RU2121985C1 - Method of applying silicon nitride-based coating on glass, in particular, quartz, surface - Google Patents
Method of applying silicon nitride-based coating on glass, in particular, quartz, surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2121985C1 RU2121985C1 RU97109128/03A RU97109128A RU2121985C1 RU 2121985 C1 RU2121985 C1 RU 2121985C1 RU 97109128/03 A RU97109128/03 A RU 97109128/03A RU 97109128 A RU97109128 A RU 97109128A RU 2121985 C1 RU2121985 C1 RU 2121985C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- silicon nitride
- silicon
- coating
- energy
- glass
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 title claims description 5
- 239000010453 quartz Substances 0.000 title claims description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- -1 nitrogen ions Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 abstract description 3
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 11
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 4
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N Nitrous Oxide Chemical compound [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(4-methoxyphenyl)piperazin-1-yl]aniline Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N1CCN(C=2C=CC(N)=CC=2)CC1 VXEGSRKPIUDPQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000181 anti-adherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002144 chemical decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000041 hydrogen chloride Inorganic materials 0.000 description 1
- IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N hydrogen chloride Substances Cl.Cl IXCSERBJSXMMFS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000001272 nitrous oxide Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021426 porous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000005049 silicon tetrachloride Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000004936 stimulating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии нанесения покрытий из нитрила кремния на стеклянную, в том числе кварцевую поверхность. Технология может применяться, например, для нанесения покрытия на основе нитрида кремния на поверхности тиглей, используемых для удержания расплава кремния при получении монокристаллов кремния по методу Чохральского. The invention relates to a technology for coating silicon nitrile on a glass, including quartz, surface. The technology can be used, for example, for coating based on silicon nitride on the surface of crucibles used to hold a silicon melt when producing silicon single crystals by the Czochralski method.
Традиционные технологии создания покрытий из нитрида кремния (см. Голод И. А. , Девятова С. Ф., Ерков В.Г. и др. Нитрид кремния, синтезированный в реакторе пониженного давления из тетрахлорида кремния и аммиака - осаждение, свойства, использование: Обзоры по электронной технике. Сер. 2. Полупроводниковые приборы. Вып. 1 {1326}. - М.: ЦНИИ "Электроника". 1988. 44 с.) имеют в своей основе химическую реакцию 3SiCl4+4NH3 = Si3N4+12HCl, и не позволяют получать беспористые покрытия, т.к. рост покрытий сопровождается образованием столбчатых кристаллов нитрида кремния и, следовательно, сквозных пор на межкристаллитных границах, при этом рабочие температуры процесса составляют примерно 1000 К. Использующийся для получения нитрида кремния аммиак не позволяет полностью исключить попадание водорода в нитрид кремния, в результате чего в нитриде кремния образуются гидриды кремния и азота, резко снижающие термическую стабильность покрытия. Кроме того, осаждение покрытий из нитрида кремния химическим разложением требует использования веществ, обладающих высокой химической активностью и токсичностью, а также разработки эффективной системы утилизации хлористого водорода.Traditional technologies for creating coatings of silicon nitride (see Golod I.A., Devyatova S.F., Erkov V.G. et al. Silicon nitride synthesized in a reduced pressure reactor from silicon tetrachloride and ammonia - deposition, properties, use: Reviews on electronic technology, Ser. 2. Semiconductor devices, Issue 1 {1326}. - M .: Central Research Institute "Electronics". 1988. 44 pp.) Are based on the chemical reaction 3SiCl 4 + 4NH 3 = Si 3 N 4 + 12HCl, and do not allow to obtain non-porous coatings, because coating growth is accompanied by the formation of columnar crystals of silicon nitride and, therefore, through pores at the intergranular boundaries, while the process temperatures are about 1000 K. The ammonia used to produce silicon nitride does not completely eliminate the ingress of hydrogen into silicon nitride, as a result of which in silicon nitride silicon and nitrogen hydrides are formed, which sharply reduce the thermal stability of the coating. In addition, the deposition of silicon nitride coatings by chemical decomposition requires the use of substances with high chemical activity and toxicity, as well as the development of an effective system for the utilization of hydrogen chloride.
Целью данного изобретения является создание технологии нанесения беспористого антиадгезионного покрытия на основе нитрида кремния на поверхности тиглей, используемых для удержания расплава кремния при получении крупных монокристаллов кремния по методу Чохральского. Покрытие должно предотвратить растворение жидкого кремния в теле тигля, которое приводит к возникновению спаянного слоя при охлаждении и разрушению тигля вследствие различия коэффициентов термического расширения. The aim of the present invention is to provide a technology for applying a non-porous silicon nitride-based anti-adhesive coating on the surface of crucibles used to hold a silicon melt when producing large silicon single crystals by the Czochralski method. The coating should prevent the dissolution of liquid silicon in the body of the crucible, which leads to the formation of a soldered layer during cooling and destruction of the crucible due to the difference in the coefficients of thermal expansion.
Указанная цель достигается за счет того, что в способе нанесения покрытия на основе нитрида кремния на стеклянную, в том числе кварцевую поверхность, применяется технология ионно-атомного осаждения; покрытие наносится посредством термического напыления кремния в вакуумной камере в атмосфере азота с давлением 10-5 торр, при одновременной стимуляции синтеза нитрида кремния облучением осаждаемого слоя низкоэнергетическими ионами азота с энергией не более 10 кэВ, плотностью ионного тока до 50 мкА/см2 и температуре подложки до 700 К.This goal is achieved due to the fact that in the method of coating based on silicon nitride on a glass, including quartz surface, the technology of ion-atom deposition is used; the coating is applied by thermal deposition of silicon in a vacuum chamber in a nitrogen atmosphere with a pressure of 10 -5 torr, while stimulating the synthesis of silicon nitride by irradiating the deposited layer with low-energy nitrogen ions with an energy of not more than 10 keV, an ion current density of up to 50 μA / cm 2 and the substrate temperature up to 700 K.
Предлагаемые покрытия представляют собой композитный материал с переменным химическим и фазовым составом, в котором внешний слой состоит из чистого нитрида кремния, более глубокий - из твердого раствора кремния в нитриде кремния, а слой, примыкающий к подложке, и граница покрытие-подложка содержат нанометрические включения из чистого кремния. Благодаря этому контакт покрытия с жидким кремнием осуществляется через слой чистого нитрида кремния, тогда как наличие нанометрических включений в глубине играет демпфирующую роль по отношению к внутренним напряжениям, возникающим из-за разности коэффициентов термического расширения и параметров кристаллической решетки, препятствует развитию дислокационной структуры и как следствие образованию трещин. Поскольку реализуемая композитная структура есть следствие сочетания конкурирующих процессов, то технологические режимы оптимальны в весьма узком диапазоне значений этих параметров, и выявление этих диапазонов возможно только на основании ранее проведенных исследований ("know-how"). The proposed coatings are a composite material with a variable chemical and phase composition, in which the outer layer consists of pure silicon nitride, the deeper layer consists of a solid solution of silicon in silicon nitride, and the layer adjacent to the substrate and the coating-substrate interface contain nanometric inclusions of pure silicon. Due to this, the contact of the coating with liquid silicon is carried out through a layer of pure silicon nitride, while the presence of nanometric inclusions in depth plays a damping role with respect to internal stresses arising due to the difference in thermal expansion coefficients and crystal lattice parameters, prevents the development of a dislocation structure and, as a result cracking. Since the implemented composite structure is a consequence of a combination of competing processes, technological modes are optimal in a very narrow range of values of these parameters, and the identification of these ranges is possible only on the basis of previously conducted studies ("know-how").
Особенностью ионно-атомного осаждения является подавление образования пор в растущем покрытии, неизбежных при выращивании путем осаждения нитрида кремния из газовой фазы, используемого в традиционных технологиях. Отсутствие пористости доказано весьма жесткими испытаниями покрытий посредством их травления в плавиковой кислоте. Тем самым исключается доступ расплавленного кремния через покрытие к тиглю. A feature of ion-atom deposition is the suppression of pore formation in the growing coating, which is inevitable when grown by deposition of silicon nitride from the gas phase used in traditional technologies. The lack of porosity is proved by very stringent tests of coatings by etching in hydrofluoric acid. This eliminates the access of molten silicon through the coating to the crucible.
Предлагаемая технология основана на использовании в качестве компонентов чистых кремния и азота. Поскольку рабочее давление азота в камере составляет 10-5 торр, то концентрация образующихся при его ионизации соединений с остаточными газами (закись азота, аммиак и т.п.) будет значительно ниже любых предельно допустимых концентраций вредных газов. Естественно, что предлагаемая технология лишена такого недостатка, как образование гидридов в синтезируемом нитриде кремния, которое может происходить только за счет остаточного водорода, находящегося в вакуумной камере. Таким образом, предлагаемая технология дает возможность получать покрытия из нитрида кремния, не содержащие загрязнений, снижающих их термическую стабильность, и является экологически безопасной.The proposed technology is based on the use of pure silicon and nitrogen as components. Since the working pressure of nitrogen in the chamber is 10 -5 Torr, the concentration of compounds formed during its ionization with residual gases (nitrous oxide, ammonia, etc.) will be significantly lower than any maximum permissible concentration of harmful gases. Naturally, the proposed technology is devoid of such a drawback as the formation of hydrides in the synthesized silicon nitride, which can occur only due to the residual hydrogen in the vacuum chamber. Thus, the proposed technology makes it possible to obtain coatings of silicon nitride, not containing contaminants that reduce their thermal stability, and is environmentally friendly.
Новый физико-химический подход к созданию покрытий из нитрида кремния на стеклянной, в т.ч. кварцевой поверхности, и способ его реализации позволили обеспечить более высокую экологическую безопасность, бездефектность и стабильность покрытий. Предлагаемая технология может быть использована также в полупроводниковой промышленности для получения покрытий из нитрида кремния с целью получения высококачественных диэлектрических слоев; получения накопителей электронов и дырок в электрически перепрограммируемых постоянных запоминающих устройствах; защиты полупроводников от действия кислорода и паров воды. A new physicochemical approach to the creation of coatings of silicon nitride on glass, including quartz surface, and the method of its implementation allowed to provide higher environmental safety, defect-free and stable coatings. The proposed technology can also be used in the semiconductor industry to obtain coatings of silicon nitride in order to obtain high-quality dielectric layers; obtaining storage of electrons and holes in electrically reprogrammable read-only memory devices; protect semiconductors from oxygen and water vapor.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97109128/03A RU2121985C1 (en) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | Method of applying silicon nitride-based coating on glass, in particular, quartz, surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU97109128/03A RU2121985C1 (en) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | Method of applying silicon nitride-based coating on glass, in particular, quartz, surface |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2121985C1 true RU2121985C1 (en) | 1998-11-20 |
| RU97109128A RU97109128A (en) | 1999-04-27 |
Family
ID=20193640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU97109128/03A RU2121985C1 (en) | 1997-05-27 | 1997-05-27 | Method of applying silicon nitride-based coating on glass, in particular, quartz, surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2121985C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2357934C2 (en) * | 2004-06-24 | 2009-06-10 | Бенек Ой | Selective alloying of material |
| RU2370464C2 (en) * | 2004-06-24 | 2009-10-20 | Бенек Ой | Method of alloying and alloyed material |
| RU2462434C2 (en) * | 2006-05-16 | 2012-09-27 | Везувиус Крусибл Компани | Refractory item and method of its manufacturing |
| RU2518283C1 (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных системы" (ОАО "Российские космические системы") | Method of silicon nitride precipitation on silicon substrate |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2141444A (en) * | 1982-11-22 | 1984-12-19 | Roy Gerald Gordon | Chemical vapor deposition of titanium nitride and like films |
| DE4324576C1 (en) * | 1993-07-22 | 1995-01-26 | Ver Glaswerke Gmbh | Process for producing a multi-layered glass sheet |
-
1997
- 1997-05-27 RU RU97109128/03A patent/RU2121985C1/en active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2141444A (en) * | 1982-11-22 | 1984-12-19 | Roy Gerald Gordon | Chemical vapor deposition of titanium nitride and like films |
| DE4324576C1 (en) * | 1993-07-22 | 1995-01-26 | Ver Glaswerke Gmbh | Process for producing a multi-layered glass sheet |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Голод И.А. и др. Нитрид кремния, синтезированный в реакторе пониженного давления из тетрахлорида кремния и аммиака - осаждение, свойства, использование. Обзоры по электронной технике. Сер. 2, Полупроводниковые приборы. Вып. 1. - М.: ЦНИИ Электроника, 1988, с.44. Андриевский Р.А. и др. Нитрид кремния и материалы на его основе. - М.: Металлургия, 1984, с. 84. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2357934C2 (en) * | 2004-06-24 | 2009-06-10 | Бенек Ой | Selective alloying of material |
| RU2370464C2 (en) * | 2004-06-24 | 2009-10-20 | Бенек Ой | Method of alloying and alloyed material |
| RU2462434C2 (en) * | 2006-05-16 | 2012-09-27 | Везувиус Крусибл Компани | Refractory item and method of its manufacturing |
| US9388081B2 (en) | 2006-05-16 | 2016-07-12 | Vesuvius Crucible Company | Refractory article and production process thereof |
| RU2518283C1 (en) * | 2012-12-07 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных системы" (ОАО "Российские космические системы") | Method of silicon nitride precipitation on silicon substrate |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3158505A (en) | Method of placing thick oxide coatings on silicon and article | |
| KR100287489B1 (en) | How to form crystalline silicon carbide film at low temperature | |
| US20060174826A1 (en) | Tantalum based crucible | |
| JPS6249729B2 (en) | ||
| US4152182A (en) | Process for producing electronic grade aluminum nitride films utilizing the reduction of aluminum oxide | |
| US5277934A (en) | Method for protecting a graphite chuck for a starter filament in the manufacture of polycrystalline silicon | |
| EP0529593B1 (en) | A glass carbon coated graphite chuck for use in producing polycrystalline silicon | |
| KR100427118B1 (en) | Heat treatment jig and its manufacturing method | |
| US4594264A (en) | Method for forming gallium arsenide from thin solid films of gallium-arsenic complexes | |
| RU2121985C1 (en) | Method of applying silicon nitride-based coating on glass, in particular, quartz, surface | |
| CA2047536A1 (en) | Method of depositing fluorinated silicon nitride | |
| RU2286616C2 (en) | Method for producing part incorporating silicon substrate whose surface is covered with silicon carbide film | |
| KR19980702399A (en) | How to grow diamonds from C70 | |
| Klam et al. | Chemical vapour deposition of silicon onto iron: influence of silicon vapour phase source on the composition and nature of the coating | |
| US4550014A (en) | Method for production of free-standing polycrystalline boron phosphide film | |
| SU1710604A1 (en) | Method of epitaxial growing of single crystal layers of cubic sic | |
| Yu et al. | Structure stability and mechanical property of Y2O3 thin films deposited by reactive magnetron sputtering | |
| EP0204724A1 (en) | PROCESS FOR THE DEPOSITION OF GALLIUM ARSENIDE FROM GALLIUM-ARSENIC COMPLEXES IN STEAM. | |
| JPH06321690A (en) | Method of forming and processing semiconductor diamond film | |
| JPS635531A (en) | Cleaning and flattening of si surface and apparatus therefor | |
| KR100502467B1 (en) | GaN single crystal and its manufacturing method and its growing apparatus | |
| CN213866496U (en) | A kind of graphite container and silicon carbide single crystal growth crucible | |
| JPH0424431B2 (en) | ||
| Watanabe et al. | Crystal Structures of the TiO2 Films on the Quartz Substrate and the Powder formed in the Gaseous Phase by ArF Laser Photolysis of Ti (Oi-C3H7) 4 | |
| Ravi | Lockheed Missiles & Space Company, Inc. Research & Development Division 3251 Hanover Street, Palo Alto, CA 94304-1191 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |