanced deposition of dielectric films on metallic surfaces with small radius of curvature Download PDF

Info

Publication number
RU2215820C2
RU2215820C2 RU2001135242A RU2001135242A RU2215820C2 RU 2215820 C2 RU2215820 C2 RU 2215820C2 RU 2001135242 A RU2001135242 A RU 2001135242A RU 2001135242 A RU2001135242 A RU 2001135242A RU 2215820 C2 RU2215820 C2 RU 2215820C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plasma
deposition
radiation
curvature
small radius
Prior art date
Application number
RU2001135242A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2001135242A (en
Inventor
С.В. Редькин
В.В. Аристов
Original Assignee
Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН filed Critical Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН
Priority to RU2001135242A priority Critical patent/RU2215820C2/en
Publication of RU2001135242A publication Critical patent/RU2001135242A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2215820C2 publication Critical patent/RU2215820C2/en

Links

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Silicon Compounds (AREA)

Abstract

FIELD: plasma technology. SUBSTANCE: invention, in particular, relates to deposition of dielectric films with crystalline phase inclusions and can find use when manufacturing different tools, in particular for medical application. Method involves synthesis in crossed streams of plasma-forming and silicon-containing gases on a surface being treated preheated to 80-200 C by IR radiation or near the surface. IR radiation is oriented against plasma stream and the surface is arranged in parallel to radiation and rotated round its longitudinal axis. Heated surface is preliminarily insulated from installation body, affected by crystalline material stream, and positive relative plasma constant electric potential is introduced. EFFECT: enabled formation of thickness-uniform dielectric coatings with crystalline inclusions on small-curvature radius metallic tools. 3 ex

Description

Изобретение относится к области осаждения диэлектрических пленок с включениями кристаллической фазы на металлические поверхности, которые могут быть использованы в различных отраслях народного хозяйства в качестве обрабатывающей поверхности. Например, в медицине при снятии холистерин-кальциевых отложений на внутренних поверхностях кровеносных сосудов с использованием гибкого бура, менее твердых, чем кристаллические включения в пленке; кристаллических или аморфных поверхностей, объемов, отложений и т.д. The invention relates to the field of deposition of dielectric films with inclusions of the crystalline phase on metal surfaces, which can be used in various sectors of the economy as a processing surface. For example, in medicine, when removing calcium cholesterol deposits on the inner surfaces of blood vessels using a flexible drill, less solid than crystalline inclusions in the film; crystalline or amorphous surfaces, volumes, deposits, etc.

Известен способ СВЧ-плазменного осаждения диэлектрической пленки нитрида кремния в скрещенных газовых потоках плазмы и кремнийсодержащего газа (SiH4 и N2) на поверхность полупроводникового материала (Dzioba. S., Meikle. S., Streater R. W. , J. Electrochem. Soc. (USA), oct.1987, vol. 134, 10, 603-2599). Нагрев подложки проводят с помощью контактного резистивного метода до температуры 250-400oС.A known method of microwave plasma deposition of a dielectric film of silicon nitride in crossed gas flows of plasma and silicon-containing gas (SiH 4 and N 2 ) on the surface of a semiconductor material (Dzioba. S., Meikle. S., Streater RW, J. Electrochem. Soc. ( USA), oct. 1987, vol. 134, 10, 603-2599). The substrate is heated using the contact resistive method to a temperature of 250-400 o C.

Однако этот способ не позволяет получать покрытия на металлических поверхностях с малым радиусом кривизны, т.к. невозможно равномерно прогреть обрабатываемую поверхность. However, this method does not allow to obtain coatings on metal surfaces with a small radius of curvature, because it is impossible to evenly heat the surface to be treated.

Известен принятый за прототип способ СВЧ-плазменного осаждения диэлектрических пленок на металлические поверхности с малым радиусом кривизны (RU, патент, 2117070, С 23 С 14/06,10.08.98 г.). Способ включает синтез в скрещенных потоках плазмообразующего и кремнийсодержащего газов вблизи (или на) нагретой ИК-излучением до температуры 80-200oС обрабатываемой поверхности. При этом ИК-излучение направляют навстречу плазменному потоку, а поверхность располагают перпендикулярно плазменному потоку и вращают вокруг своей продольной оси.A known adopted as a prototype method of microwave plasma deposition of dielectric films on metal surfaces with a small radius of curvature (RU, patent, 2117070, C 23 C 14 / 06.10.08.98). The method includes synthesis in crossed streams of plasma-forming and silicon-containing gases near (or on) heated by infrared radiation to a temperature of 80-200 o With the treated surface. In this case, the IR radiation is directed towards the plasma flow, and the surface is perpendicular to the plasma flow and rotate around its longitudinal axis.

Указанный способ позволяет наносить "гладкие" диэлектрические пленки на металлические поверхности с малым радиусом кривизны, но не позволяет наносить пленки с включениями кристаллической фазы (например, кварца SiO2) ввиду того, что кристаллы просто не могут удерживаться на металлической поверхности с малым радиусом кривизны.This method allows you to apply "smooth" dielectric films on metal surfaces with a small radius of curvature, but does not allow you to apply films with inclusions of the crystalline phase (for example, silica SiO 2 ) due to the fact that the crystals simply can not be held on a metal surface with a small radius of curvature.

Предлагаемое изобретение решает задачу создания обрабатывающего поверхность металлического инструмента с малым радиусом кривизны, имеющего однородное по толщине диэлектрическое покрытие Si3N4 или SiO2 с кристаллическими включениями.The present invention solves the problem of creating a surface-treating metal tool with a small radius of curvature having a uniformly thick dielectric coating of Si 3 N 4 or SiO 2 with crystalline inclusions.

Поставленная задача достигается тем, что в известном способе СВЧ-плазменного осаждения диэлектрических пленок на металлические поверхности с малым радиусом кривизны, включающем синтез в скрещенных потоках плазмообразующего и кремнийсодержащего газов вблизи (или на) нагретой ИК-излучением до температуры 80-200oС обрабатываемой поверхности, причем ИК-излучение направлено навстречу плазменному потоку, а обрабатываемая поверхность расположена перпендикулярно ему и вращаема вокруг своей продольной оси, новым является то, что нагретую поверхность предварительно изолируют от корпуса установки, дополнительно направляют на нее поток кристаллического материала и подают положительный относительно плазмы постоянный электрический потенциал.The problem is achieved in that in the known method of microwave plasma deposition of dielectric films on metal surfaces with a small radius of curvature, including the synthesis in crossed flows of plasma-forming and silicon-containing gases near (or) heated by infrared radiation to a temperature of 80-200 o With the treated surface moreover, the infrared radiation is directed towards the plasma flow, and the surface to be treated is perpendicular to it and rotated around its longitudinal axis, the new is that the heated rhnost previously isolated from the installation housing it is further directed to crystalline material stream and fed plasma relative positive constant electric potential.

Величина потенциала определяется гранулометрическим составом кристаллической фазы. Чем выше размер кристаллов, тем больший потенциал необходимо подавать. The potential value is determined by the granulometric composition of the crystalline phase. The larger the size of the crystals, the greater the potential must be supplied.

Нанесение достаточно толстых (3 мкм) покрытий с включениями кристаллической фазы до 20 мкм на "развитые" поверхности и их длительная сохранность во времени говорит о том, что внутренние напряжения незначительны или вообще отсутствуют ввиду их релаксации в указанных температурных режимах во время осаждения. The application of sufficiently thick (3 μm) coatings with inclusions of the crystalline phase up to 20 μm on “developed” surfaces and their long-term preservation over time suggests that internal stresses are insignificant or even absent due to their relaxation in the indicated temperature conditions during deposition.

Подавая в процессе осаждения аморфной диэлектрической пленки в плазму (азота N2 или кислорода О2) кристаллическую фазу, мы заряжаем ее (каждый кристалл) отрицательно. Это объясняется тем, что любое твердое тело, помещенное в плазму, заряжается отрицательно ввиду того, что электроны плазмы имеют подвижность выше, чем ионы плазмы. Это то, что называется "плавающим" потенциалом плазмы. Таким образом, мы имеем положительно заряженную поверхность, на которую необходимо осадить пленку и отрицательно заряженную кристаллическую фазу, которые электростатически притягиваются друг к другу и удерживаются на поверхности за счет электростатического поля, поскольку заряд с поверхности диэлектричеких монокристаллов плохо "стекает", а этого времени вполне достаточно, чтобы образуемая аморфная фаза "приклеила" кристалл к поверхности с последующим его заращиванием. Таким образом, на поверхности с малым радиусом кривизны осаждаются диэлектрические пленки с включениями кристаллической фазы.During the deposition of an amorphous dielectric film into the plasma (nitrogen N 2 or oxygen O 2 ) the crystalline phase, we charge it (each crystal) negatively. This is explained by the fact that any solid body placed in a plasma is negatively charged due to the fact that plasma electrons have mobility higher than plasma ions. This is what is called the "floating" plasma potential. Thus, we have a positively charged surface on which it is necessary to deposit a film and a negatively charged crystalline phase, which are electrostatically attracted to each other and held on the surface due to the electrostatic field, since the charge from the surface of dielectric single crystals does not drain well, and this time is quite it is enough that the formed amorphous phase “sticks” the crystal to the surface with its subsequent overgrowing. Thus, dielectric films with inclusions of the crystalline phase are deposited on a surface with a small radius of curvature.

Пример 1
Проводился процесс осаждения нитрида кремния (Si3N4) на металлические поверхности с малым радиусом кривизны (r ~ 0,1 мкм, иглы). В качестве плазмообразующего газа использовался азот (N2). В качестве кремнийсодержашего газа использовался 5% раствор моносилана (SiH4) в аргоне (Аr). Кремнийсодержащии газ подавался непосредственно на объект осаждения. Игла подогревалась ИК-излучением до температуры 80oС, причем поток ИК-излучения был направлен навстречу плазменному потоку. В начале осаждения аморфной пленки Si3N4 в плазму подавалась кристаллическая фаза - кварц (SiO2) фракции 0,1-1 мкм. При этом механизмы, обеспечивающие вращение объекта вокруг его продольной оси, были изолированы от корпуса установки. Величина положительного смещения относительно плазмы на осаждаемую металлическую поверхность (цилиндрическая поверхность радиусом 0,05 мм) составила 3 В.
Example 1
The process of deposition of silicon nitride (Si 3 N 4 ) on metal surfaces with a small radius of curvature (r ~ 0.1 μm, needles) was carried out. Nitrogen (N 2 ) was used as the plasma-forming gas. A 5% solution of monosilane (SiH 4 ) in argon (Ar) was used as a silicon-containing gas. Silicon-containing gas was supplied directly to the deposition facility. The needle was heated by infrared radiation to a temperature of 80 o C, and the flow of infrared radiation was directed towards the plasma stream. At the beginning of the deposition of an amorphous Si 3 N 4 film, a crystalline phase — a quartz (SiO 2 ) fraction of 0.1–1 μm was fed into the plasma. Moreover, the mechanisms that ensure the rotation of the object around its longitudinal axis were isolated from the installation casing. The value of the positive displacement relative to the plasma on the deposited metal surface (cylindrical surface with a radius of 0.05 mm) was 3 V.

Время осаждения составляло 20 мин. Величина подведенной к плазме СВЧ-мощности составляла 600 Вт. Рабочее давление в камере составляло 2•10-3Торр.The deposition time was 20 minutes. The magnitude of the microwave power supplied to the plasma was 600 watts. The working pressure in the chamber was 2 • 10 -3 Torr.

Образовавшаяся пленка с включениями монокристаллов равномерно покрывала всю поверхность металла, в том числе и острие, была плотной, без пор в местах контакта монокристалла с металлом. Образовался своеобразный "ерш", покрытый аморфной фазой. В пленке преобладали включения монокристаллов менее 1 мкм (хотя отдельные кристаллы с размерами 1 мкм были обнаружены). The resulting film with inclusions of single crystals uniformly covered the entire surface of the metal, including the tip, was dense, without pores at the points of contact of the single crystal with the metal. Formed a kind of "ruff", covered with an amorphous phase. In the film, inclusions of single crystals less than 1 μm predominated (although individual crystals with sizes of 1 μm were detected).

Пример 2
Проводился процесс осаждения нитрида кремния (Si3N4) на металлические поверхности с малым радиусом кривизны (r~0,05 мм) - гибкий вал. В качестве плазмообразующего газа использовался азот (N2). В качестве кремнийсодержашего газа использовался 5% раствор моносилана (SiH4) в аргоне (Аr). Кремнийсодержащий газ подавался непосредственно на объект осаждения. Гибкий вал (спираль из проволоки r~0,05 мм) подогревался ИК-излучением до температуры 200oС, причем поток ИК-излучения был направлен навстречу плазменному потоку. Гибкий вал располагался перпендикулярно плазменному потоку и вращался вокруг собственной оси. Время осаждения составляло 20 мин. Гибкий вал и механизмы, обеспечивающие его вращение вокруг его продольной оси, были изолированы от корпуса установки. В начале процесса осаждения аморфной пленки Si3N4 в плазму подавалась кристаллическая фаза - кварц (SiO2) фракции 0,1-20 мкм. Величина подведенной к плазме СВЧ-мощности составляла 600 Вт. Рабочее давление в камере составляло 2•10-3 Торр. Величина положительного смещения относительно плазмы на осаждаемую металлическую поверхность составила 10 В. Образовавшаяся пленка толщиной 3 мкм с включениями монокристаллов равномерно покрывала всю внешнюю поверхность гибкого вала, была плотной, без пор в местах контакта монокристаллов с металлом. В пленке ("ерш" из монокристаллов, покрытый аморфной фазой) преобладали включения монокристаллов размером 0,1-10 мкм (и отдельные кристаллы с размером ~ 20 мкм).
Example 2
The process of deposition of silicon nitride (Si 3 N4) on metal surfaces with a small radius of curvature (r ~ 0.05 mm) - a flexible shaft. Nitrogen (N 2 ) was used as the plasma-forming gas. A 5% solution of monosilane (SiH 4 ) in argon (Ar) was used as a silicon-containing gas. Silicon-containing gas was supplied directly to the deposition object. A flexible shaft (a spiral of wire r ~ 0.05 mm) was heated by infrared radiation to a temperature of 200 o C, and the infrared radiation flux was directed towards the plasma flow. The flexible shaft was perpendicular to the plasma flow and rotated around its own axis. The deposition time was 20 minutes. The flexible shaft and the mechanisms ensuring its rotation around its longitudinal axis were isolated from the installation casing. At the beginning of the deposition of an amorphous Si 3 N 4 film, a crystalline phase — a quartz (SiO 2 ) fraction of 0.1–20 μm was fed into the plasma. The magnitude of the microwave power supplied to the plasma was 600 watts. The working pressure in the chamber was 2 • 10 -3 Torr. The positive bias relative to the plasma on the deposited metal surface was 10 V. The resulting film of 3 μm thickness with inclusions of single crystals uniformly covered the entire outer surface of the flexible shaft, was dense, without pores at the points of contact of the single crystals with the metal. In the film (a "ruff" of single crystals coated with an amorphous phase), inclusions of single crystals 0.1–10 μm in size prevailed (and individual crystals with a size of ~ 20 μm).

Пример 3. Example 3

Проводился процесс осаждения двуокиси кремния (SiO2) на металлические поверхности с малым радиусом кривизны (r~0,05 мм). В качестве плазмообразующего газа использовался кислород (О2). В качестве кремнийсодержащего газа использовался 5% раствор моносилана (SiH4) в аргоне (Аr). Кремнийсодержащий газ подавался непосредственно на объект осаждения. Гибкий вал (спираль из проволоки r~0,05 мм) подогревался ИК-излучением до температуры 190oС, причем поток ИК-излучения был направлен навстречу плазменному потоку. Гибкий вал располагался перпендикулярно плазменному потоку и вращался вокруг собственной оси. Время осаждения составляло 36 мин. Величина подведенной к плазме СВЧ-мощности составляла 800 Вт. Рабочее давление в камере составляло 5•10-3 Topр. В начале процесса осаждения аморфной пленки двуокиси кремния (SiO2) в плазму подавалась кристаллическая фаза - кварц (SiO2) фракции 0,1-30 мкм. Величина положительного смещения относительно плазмы на осаждаемую металлическую поверхность составила 15В. Образовавшаяся пленка толщиной 1,8 мкм с включениями монокристаллов равномерно покрывала всю внешнюю поверхность гибкого вала, была плотной, без пор в местах контакта монокристаллов с металлом. В пленке ("ерш" из монокристаллов, покрытый аморфной фазой) преобладали включения монокристаллов размером 0,1-20 мкм (и отдельные кристаллы с размером ~ 30 мкм).The process of deposition of silicon dioxide (SiO 2 ) on metal surfaces with a small radius of curvature (r ~ 0.05 mm) was carried out. As a plasma-forming gas, oxygen (O 2 ) was used. A 5% solution of monosilane (SiH 4 ) in argon (Ar) was used as a silicon-containing gas. Silicon-containing gas was supplied directly to the deposition object. The flexible shaft (wire spiral r ~ 0.05 mm) was heated by infrared radiation to a temperature of 190 o C, and the infrared radiation flux was directed towards the plasma flow. The flexible shaft was perpendicular to the plasma flow and rotated around its own axis. The deposition time was 36 minutes. The magnitude of the microwave power supplied to the plasma was 800 watts. The working pressure in the chamber was 5 • 10 -3 Topr. At the beginning of the deposition of an amorphous film of silicon dioxide (SiO 2 ), a crystalline phase was fed into the plasma — quartz (SiO 2 ) fractions of 0.1-30 μm. The magnitude of the positive displacement relative to the plasma on the deposited metal surface was 15V. The resulting film with a thickness of 1.8 μm with inclusions of single crystals uniformly covered the entire external surface of the flexible shaft, was dense, without pores at the points of contact of the single crystals with the metal. In the film (a "ruff" of single crystals coated with an amorphous phase) inclusions of single crystals 0.1–20 μm in size prevailed (and individual crystals with a size of ~ 30 μm).

Claims (1)

Способ СВЧ-плазменного осаждения диэлектрических пленок на металлические поверхности с малым радиусом кривизны, включающий синтез в скрещенных потоках плазмообразующего и кремнийсодержащего газов вблизи или на нагретой ИК-излучением до температуры 80-200oС обрабатываемой поверхности, при этом ИК-излучение направляют навстречу плазменному потоку, а обрабатываемую поверхность располагают перпендикулярно ему и вращают вокруг своей продольной оси, отличающийся тем, что нагретую поверхность предварительно изолируют от корпуса установки, в процессе осаждения дополнительно направляют на нее поток кристаллического материала, который подают в плазму, и подают положительный относительно плазмы постоянный электрический потенциал.The method of microwave plasma deposition of dielectric films on metal surfaces with a small radius of curvature, including the synthesis in crossed streams of plasma-forming and silicon-containing gases near or on a heated infrared radiation to a temperature of 80-200 o With the treated surface, while the IR radiation is directed towards the plasma stream and the surface to be machined is perpendicular to it and rotated around its longitudinal axis, characterized in that the heated surface is previously isolated from the installation body , during the deposition process, an additional stream of crystalline material is fed to it, which is supplied to the plasma, and a constant electric potential positive with respect to the plasma is supplied.
RU2001135242A 2001-12-27 2001-12-27 Method of microwave-plasma-enhanced deposition of dielectric films on metallic surfaces with small radius of curvature RU2215820C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001135242A RU2215820C2 (en) 2001-12-27 2001-12-27 Method of microwave-plasma-enhanced deposition of dielectric films on metallic surfaces with small radius of curvature

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001135242A RU2215820C2 (en) 2001-12-27 2001-12-27 Method of microwave-plasma-enhanced deposition of dielectric films on metallic surfaces with small radius of curvature

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2001135242A RU2001135242A (en) 2003-07-10
RU2215820C2 true RU2215820C2 (en) 2003-11-10

Family

ID=32027180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001135242A RU2215820C2 (en) 2001-12-27 2001-12-27 Method of microwave-plasma-enhanced deposition of dielectric films on metallic surfaces with small radius of curvature

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2215820C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10002745B2 (en) Plasma treatment process for in-situ chamber cleaning efficiency enhancement in plasma processing chamber
US5211995A (en) Method of protecting an organic surface by deposition of an inorganic refractory coating thereon
JPH09148322A (en) Method for forming silicon oxide film and plasma cvd film forming apparatus
JP2002505804A (en) Method and apparatus for metallizing silicon semiconductor device contacts with high aspect ratio
CN106575612A (en) Cleaning of chamber components with solid carbon dioxide particles
JPH06240457A (en) Method of depositing film containing silicon and oxygen
JPH04323375A (en) Method and device for forming coating layer on surface of working material
WO2020072203A2 (en) A thin film treatment process
RU2215820C2 (en) Method of microwave-plasma-enhanced deposition of dielectric films on metallic surfaces with small radius of curvature
CN109844904A (en) It is reduced by the aluminum fluoride of corona treatment
JPH0377655B2 (en)
JP3355892B2 (en) Method of forming carbon film
JPS63277593A (en) Elements coated with diamond and its production
JPS63243278A (en) Production of thin film
JP3078671B2 (en) Corrosion resistant member, method of using the same and method of manufacturing the same
JPH03139824A (en) Depositing method for semiconductor device
JPH10310866A (en) Production of silicon dioxide coating
JPH01188678A (en) Plasma vapor growth apparatus
US20220013336A1 (en) Process kit with protective ceramic coatings for hydrogen and nh3 plasma application
RU2035752C1 (en) Method for producing multilayer optical coat on substrate
JPH0362792B2 (en)
US20200270747A1 (en) Method for fabricating chamber parts
JP3563092B2 (en) Self-biased plasma CVD coating method and apparatus
JP4156792B2 (en) Method for manufacturing silicon member for semiconductor manufacturing process equipment
JPS5935674A (en) Vapor deposition device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071228