автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Структура и свойства функциональных слоев нитрида кремния на различных стадиях их формирования в технологии устройств нано- и микросистемной техники

На правах рукописи

Аспирант Обижаев Денис Юрьевич

Структура и свойства функциональных слоев нитрида кремния на различных стадиях их формирования в технологии устройств нано- и микросистемной

техники

Специальность 05 02 01 — «Материаловедение (машиностроение)»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2008

Работа выполнена на кафедре «Общая химия, физика и химия композиционных материалов» «МАТИ» - Российского государственного технологического университета имени К Э Циолковского

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Бабаевский Петр Гордеевич

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Школьников Владимир Михайлович

кандидат технических наук Чурило Игорь Владимирович

Ведущая организация

Институт физической химии и электрохимии им АН Фрумкина Российской Академии Наук

Защита диссертации состоится «6» марта 2008 года в 14— часов на заседании диссертационного Совета Д 212 110 04 при «МАТИ» - Российском государственном технологическом университете им К Э Циолковского по адресу Москва, ул Оршанская, д 3, ауд 220А Отзыв на автореферат в одном экземпляре (заверенный печатью организации) просим направлять по адресу 121552, Москва, ул Оршанская, д 3, «МАТИ» - РГТУ им К Э Циолковского Тел (495)417-8878, факс (495)417-8978

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Университета Автореферат диссертации разослан «6» февраля 2008 года

Ученый секретарь диссертационного Совета к т н , доцент

Скворцова С В

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Устройства нано- и микросистемной техники находят все более широкое практическое применение и являются одними из основных результатов развития нано- и микротехнологий Основными задачами при их создании являются уменьшение массогабаритных характеристик, расширение функциональных возможностей, увеличение степени интеграции, быстродействия и снижение себестоимости Наиболее эффективным путем решения указанных задач является применение технологии поверхностной микрообработки для формирования исполнительных элементов микросистем на одной подложке с системой считывания или управления Эта технология базируется на использовании как основных функциональных, так и вспомогательных технологических, или «жертвенных», слоев, удаляемых на определенных стадиях технологического процесса В качестве функциональных слоев наиболее перспективным является использование слоев нитрида кремния, наносимых низкотемпературным газофазным плазмохимическим осаждением, в частности методом СВЧ-плазменного стимулирования реакций моносилана 81Н4 и азота N2 в условиях электронно-циклотронного резонанса, и обладающих высокими показателями физико-механических и электрофизических свойств, а в качестве «жертвенных» - полиимидных слоев, получаемых из растворов преполимеров на поверхности подложки и обладающих высокой термостойкостью и повышенной, по сравнению с функциональными слоями нитрида кремния, скоростью травления «сухими» (плазменными) методами, в первую очередь в высокочастотной плазме воздуха

В литературе отсутствуют систематизированные данные о структуре и свойствах слоев нитрида кремния, сформированных на полиимидных «жертвенных» слоях указанным методом, механизме и кинетике процесса травления «жертвенного» слоя из зазора между функциональным слоем и подложкой в высокочастотной плазме воздуха, а имеющиеся данные носят разрозненный характер и относятся, в основном, к характеристикам нитрида кремния, осажденного на кремниевую подложку Работы, относящиеся к разработкам устройств с применением систем «нитрид кремния - полиимидный «жертвенный» слой», не содержат описаний результатов исследований, посвященных свойствам материалов и выявлению закономерностей травления «жертвенных» слоев Сочетание практической необходимости исследований и

отсутствие литературных данных по теме диссертации обуславливает актуальность работы

Цель работы заключалась в исследовании закономерностей формирования структуры и свойств нано- и микроразмерных слоев нитрида кремния на полиимидных «жертвенных» слоях, процессов травления последних в высокочастотной плазме воздуха и разработке на этой основе технологических процессов, используемых при изготовлении устройств нано- и микросистемной техники

Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи

- исследовать влияние объемного соотношения реакционных газов, моносилана 81Н4 и азота N2, при осаждении слоев нитрида кремния на их химическое строение и модуль упругости,

- выявить влияние полиимидного слоя на химический состав и морфологию осаждаемых слоев нитрида кремния,

- определить влияние режимов осаждения и толщины слоев нитрида кремния на энергетические свойства их поверхности и адгезию к полиимидным слоям до и после дополнительной плазмохимической обработки последних,

- исследовать кинетику травления полиимидных «жертвенных» слоев в высокочастотной плазме воздуха, состав и структуру выделяющихся продуктов, а также установить влияние процесса травления на состав освобождаемой поверхности нитрида кремния,

- установить влияние толщины слоев нитрида кремния на остаточные деформации балочных элементов на их основе после травления полиимидного «жертвенного» слоя,

- разработать технологию формирования слоев нитрида кремния на полиимидных покрытиях для изготовления исполнительных элементов устройств нано- и микросистемной техники микроболометрических приемников ИК-излучения и газового сенсора на основе композиционных покрытий «полиимид - многостенные углеродные нанотрубки»

Тема и содержание диссертации являлись составной частью завершенных работ, выполненных на основании Постановления Правительства РФ по Государственному оборонному заказу на 2001 год, Федеральной целевой программе "Национальная технологическая база'" на 2002-2006 годы, Федеральной целевой программе "Исследования и разработки по приоритетным направлениям

развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы", а также инициативных работ

Научная новизна.

Впервые проведенными систематическими комплексными исследованиями наноразмерных слоев нитрида кремния (толщиной от 1 до 500 им), осажденных на поверхности полиимидных покрытий методом СВЧ-плазменного стимулирования в условиях электронно-циклотронного резонанса из смеси реакционных газов -моносилана S1H4 и азота N2, установлено, что структура и свойства слоев в решающей степени определяются соотношением реакционных газов и влиянием поверхности полиимида

Показано, что с увеличением соотношения S1H4/N2 от 0,3 до 1,06 полярная составляющая свободной поверхностной энергии слоев нитрида кремния уменьшается от 27,1 до 1,3 мДж/м2 вследствие замещения полярных (Si-N) на неполярные {Si—Si) связи Модуль упругости слоев нитрида кремния слабо зависит от соотношения реакционных газов и, соответственно, от химического состава слоев вследствие их аморфной структуры и пористости Различия в модуле упругости, определенном по кривым «нагрузка - деформация» слоистой пленки нитрид «кремния - полиимид - нитрид кремния» (60-70 ГПа) и методом наноиндентирования (75-80 ГПа), обусловлены меньшим влиянием пористости в локальном методе

Влияние поверхности полиимида на химический состав и свойства слоев нитрида кремния, обусловленное адсорбционными эффектами и химическим взаимодействием реакционных газов с активными группами полиимида, распространяется на 4 - 10 нм и приводит к повышенной концентрации атомов кислорода и азота вблизи границы раздела. Плазмохимическая обработка поверхности полиимида сопровождается увеличением по сравнению с необработанной поверхностью расчетной работы адгезии к ним слоев нитрида кремния на 5-12 % в сухом состоянии и ее уменьшением в присутствии воды на границе раздела на 32-63 % в зависимости от состава слоев нигрида кремния

Параметры шероховатости поверхности слоев нитрида кремния, осажденных на поверхность полиимида, соответственно, в 2 и в 11 раз ниже по сравнению со слоями, осажденными на поверхности кремния и алюминия, вследствие меньшего агрегирования структурных единиц осаждаемого слоя на поверхности полиимида.

Впервые проведенными комплексными исследованиями травления в высокочастотной плазме воздуха полиимидных «жертвенных» слоев в зазоре между слоем нитрида кремния и кремниевой подложкой в сравнении с открытой

поверхностью полиимида, а также состава и свойств высвобождаемых слоев нитрида кремния, выявлены зависимости механизма и кинетики травления «жертвенных» слоев от их толщины и топологии тестовых элементов, а состава и свойств высвобождаемых функциональных слоев, соответственно, от длительности травления и их толщины

Впервые показана возможность получения сплошной свободной пленки нитрида кремния толщиной 4 нм плазмохимическим травлением полиимидного «жертвенного» слоя Установлено, что скорость травления полиимидных «жертвенных» слоев толщиной меньше 10 мкм при заданных условиях сначала возрастает до максимума, высота и положение которого зависит от толщины слоя, а затем уменьшается практически до нуля при увеличении длительности и глубины травления Скорости травления «жертвенных» слоев толщиной больше 10 мкм и открытой поверхности полиимидного покрытия практически одинаковы, не зависят от продолжительности процесса и определяются только температурой в установке Продукты травления тонких «жертвенных» слоев характеризуются повышенным содержанием азота и кислорода по сравнению с продуктами травления открытой поверхности полиимида

Состав поверхности высвобождаемого слоя нитрида кремния, обращенной к «жертвенному» слою, зависит от продолжительности воздействия на нее плазмы воздуха чем оно больше, тем выше содержание атомов кислорода на поверхности и тем больше различие в их распределении по глубине вытравливания Напряженно-деформированное состояние высвобождаемых слоев при заданных режимах их осаждения и травления «жертвенного» слоя сложным образом зависит от их толщины

Практическая значимость.

Результаты комплексных исследований, проведенных в работе, использованы при разработке технологии плазмохимического осаждения слоев нитрида кремния на полиимидные «жертвенные» слои и травления последних, что позволило воспроизводимо получать микромостиковые структуры с минимальными остаточными напряжениями для матричных микроболометрических приемников ИК-излучения с высоким уровнем его поглощения Разработана методика измерения теплофизических характеристик микромостиковых структур для контроля качества матричных микроболометрических приемников ИК-излучения

Полученные в работе результаты исследований использованы также при разработке технологии изготовления газовых сенсоров на основе композиционных

покрытий «полиимид - многостенные углеродные нанотрубки», в результате чего получены эффективные защитные слои от проникновения влаги при работе сенсора во влажной атмосфере

Результаты работы использованы в учебном процессе при подготовке магистров по направлению 150600 «Материаловедение и технологии новых материалов» и инженеров по специальности 150601 «Материаловедение и технологии новых материалов» в «МАТИ» - РГТУ им К Э Циолковского

Практическая значимость результатов работы подтверждена заключениями об использовании ОАО "ЦНИИ"Циклон", "МАТИ"-РГТУ им К Э Циолковского, ФГУП «НИФХИ им Л Я Карпова»

Апробация работы. Материалы работы изложены на Всероссийских и Международных научно-технических конференциях на Молодежных научно-технических конференциях «МАТИ»-РГТУ им К Э Циолковского «Гагаринские чтения» (2006 г, 2007 г, Москва), на Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (2006 г, Москва), Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения (2006 г, Москва), Международной научно-технической конференции «Датчики и системы - 2005» (2005 г, г Пенза), Десятой международной научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии» (2004 г, г Волгоград), Международной конференции «Современные тенденции развития нанотехнологий и наноматериалов» (2007 г, г Астрахань)

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 7 статей, в том числе 3 статьи в журналах из Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, и 10 тезисов докладов Список статей приведен в конце автореферата

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов и двух приложений Работа изложена на 151 станице, содержит 43 рисунка, 7 таблиц и список используемых источников, содержащий 149 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлена актуальность диссертационной работы, сформулированы ее цели и задачи Описана научная новизна и практическая значимость полученных в диссертационной работе результатов

В первой главе на основании литературных данных представлены варианты

применения тонких слоев нитрида кремния в конструкциях недеформируемых и деформируемых многоуровневых исполнительных элементов устройств микро- и наносистемной техники, выполненных по технологии поверхностной микрообработки с применением полиимидных «жертвенных» слоев Применение этой технологии является одним из наиболее перспективных направлений развития промышленного производства таких устройств, поскольку позволяет уменьшить их массогабаритные характеристики, расширить функциональные возможности, увеличить степень интеграции, быстродействия, а также снизить себестоимость

Представлены технологические процессы изготовления исполнительных элементов устройств нано- и микросистемной техники на основе нитрида кремния с применением полиимидных «жертвенных» слоев Рассмотрены наиболее распространенные методы получения полиимидных покрытий, применяемых в качестве таких слоев, а также основные методы получения тонких слоев нитрида кремния и требования, предъявляемые к ним при формировании на поверхности полиимида. Определены основные ограничения и известные эффекты при травлении полиимидных «жертвенных» слоев с использованием нитрида кремния в качестве функционального слоя Рассмотрены структура и основные свойства химически осаждаемых слоев нитрида кремния, и показано, что они варьируются в широких пределах в зависимости от метода и режимов осаждения, а также от природы подложки Установлено отсутствие систематических данных, относящихся к характеристикам слоев нитрида кремния, осажденных на поверхности полиимидных «жертвенных» слоев

На основе обзора литературы показано, что для разработки эффективной технологии изготовления исполнительных элементов устройств нано- и микросистемной техники на основе функциональных слоев нитрида кремния наиболее важным и актуальным является установление закономерностей формирования структуры и свойств таких слоев, осаждаемых низкотемпературным плазмохимическим методом на поверхность полиимидных «жертвенных» слоев, и процессов плазмохимического травления полиимидных слоев из зазоров между функциональным слоем и подложкой

Во второй главе дано описание объектов и методов исследования закономерностей формирования структуры и свойств слоев нитрида кремния, осаждаемых методом СВЧ-плазменного стимулирования в условиях электронно-циклотронного резонанса из смеси реакционных газов (моносилана и азота) на полиимидных покрытиях и на других поверхностях, а также эффектов модификации поверхности полиимидных покрытий плазмохимическими

обработками в различных средах и их влияния на структуру и свойства слоев нитрида кремния в объеме и на межфазной границе с полиимидным покрытием Представлены и проанализированы результаты проведенных комплексных исследований этих закономерностей и эффектов

Объектами исследования служили слои нитрида кремния, осажденные на поверхности различных подложек

Подложками для осаждения слоев нитрида кремния служили полиимидные свободные пленки и покрытия на пластинах монокристаллического кремния марки КДБ-4,5 диаметром 76 и 102 мм Для сравнения нитрид кремния осаждали также непосредственно на поверхность кремниевых пластин, на алюминиевые покрытия и на поверхность кристаллов КВг, применяемых в методе ИК-спектроскопии

Полиимидные покрытия получали методом центрифугирования растворов различной концентрации в диметилацетамиде полиамидокислоты на основе пиромеллитового диангидрида и оксидианилина Полиамидокислоту подвергали двухстадийной термоимидизации сушке с частичной имидизацией при температуре 373 - 393 К и окончательной имидизации при температуре 558±3 К Толщину полиимидных покрытий варьировали в интервале от 0,2 до 5 мкм Свободные полиимидные пленки получали отделением сформированных полиимидных покрытий от кремниевых подложек с помощью опорного кольца

Слои нитрида кремния осаждали на полиимидные покрытия, пленки и другие подложки в установке низкотемпературного плазмохимического осаждения из газовой фазы с применением СВЧ-плазменного стимулирования в условиях электронно-циклотронного резонанса, разработанной в ИПТМ РАН г Черноголовки Для осаждения применяли газовую смесь моносилана 81Н4 и аргона Аг (в соотношении 25/75 об % соответственно) с азотом Осаждение проводили в диапазоне объемных соотношений от 0,3 до 1,06 Мощность СВЧ-

излучения выбирали таким образом, чтобы температура в реакторе в процессе осаждения не превышала 373 К Толщину слоев нитрида кремния варьировали от 1 до 500 нм

Модификацию поверхности полиимидных покрытий плазмохимической обработкой проводили в высокочастотной плазме тлеющего разряда при частоте 13,56 МГц в реакторе установки объемного типа «ТесЬп1С8-500» с применением в качестве плазмообразующих газов аргона, азота и воздуха. Мощность разряда составляла 300 Вт

Экспериментальные исследования проводили с использованием современных физико-химических методов

- ИК-спектроскопии, Ожэ-электронной спектроскопии, электронной спектроскопии для химического анализа и рН-метриии - для определения состава и структуры слоев нитрида кремния и полиимидных покрытий,

-оптической микроскопии, методов определения параметров шероховатости поверхностей при помощи профилографа и сканирующего зондового микроскопа, методов проекционного и микроинтерференционного определения углов смачивания различными жидкостями твердых поверхностей, термодинамических расчетных методов определения свободной поверхностной энергии Дана-Кейбла-Фаукса и Гуда-Ван Осса, методов расчета термодинамической работы адгезии в отсутствии и присутствии жидкости на границе раздела - для оценки свойств слоев нитрида кремния и полиимидных покрытий

Для определения модуля упругости слоев нитрида кремния использовали как «локальный» метод с помощью сканирующего зондового микроскопа «Наноскан», так и специально разработанный «глобальный» метод, основанный на определении кривых «нагрузка - деформация» при помощи разрывной машины Instron модели TT-D для трехслойных структур «нитрид кремния - полиимид - нитрид кремния» и расчете с использованием правила смеси

Проведенные исследования влияния объемного соотношения реакционных газов моносилан/азот на химический состав слоев нитрида кремния показали, что при всех исследованных соотношениях в составе слоев присутствуют связи Si-N, Si-O-Si, Si-H и N-H Увеличение содержания моносилана в смеси реакционных газов приводит к снижению содержания связей Si-N в составе осаждаемых слоев и замещением их неполярными связями Si—Si Кроме того, водород в составе осаждаемых слоев переходит из состояния химически связанного с азотом к кремнию При этом установлено, что изменение объемного соотношения моносилан/азот от 0,3 до 1,06 и, соответственно, химического состава слоев нитрида кремния не оказывает существенного влияния на величину их «локального» и «глобального» модуля упругости вследствие аморфной структуры и повышенной пористости

Исследования влияния полиимидного покрытия на химический состав слоев нитрида кремния, осажденных при заданном режиме на его поверхности, проведенные с помощью методов Ожэ-электронной спектроскопии, показали, что атомные концентрации кислорода и азота в нитриде кремния вблизи границы раздела с полиимидом возрастают по сравнению с объемом примерно на 10 и 4%, соответственно Возрастание концентрации кислорода и азота в слоях нитрида кремния на границе раздела с полиимидом обусловлено адсорбционными

эффектами или химической прививкой кислород- и азотсодержащих компонентов к активным центрам на поверхности полиимида на начальных стадиях процесса осаждения Эти предположения подтверждены анализом полос поглощения ИК-спектров слоев нитрида кремния, осажденных на поверхность полиимидной пленки При осаждении слоев нитрида кремния на поверхности монокристаллического кремния таких эффектов не наблюдается В объеме состав слоев нитрида кремния, осажденных на поверхности и полиимида, и монокристаллического кремния, одинаков

Исследованиями влияния природы подложки (полиимидного и алюминиевого покрытий на монокристаллическом кремнии и поверхности самого кремния) на параметры шероховатости осажденных слоев ншрида кремния установлено, что наименьшей шероховатостью обладают слои, осажденные на поверхности полиимида. Повышенная шероховатость слоев нитрида кремния на свободной поверхности монокристаллического кремния и на алюминиевом покрытии обусловлена повышенным агрегированием структурных единиц осаждаемого слоя нитрида кремния

Исследования влияния дополнительной высокочастотной плазмохимической обработки в среде различных плазмообразующих газов полиимидных покрытий и пленок, проводимой перед осаждением на них слоев нитрида кремния, на состав и свойства поверхности полиимида, показали, что такая обработка в среде воздуха, азота и аргона приводит увеличению его свободной поверхностной энергии за счет электронно-донорной компоненты При этом предельное значение свободной поверхностной энергии при обработке в среде воздуха и аргона составляет примерно 77,5 мДж/м2 и устанавливается за 2-3 с такой обработки При обработке в среде азота ее предельное значение достигается через 30-40 с При этом величина электронно-донорной компоненты на 3—4 мДж/м2 выше, а дисперсионная составляющая на 6-7 мДж/м2 ниже, чем при обработке полиимидных слоев в среде аргона и воздуха. Установлено, что высокочастотная плазмохимическая обработка в среде воздуха приводит к образованию на поверхности полиимида карбоксильных групп Их концентрация максимальна после трех секунд с начала обработки и составляет примерно 1,3х10"15 моль/см2 При увеличении длительности обработки концентрация карбоксильных групп на поверхности полиимидных слоев падает и через 900 с составляет 0,2x1 О*15 моль/см2, что связано с их травлением в кислородсодержащей плазме

Исследованиями влияния обработки в высокочастотной плазме воздуха полиимидного покрытия на энергетические характеристики поверхности

осажденного на него слоя нитрида кремния установлено, что такое влияние зависит от толщины слоя в интервале толщин от 1 нм до 10 нм При уменьшении толщины слоя нитрида кремния в этом интервале его свободная поверхностная энергия увеличивается от значений, характерных для толстых слоев нитрида кремния, осажденных при таком же режиме (порядка 50 мДж/м2), до предельных значений, характерных для полиимида, обработанного в высокочастотной плазме воздуха (примерно 75-77 мДж/м2) Это объясняется тем, что для толщин слоев нитрида кремния меньше 4 нм основной вклад в поверхностную энергию вносит поверхность полиимида вследствие островкового характера слоя нитрида кремния При толщине больше 4 нм слои нитрида кремния становятся сплошными, и изменение их свободной поверхностной энергии обусловлено влиянием поверхности полиимида на структуру и свойства нитрида кремния в объеме на толщину до 10 нм

При изменении соотношения реакционных газов 81Н4/Ы2 от 0,3 до 1,06 свободная поверхностная энергия слоев нитрида кремния толщиной больше 10 нм уменьшается в 25 раз за счет полярной составляющей (от 27,1 до 1,3 мДж/м2) Дисперсионная составляющая при этом остается постоянной и составляет около 42 мДж/м2

Исследованиями влияния соотношения реакционных газов при осаждении слоев нитрида кремния на поверхности полиимида на расчетную работу адгезии нитрида кремния к полиимиду установлено, что при отсутствии воды на межфазной границе термодинамическая работа адгезии при увеличении соотношения 81Н4/К2 от 0,3 до 1,06 уменьшается в 1,5 раза При наличии воды на межфазной границе наблюдается обратная картина термодинамическая работа адгезии при увеличении соотношения 81Н4/Ы2 растет, достигая предельных значений при соотношении, равном 0,7 Предварительная плазмохимическая обработка поверхности полиимида при заданном режиме осаждения нитрида кремния также повышает работу адгезии между слоями в сухом состоянии и ухудшает в увлажненном состоянии Последние расчетные данные подтверждены экспериментально при погружении в воду образцов, представляющих собой слои нитрида кремния, осажденные на поверхности полиимидных покрытий, подвергнутых предварительной плазмохимической обработке, наблюдалось самопроизвольное отслаивание слоев нитрида кремния от полиимида, тогда как в случае необработанных покрытий адгезионное соединение не разрушалось

Основные свойства слоев нитрида, осажденных методом СВЧ-плазменного стимулирования в условиях электронно-циклотронного резонанса на поверхности

полиимида, и краткое резюме наблюдаемых эффектов обобщены в таблице

Таблица

Основные свойства слоев нитрида кремния, осажденных методом СВЧ-плазменного стимулирования в условиях электронно-циклотронного резонанса на

поверхности полиимида

Свойство Диапазон значений Резюме полученных данных

Модуль упругости, ГПа - в «локальном» методе - в «глобальном» методе 75-80 60-70 Не имеет ярко выраженной зависимости от состава слоев и определяется аморфной структурой и пористостью

Параметры шероховатости на поверхности полиимида, нм "Яа -Яг 0,51-0,74 2,20 - 3,39 Значительно меньше, чем на поверхности кремния и алюминия, вследствие меньшего агрегирования структурных элементов

Поверхностная энергия, мДж/м2 -г* - 7Р (полярная составляющая) - Ул (дисперсионная составляющая) 39,1-65,8 1,3 - 27,1 38,7-41,7 Уменьшается с ростом соотношения S1H4/N2 за счет полярной составляющей вследствие замещения полярных связей Si-N на неполярные Si-Si

Расчетная работа адгезии слоев нитрида кремния к полиимиду, мДж/м2, в отсутствии (в числителе) и в присутствии (в знаменателе) влаги на границе раздела - при плазмохимической обработке поверхности полиимида - без плазмохимической обработки поверхности полиимида (94,0-143,0)/ (10,5-20,5) (89,6 - 127,5)/ (15,4-36,9) С уменьшением соотношения SiH4/N2 и при плазмохимической обработке поверхности полиимида увеличивается при отсутствии воды на границе раздела и уменьшается в ее присутствии

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований закономерностей травления полиимидных «жертвенных» слоев из тонких зазоров

dV/dT 0,12

между кремниевой подложкой и слоем нитрида кремния, а также состава и свойств освобожденных травлением слоев нитрида кремния

Объектами для исследования кинетики травления «жертвенного» слоя служили плоские структуры, представляющие собой сформированные на поверхности кремниевой подложки полиимидные «жертвенные» слои толщиной от 5 нм до 15 мкм, на которые осаждали слои нитрида кремния толщиной от 4 нм до 500 нм, из которых травлением формировали тестовые элементы с балочной топологией и с круглыми отверстиями Слои нитрида кремния осаждали при соотношении реакционных газов моносилан/азот, равном 0,69 Их травление при формировании балочных тестовых элементов и круглых отверстий осуществляли в установке травления диэлектриков в условиях электронно-циклотронного резонанса, разработанной в ИПТМ РАН г. Черноголовки Травление полиимидного «жертвенного» слоя осуществляли в реакторе установки «Плазма — 600 Т» с применением в качестве плазмообразующего газа воздуха при его давлении в интервале от 10 до 80 Па, мощности разряда 600 Вт и продолжительности процесса от 2 до 120 мин

Скорость травления определяли с помощью оптического микроскопа по глубине вытравленного «жертвенного» слоя при заданной его высоте, ширине и

продолжительности процесса травления с расчетом средней скорости травления по объему вытравленного слоя в единицу времени

Полученные результаты показали, что зависимость скорости травления

полиимидных «жертвенных» слоев от длительности процесса при их малых толщинах (меньше 10 мкм) существенно отличается от зависимости, полученной при сравнительно больших толщинах «жертвенных» слоев (больше 10 мкм), как и открытой поверхности полиимидного покрытия

50

100

мин

Рис 1 Зависимости скорости травления (dV/dt) полиимидного «жертвенного» слоя толщиной 50 нм (!) и 150 нм (2) и свободной поверхности полиимидного покрытия (3), а также температуры (Т) в реакторе (4) от продолжительности процесса (t)

При травлении тонких «жертвенных» слоев с балочной топологией функционального слоя наблюдается экстремальный характер зависимости скорости травления от длительности процесса (рис.1, кривая 1): возрастание скорости на начальной стадии и последующее ее уменьшение практически до нуля. С увеличением толщины «жертвенного» слоя наблюдается сдвиг длительности процесса травления, при которой достигается максимальная скорость травления и его прекращение, в сторону больших значений (рис.1, кривая 2). В случае открытой поверхности полиимидного покрытия скорость травления достаточно быстро выходит на установившийся уровень и практически не зависит от продолжительности плазменной обработки, четко коррелируя с температурой в установке (рис. 1, кривые 3, 4).

При травлении «жертвенных» слоев из отверстий в функциональном слое установлено, что глубина предельно вытравленного «жертвенного» слоя при заданной продолжительности процесса травления зависит от диаметра отверстий (рис. 2): с увеличением диаметра отверстия до 10 мкм глубина вытравленного слоя резко возрастает, а после 10 мкм она практически не

/, мкм

зависит от него.

Исследования влияния толщины «жертвенного» слоя на предельно вытравленную его глубину при заданной

продолжительности процесса травления показали

экстремальный характер зависимостей: при

увеличении толщины

«жертвенного» слоя от нескольких нанометров до 0,6 мкм наблюдается резкое

15

10 -

0,1

I

10

100

с1, мкм

Рис. 2. Зависимости глубины освобожденного травлением зазора (!) в от диаметра отверстий (с1) в слое нитрида кремния при различной продолжительности процесса (в минутах). 20 (1), 40 (2), 50 (3)

возрастание глубины вытравленного слоя с достижением ее предельного значения, а при дальнейшем увеличении толщины глубина вытравленного слоя плавно уменьшается, достигая предельных значений при 10 мкм, соответствующих величине вытравливания полиимидных покрытий с открытой поверхности. Такой характер зависимостей глубины вытравленного полиимидного «жертвенного»

слоя от его толщины при малых ее значениях объясняется различием условий теплообмена и массопереноса в «жертвенном» слое различной толщины и по сравнению с открытой поверхностью полиимидного покрытия При длительном травлении «жертвенных» слоев толщиной более 10 мкм механизм и кинетика процесса достаточно близки к травлению свободных поверхностей полиимидных покрытий, в котором основную роль играют параметры процесса и характеристики плазмы

Такое объяснение наблюдаемых эффектов экспериментально подтверждено исследованиями методами ИК-спектроскопии и электронной спектроскопии для химического анализа продуктов травления, осажденных на поверхность пластин иодида калия Установлено, что в продуктах травления как «жертвенного» слоя, так и открытой поверхности полиимидного покрытия присутствуют бензольные кольца, фрагменты имидных циклов (С=0 связи), а также амидная группа - СОКН (связи С=0 и С-ЫН) Кроме того, в продуктах травления открытой поверхности полиимида присутствуют группы N-0, которые, по-видимому деструктируют в случае более интенсивных режимов травления «жертвенных» слоев При этом относительное содержание атомов кислорода и азота в составе осаждаемых продуктов травления полиимидных «жертвенных» слоев на 100 атомов углерода можно представить формулой СюоОн^з, а свободной поверхности полиимидных покрытий - СюоОцМц, то есть продукты травления полиимидных «жертвенных» слоев из зазоров содержат больше азота и кислорода по сравнению с продуктами травления открытой поверхности полиимидного покрытия

Установлено, что плазмохимическое травление «жертвенного» слоя оказывает значительное влияние на состав функционального слоя нитрида кремния со стороны поверхности, обращенной к полиимидному «жертвенному» слою и освобожденной его травлением Методом Ожэ-электронной спектроскопии показано, что эта поверхность имеет повышенное содержание атомов кислорода, причем, из-за различной длительности воздействия плазмы на высвобождающуюся поверхность нитрида кремния, концентрация атомов кислорода в ее центре и у края резко различается Так, например, в центре вытравленной площадки 48x48 мкм она составляет 25%, а у ее краев 35,1 %

Обнаружена резко выраженная зависимость напряженно-деформированного состояния тестовых балочных элементов на основе высвобожденных травлением «жертвенных» слоев пленок нитрида кремния от их толщины в диапазоне от 100 до 500 нм (рис 3) С ростом толщины величины деформаций увеличиваются, изменяют свой знак от отрицательных к положительным при толщине порядка 300

нм и достигают максимума при толщине около 400 нм При дальнейшем увеличении толщины до 500 нм величины деформаций снижаются, вторично изменяя знак от положительных к

отрицательным при толщине порядка 450 нм Сложный характер зависимости можно объяснить превалирующим влиянием различных

факторов при различных толщинах слоев жесткости балочного элемента,

структурной и термической составляющих остаточных напряжений в нем

Четвертая глава посвящена использованию результатов исследований, полученных в работе, при разработке технологии осаждения слоев нитрида кремния на полимиидные покрытия и их травления, в случае применения в качестве «жертвенных» слоев, для изготовления двух устройств

• микроболометрических приемников ИК-излучения на мультиплексорах формата 2x48, 160x120 и 320x240 пикселей,

• газового сенсора на основе композиционного покрытия «полиимид -многостенные углеродные нанотрубки»

Микроболометрические приемники ИК-излучения

На основании полученных в работе экспериментальных данных и установленных закономерностей разработана технология осаждения функциональных слоев нитрида кремния на полиимидный «жертвенный» слой, а также технология травления последнего Это позволило обеспечить удовлетворительную адгезию слоев нитрида кремния к полиимидному «жертвенному» слою и минимальные значения остаточных напряжений при сохранении максимального уровня поглощения микромостиковыми структурами ИК-излучения в диапазоне длин волн 8-14 мкм Полученные микромостиковые структуры (рис 4) удовлетворяют указанным требованиям при интенсивности поглощения ИК-излучения в указанном диапазоне порядка 85% С помощью

М,

Рис 3 Зависимость относительных остаточных деформаций балочных элементов (Ь,Ь-их вертикальный прогиб и длина, соответственно), осажденных при соотношении Б^^г равном 0,69, от их толщины

разработанной оригинальной методики оценены теплофизические характеристики микромостиковых структур, которые при заданных геометрических размерах лежат в следующих пределах:

- теплопроводность 1,54 х 10"7—2,93х10"7 Вт/К;

- постоянная времени 5,7 - 12,4 мс;

- теплоемкость 1,54 х 10~9 - 1,67 х 10"9 Дж/К, и определяются, в первую очередь, теплофизическими характеристиками слоя нитрида кремния.

Газовый сенсор на основе композиционного покрытия «полиимид - многостенные углеродные нанотрубки»

С использованием результатов диссертационной работы разработана технология осаждения слоев нитрида кремния на поверхность полиимидного

планаризующего слоя. Слой нитрида кремния используется в качестве защиты от

проникновения в полиимид влаги при работе сенсора во влажной атмосфере. Слои нитрида кремния, осажденные на полиимидный слой в разработанном режиме, обеспечивают защиту от воздействия влаги в течение 3 суток при выдержке в условиях 90 %-ной относительной влажности. При этом на межфазной границе раздела «нитрид кремния - полиимид» обеспечивается удовлетворительная прочность адгезионного взаимодействия.

Полученные результаты позволили воспроизводимо получать образцы газового сенсора на основе композиционных покрытий «полиимид - многостенные углеродные нанотрубки». Номенклатура детектируемых газов - Н2, СО, С02, СН4, нижний предел обнаружения газов 0,01 % (об.).

В приложениях к диссертационной работе представлены методика определения теплофизических характеристик микромостиковых структур и заключения об использовании результатов диссертационной работы.

Рис. 4. Микрофотографии одиночного элемента

микромостиковой структуры (а) и фрагмента неохлаждаемой

болометрической матрицы

Лопмата 2x48 пикселей (й*

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Исследованиями слоев нитрида кремния толщиной от 1 до 500 нм.

осажденных методом СВЧ-плазменного стимулирования в условиях электронно-циклотронного резонанса на поверхность полиимидных «жертвенных» слоев установлено, что значительное влияние на их структуру и свойства оказывает соотношение реакционных газов - моносилана и азота. Повышенное содержание моносилана в смеси реакционных газов сопровождается замещением полярных (SiN) на неполярные (Si—Si) связи и резким уменьшением полярной составляющей свободной поверхностной энергии слоев нитрида кремния от 27,1 до 1,3 мДж/м2 при увеличении соотношения S1H4/N2 от 0,3 до 1,06 Различия в модуле упругости, определенном «глобальным» методом по кривым «нагрузка - деформация» слоистой пленки нитрид «кремния - полиимид - нитрид кремния» (60-70 ГПа) и «локальным» методом наноиндентирования (75-80 ГПа), обусловлены меньшим влиянием пористости в «локальном» методе При этом модуль упругости слоев нитрида кремния слабо зависит от соотношения реакционных газов и, соответственно, от химического состава вследствие аморфной структуры и пористости

2 Влияние поверхности полиимида на состав и свойства слоев нитрида кремния, осажденных на его поверхность, распространяется на 4 - 10 нм, приводит к повышенной концентрации атомов кислорода и азота вблизи границы раздела и обусловлено адсорбционными эффектами и химическим взаимодействием реакционных газов с активными группами полиимида Плазмохимическая обработка полиимидных слоев, проводимая перед осаждением слоев нитрида кремния в среде воздуха, азота и аргона, приводит к увеличению свободной поверхностной энергии полиимидных слоев за счет полярной (электронно-донорной) компоненты При обработке в высокочастотной плазме воздуха достигается предельное значение поверхностной энергии, равное 77,5 мДж/м2 При этом в начальный момент плазмохимической обработки на поверхности полиимида происходит образование карбоксильных групп, а при увеличении длительности обработки до 900 с, их концентрация снижается от 1,4 х 10'" до 0,2 х 10~15 моль/см2 Плазмохимическая обработка поверхности полиимида сопровождается также увеличением расчетной работы адгезии слоев нитрида кремния на 5-12 % в сухом состоянии и ее уменьшением в присутствии воды на границе раздела на 32-63 % (в зависимости от соотношения реакционных газов) по сравнению с необработанным состоянием Параметры шероховатости поверхности слоев нитрида кремния, осажденных на поверхность полиимида, соответственно, в 2 и в 11 раз ниже по сравнению со слоями, осажденными на поверхности кремния и алюминия вследствие меньшей степени агрегирования структурных единиц

осаждаемого слоя на поверхности полиимида

3 Исследованиями кинетики и состава продуктов плазмохимического травления в высокочастотной плазме воздуха полиимидных «жертвенных» слоев толщиной от 5 нм до 15 мкм в тонком зазоре между функциональным слоем нитрида кремния и кремниевой подложкой выявлена зависимость механизма и кинетики травления «жертвенных» слоев от их толщины и топологии тестовых элементов Скорость травления полиимидных «жертвенных» слоев толщиной менее 10 мкм при заданных условиях проходит на начальных стадиях через максимум, высота и положение которого зависят от толщины слоя, и уменьшается практически до нуля при увеличении глубины травления, тогда как скорость травления открытой поверхности полиимидного покрытия не зависит от продолжительности процесса и определяется только температурой в установке Такой характер зависимостей длины вытравленного полиимидного «жертвенного» слоя от его толщины объясняется изменением условий теплообмена и массопереноса в «жертвенном» слое с изменением его толщины При толщине «жертвенного» слоя более 10 мкм скорость травления этого слоя и свободной поверхности полиимида практически одинаковы Продукты травления тонких полиимидных «жертвенных» слоев характеризуются повышенным содержанием азота и кислорода по сравнению с продуктами травления открытой поверхности полиимида

4 Поверхность слоя нитрида кремния, обращенная при формировании к «жертвенному» слою и высвобождаемая при его травлении, неоднородна по составу и распределению элементов Неоднородность зависит от длительности травления чем дольше происходит воздействие компонентов плазмы на поверхность нитрида кремния, тем выше в ней содержание атомов кислорода

5 Выявлена корреляция напряженно-деформированного состояния высвобождаемых слоев нитрида кремния, осажденных при соотношении 81Н4/М2, равном 0,69, от их толщины в диапазоне от 100 до 500 нм Показано, что с ростом толщины величины деформаций увеличиваются, изменяют свой знак от отрицательных к положительным при толщине порядка 300 нм и достигают максимума при толщине около 400 нм При дальнейшем увеличении толщины до 500 нм величины деформаций снижаются, вторично изменяя знак от положительных к отрицательным при толщине порядка 450 нм

6 Показана возможность получения методом плазмохимического травления полиимидного «жертвенного» слоя сплошной свободной пленки нитрида кремния толщиной около 4 нм

7 Результаты исследований, полученные в работе, использованы для разработки технологии плазмохимического осаждения слоев нитрида кремния на полиимидных «жертвенных» слоях, и травления последних при изготовлении матричных микроболометрических приемников ИК-излучения, что позволяет воспроизводимо получать слои нитрида кремния с высокой адгезией к полиимиду и микромостиковые структуры с минимальными остаточными напряжениями и высоким уровнем поглощения ИК-излучения Разработана оригинальная методика измерения теплофизических характеристик микромостиковых структур для контроля качества матричных микроболометрических приемников ИК-излучения Полученные в работе экспериментальные данные использованы при разработке технологии изготовления газовых сенсоров на основе композиционных покрытий «полиимид - многостенные углеродные нанотрубки» с эффективной защитой от проникновения влаги при работе сенсора во влажной атмосфере

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах

1 Жуков А А , Четверов Ю С , Кудрявцев П Н , Бирюлин П В , Здобников А Е, Бабаевский П Г, Обижаев Д Ю Метод определения теплофизических характеристик неохлаждаемых полупроводниковых микроболометров // Нано- и микросистемная техника, 2006, №1, с 24 — 27

2 Жукова С А , Обижаев Д Ю , Демичева О В , Алексеев А М , Клинова Л Л, Томишко М М Газовый сенсор на многостенных углеродных нанотрубках, работающий на регистрации четырех электрофизических параметров И Нано- и микросистемная техника, 2007, №4, с 60-64

3 Жукова С А , Обижаев Д Ю , Жуков А А , Бабаевский П Г Закономерности плазмохимического травления полиимидных «жертвенных» слоев в микро- и наноразмерных зазорах // Нано- и микросистемная техника, 2007, №9, с 20-25

4 Бабаевский П Г, Жуков А А, Жукова С А, Обижаев Д Ю Изменение химического состава поверхности тонкого полиимидного покрытия при плазмохимической обработке // Научные труды МАТИ им К Э Циолковского вып 6(78) -М ИЦ МАТИ, 2004, с 78-82

5 Бабаевский П Г, Жуков А А, Жукова С А, Обижаев Д Ю Оценка напряженного состояния пленок нитрида кремния при формировании структур с использованием «жертвенных» полиимидных слоев // Научные

труды МАТИ им К Э Циолковского вып 8 (80) -М ИЦ MATH, 2005, с 8 - 12

6 Бабаевский П Г, Жуков А А, Обижаев Д Ю Влияние условий осаждения и толщины балочных структур на основе нитрида кремния на остаточные напряжения и их релаксацию // Научные труды МАТИ им К Э Циолковского вып 11 (83) -М ИЦ МАТИ, 2006, с 45 - 48

7 Бабаевский П Г, Жуков А А, Жукова С А , Обижаев Д Ю Исследование плазмохимического травления полиимидных «жертвенных» слоев в нано- и микроразмерных зазорах // Научные труды МАТИ им К Э Циолковского вып 12(84) -М ИЦ МАТИ, 2007, с 34-38

Сдано в печать 31 января 2008 г Объем печати 1пл Заказ№225/8 Тираж 100 экз Отпечатано в типографии ООО НВП «ИНЭК» г Москва, Ленинградское шоссе, д 18

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Конструкции исполнительных элементов устройств микро- и наносистемной техники на основе тонких слоев нитрида кремния, выполняемых с применением полиимидных «жертвенных» слоев.

1.2. Технологические процессы изготовления исполнительных элементов устройств микро- и наносистемной техники на основе слоев нитрида кремния с применением полиимидных «жертвенных» слоев.

1.3. Структура и свойства тонких слоев нитрида кремния.

Глава 2. Исследование закономерностей формирования структуры и свойств слоев нитрида кремния на полиимидных покрытиях и пленках.

2.1. Объекты исследования, способы получения и обработки образцов.

2.2. Методы исследования.

2.3. Влияние соотношения реакционных газов на химическое строение и модуль упругости слоев нитрида кремния.

2.4. Влияние подложки на состав и структуру осажденных слоев нитрида кремния.

2.5. Влияние подложки на морфологию осажденных слоев нитрида кремния.

2.6. Влияние плазмохимической обработки на поверхностную энергию полиимидного покрытия.

2.7. Влияние плазмохимической обработки полиимидного покрытия на поверхностную энергию и расчетную работу адгезии осажденных I слоев нитрида кремния различной толщины в сухом и увлажненном состоянии.

Глава 3. Исследование закономерностей травления полиимидных «жертвенных» слоев из зазоров, состава и свойств освобожденных травлением слоев нитрида кремния.

3.1. Объекты и методы исследования.

3.2. Кинетика травления полиимидных «жертвенных» слоев при различной топологии слоя нитрида кремния и длительности травления.

3.3. Состав продуктов травления полиимидного «жертвенного» слоя.

3.4. Состав освобожденной травлением полиимидного «жертвенного» слоя поверхности нитрида кремния.

3.5. Влияние толщины слоя нитрида кремния на остаточные деформации тестовых балочных элементов на его основе.

Глава 4. Использование полученных результатов в разработке технологии изготовления компонентов устройств нано- и микросистемной техники.

4.1. Формирование структур на основе наноразмерных слоев нитрида кремния с использованием полиимидных «жертвенных» слоев для матричных микроболометрических приемников ИК-излучения.

4.2. Формирование защитных слоев на основе нитрида кремния для газового сенсора на основе композиционных покрытий «полиимид -многостенные углеродные нанотрубки».

Актуальность темы. Устройства нано- и микросистемной техники находят все более широкое практическое применение и являются одними из основных результатов развития нано- и микротехнологий. Основными задачами при их создании являются уменьшение массогабаритных характеристик, расширение функциональных возможностей, увеличение степени интеграции, быстродействия и снижение себестоимости. Наиболее эффективным путем решения указанных задач является применение технологии поверхностной микрообработки для формирования исполнительных элементов микросистем на одной подложке с системой считывания или управления. Эта технология базируется на использовании как основных функциональных, так и вспомогательных технологических, или «жертвенных», слоев, удаляемых на определенных стадиях технологического процесса. В качестве функциональных слоев наиболее перспективным является использование слоев нитрида кремния, наносимых низкотемпературным газофазным плазмохимическим осаждением, в частности методом СВЧ-плазменного стимулирования реакций моносилана SiHf и азота N2 в условиях электронно-циклотронного резонанса, и обладающих высокими показателями физико-механических и электрофизических свойств, а в качестве «жертвенных» - полиимидных слоев, получаемых из растворов преполимеров на поверхности подложки и обладающих высокой термостойкостью и повышенной, по сравнению с функциональными слоями нитрида кремния, скоростью травления «сухими» (плазменными) методами, в первую очередь в высокочастотной плазме воздуха.

В литературе отсутствуют систематизированные данные о структуре и свойствах слоев нитрида кремния, сформированных на полиимидных «жертвенных» слоях указанным методом, механизме и кинетике процесса травления «жертвенного» слоя из зазора между функциональным слоем и подложкой в высокочастотной плазме воздуха, а имеющиеся данные носят разрозненный характер и относятся, в основном, к характеристикам нитрида кремния, осажденного на кремниевую подложку. Работы, относящиеся к разработкам устройств с применением систем «нитрид кремния -полиимидный «жертвенный» слой», не содержат описаний результатов исследований, посвященных свойствам материалов и выявлению закономерностей травления «жертвенных» слоев. Сочетание практической необходимости исследований и отсутствие литературных данных по теме диссертации обуславливает актуальность работы.

Цель работы заключалась в исследовании закономерностей формирования структуры и свойств нано- и микроразмерных слоев нитрида кремния на полиимидных «жертвенных» слоях, процессов травления последних в высокочастотной плазме воздуха и разработке на этой основе технологических процессов, используемых при изготовлении устройств нано- и микросистемной техники.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо было решить следующие задачи:

- исследовать влияние объемного соотношения реакционных газов, моносилана SiH4 и азота N2, при осаждении слоев нитрида кремния на их химическое строение и модуль упругости;

- выявить влияние полиимидного слоя на химический состав и морфологию осаждаемых слоев нитрида кремния;

- определить влияние режимов осаждения и толщины слоев нитрида кремния на энергетические свойства их поверхности и адгезию к полиимидным слоям до и после дополнительной плазмохимической обработки последних;

- исследовать кинетику травления полиимидных «жертвенных» слоев в высокочастотной плазме воздуха, состав и структуру выделяющихся

1 продуктов, а также установить влияние процесса травления на состав освобождаемой поверхности нитрида кремния; t ?

- установить влияние толщины слоев нитрида кремния на остаточные деформации балочных элементов на их основе после травления полиимидного «жертвенного» слоя;

- разработать технологию формирования слоев нитрида кремния на полиимидных покрытиях для изготовления исполнительных элементов устройств нано- и микросистемной техники: микроболометрических приемников ИК-излучения и газового сенсора на основе композиционных покрытий «полиимид - многостенные углеродные нанотрубки».

Тема и содержание диссертации являлись составной частью завершенных работ, выполненных на основании Постановления Правительства РФ по Государственному оборонному заказу на 2001 год, Федеральной целевой программе "Национальная технологическая база" на 2002-2006 годы, Федеральной целевой программе "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 - 2012 годы", а также инициативных работ.

Научная новизна.

Впервые проведенными систематическими комплексными исследованиями наноразмерных слоев нитрида кремния (толщиной от 1 до 500 нм), осажденных на поверхности полиимидных покрытий методом СВЧ-плазменного стимулирования в условиях электронно-циклотронного резонанса из смеси реакционных газов - моносилана Sifij и азота N2, установлено, что структура и свойства слоев в решающей степени определяются соотношением реакционных газов и влиянием поверхности полиимида.

Показано, что с увеличением соотношения Sifit/TSb от 0,3 до 1,06 полярная составляющая свободной поверхностной энергии слоев нитрида кремния уменьшается от 27,1 до 1,3 мДж/м вследствие замещения полярных (Si-N) на неполярные (Si-Si) связи. Модуль упругости слоев нитрида кремния слабо зависит от соотношения реакционных газов и, соответственно, от химического состава слоев вследствие их аморфной структуры и пористости. Различия в модуле упругости, определенном по кривым «нагрузка - деформация» слоистой пленки нитрид «кремния - полиимид -нитрид кремния» (60-70 ГПа) и методом наноиндентирования (75-80 ГПа), обусловлены меньшим влиянием пористости в локальном методе.

Влияние поверхности полиимида на химический состав и свойства слоев нитрида кремния, обусловленное адсорбционными эффектами и химическим взаимодействием реакционных газов с активными группами полиимида, распространяется на 4 — 10 нм и приводит к повышенной концентрации атомов кислорода и азота вблизи границы раздела. Плазмохимическая обработка поверхности полиимида сопровождается увеличением по сравнению с необработанной поверхностью расчетной работы адгезии к ним слоев нитрида кремния на 5-12 % в сухом состоянии и ее уменьшением в присутствии воды на границе раздела на 32-63 % в зависимости от состава слоев нитрида кремния.

Параметры шероховатости поверхности слоев нитрида кремния, осажденных на поверхность полиимида, соответственно, в 2 и в 11 раз ниже^ по сравнению со слоями, осажденными на поверхности кремния и алюминия, вследствие меньшего агрегирования структурных единиц осаждаемого слоя на поверхности полиимида.

Впервые проведенными комплексными исследованиями травления в высокочастотной плазме воздуха полиимидных «жертвенных» слоев в зазоре между слоем нитрида кремния и кремниевой подложкой в сравнении с открытой поверхностью полиимида, а также состава и свойств высвобождаемых слоев нитрида кремния, выявлены зависимости механизма и кинетики травления «жертвенных» слоев от их толщины и топологии тестовых элементов, а состава и свойств высвобождаемых функциональных слоев, соответственно, от длительности травления и их толщины.

Впервые показана возможность получения сплошной свободной пленки нитрида кремния толщиной 4 нм плазмохимическим травлением полиимидного «жертвенного» слоя. Установлено, что скорость травления полиимидных «жертвенных» слоев толщиной меньше 10 мкм при заданных условиях сначала возрастает до максимума, высота и положение которого зависит от толщины слоя, а затем уменьшается практически до нуля при увеличении длительности и глубины травления. Скорости травления «жертвенных» слоев толщиной больше 10 мкм и открытой поверхности полиимидного покрытия практически одинаковы, не зависят от продолжительности процесса и определяются только температурой в установке. Продукты травления тонких «жертвенных» слоев характеризуются повышенным содержанием азота и кислорода по сравнению с продуктами травления открытой поверхности полиимида.

Состав поверхности высвобождаемого слоя нитрида кремния, обращенной' к «жертвенному» слою, зависит от продолжительности воздействия на нее плазмы воздуха: чем оно больше, тем выше содержание атомов кислорода на поверхности и тем больше различие в их распределении по глубине вытравливания. Напряженно-деформированное состояние высвобождаемых слоев при заданных режимах их осаждения и травления «жертвенного» слоя сложным образом зависит от их толщины.

Практическая значимость.

Результаты комплексных исследований, проведенных в работе, использованы при разработке технологии плазмохимического осаждения слоев нитрида кремния на полиимидные «жертвенные» слои и травления последних, что позволило воспроизводимо получать микромостиковые структуры с минимальными остаточными напряжениями для матричных микроболометрических приемников ИК-излучения с высоким уровнем его поглощения. Разработана методика измерения теплофизических характеристик микромостиковых структур для контроля качества матричных микроболометрических приемников ИК-излучения.

Полученные в работе результаты исследований использованы также при разработке технологии изготовления газовых сенсоров на основе композиционных покрытий «полиимид - многостенные углеродные нанотрубки», в результате чего получены эффективные защитные слои от проникновения влаги при работе сенсора во влажной атмосфере.

Результаты работы использованы в учебном процессе при подготовке магистров по направлению 150600 «Материаловедение и технологии новых материалов» и инженеров по специальности 150601 «Материаловедение и технологии новых материалов» в «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского.

Практическая значимость результатов работы подтверждена заключениями об использовании ОАО "ЦНШТ'Циклон", "МАТИ"-РГТУ им. К.Э.Циолковского, ФГУП «НИФХИ им. JL Я. Карпова».

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Исследованиями слоев нитрида кремния толщиной от 1 до 500 нм, осажденных методом СВЧ-плазменного стимулирования в условиях электронно-циклотронного резонанса на поверхность полиимидных «жертвенных» слоев установлено, что значительное влияние на их структуру и свойства оказывает соотношение реакционных газов — моносилана и азота. Повышенное содержание моносилана в смеси реакционных газов сопровождается замещением полярных (Si-N) на неполярные (Si-Si) связи и резким уменьшением полярной составляющей свободной поверхностной энергии слоев нитрида кремния: от 27,1 до 1,3 мДж/м2 при увеличении соотношения SiH4/N2 от 0,3 до 1,06. Различия в модуле упругости, определенном «глобальным» методом по кривым «нагрузка — деформация» слоистой пленки нитрид «кремния - полиимид - нитрид кремния» (60-70 ГПа) и «локальным» методом наноиндентирования (75-80 ГПа), обусловлены меньшим влиянием пористости в «локальном» методе. При этом модуль упругости слоев нитрида кремния слабо зависит от соотношения реакционных газов и, соответственно, от химического состава вследствие аморфной структуры и пористости.

2. Влияние поверхности полиимида на состав и свойства слоев нитрида кремния, осажденных на его поверхность, распространяется на 4 — 10 нм, приводит к повышенной концентрации атомов кислорода и азота вблизи границы раздела и обусловлено адсорбционными эффектами и химическим взаимодействием реакционных газов с активными группами полиимида. Плазмохимическая обработка полиимидных слоев, проводимая перед осаждением слоев нитрида кремния в среде воздуха, азота и аргона, приводит к увеличению свободной поверхностной энергии полиимидных слоев за счет полярной (электронно-донорной) компоненты. При обработке в высокочастотной плазме воздуха достигается предельное значение поверхностной энергии, равное 77,5 мДж/м . При этом в начальный момент плазмохимической обработки на поверхности полиимида происходит образование карбоксильных групп, а при увеличении длительности обработки до 900 с, их концентрация снижается от 1,4 х 10"15 до 0,2 х 10"15 моль/см . Плазмохимическая обработка поверхности полиимида сопровождается также увеличением расчетной работы адгезии слоев нитрида кремния на 5-12 % в сухом состоянии и ее уменьшением в присутствии воды на границе раздела на 32-63 % (в зависимости от соотношения реакционных газов) по сравнению с необработанным состоянием. Параметры шероховатости поверхности слоев нитрида кремния, осажденных на поверхность полиимида, соответственно, в 2 и в П раз.ниже по сравнению со слоями, осажденными на поверхности кремния и алюминия вследствие меньшей степени агрегирования структурных единиц осаждаемого слоя на поверхности полиимида.

3. Исследованиями кинетики и состава продуктов плазмохимического травления в высокочастотной плазме воздуха полиимидных «жертвенных» слоев толщиной от 5 нм до 15 мкм в тонком зазоре между функциональным слоем нитрида кремния и кремниевой подложкой выявлена зависимость механизма и кинетики травления «жертвенных» слоев от их толщины и топологии тестовых элементов. Скорость травления полиимидных «жертвенных» слоев толщиной менее 10 мкм при заданных условиях проходит на начальных стадиях через максимум, высота и положение которого зависят от толщины слоя, и уменьшается практически до нуля* при увеличении глубины травления, тогда как скорость травления открытой поверхности полиимидного покрытия не зависит от продолжительности процесса и определяется только температурой в установке. Такой характер зависимостей длины вытравленного полиимидного «жертвенного» слоя от его толщины объясняется изменением условий теплообмена и массопереноса в «жертвенном» слое с изменением его толщины. При толщине «жертвенного» слоя более 10 мкм скорость травления этого слоя и свободной поверхности полиимида практически одинаковы. Продукты травления тонких полиимидных «жертвенных» слоев характеризуются повышенным содержанием азота и кислорода по сравнению с продуктами травления открытой поверхности полиимида.

4. Поверхность слоя нитрида кремния, обращенная при формировании к «жертвенному» слою и высвобождаемая при его травлении, неоднородна по составу и распределению' элементов. Неоднородность зависит от длительности травления: чем дольше происходит воздействие компонентов плазмы на поверхность нитрида кремния, тем выше в ней содержание атомов кислорода.

5. Выявлена корреляция напряженно-деформированного состояния высвобождаемых слоев нитрида кремния, осажденных при соотношении SiH|/N2, равном 0,69, от их толщины в диапазоне от 100 до 500 нм. Показано, что с ростом толщины величины деформаций увеличиваются, изменяют свой знак от отрицательных к положительным при толщине порядка 300 нм и достигают максимума при толщине около 400 нм. При дальнейшем увеличении толщины до 500 нм величины деформаций снижаются, вторично изменяя, знак от положительных к отрицательным при толщине порядка 450 нм.

6. Показана возможность получения методом плазмохимического травления полиимидного «жертвенного» слоя сплошной свободной пленки нитрида кремния толщиной около 4 нм.

7. Результаты исследований, полученные в работе, использованы для разработки технологии плазмохимического осаждения слоев нитрида кремния на полиимидных «жертвенных» слоях и травления последних при изготовлении матричных микроболометрических приемников ИК-излучения, что позволяет воспроизводимо получать слои нитрида кремния с высокой адгезией к полиимиду и микромостиковые структуры с минимальными остаточными напряжениями и высоким уровнем поглощения ИК-излучения. Разработана оригинальная методика измерения теплофизических характеристик микромостиковых структур для контроля качества матричных микроболометрических приемников ИК-излучения. Полученные в работе экспериментальные данные использованы при разработке технологии изготовления газовых сенсоров на основе композиционных покрытий «полиимид - многостенные углеродные нанотрубки» с эффективной защитой от проникновения влаги при работе сенсора во влажной атмосфере.

1. Madou M.J. Fundamentals of Microfabrication. CRC Press, 1997, 576 p.

2. Ко vacs G.T. A Micromachined Transducers Sourcebook. McGraw Hill Text. 1998, 944 p.

3. Maluf N. An Introduction to Microelectromechanical Systems Engineering (Artech House MEMS Library). Artech House, 1999, 290 p.

4. Курносов А. И., Юдин В. В. Технология производства полупроводниковых приборов и интегральных микросхем. М.: Высшая школа, 1979, 367 с.

5. Броудай И., Мерей Дж. Физические основы микротехнологии. Под ред. Шальнова А. В. М.: Мир, 1982, 496 с.

6. Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1987, 464 с.

7. Маллер Р., Кейминс Т. Элементы интегральных схем: Пер. с англ. М.:. ■ Мир, 1989, 630 с.

8. Burns D. W., Guckel Н. Thin films for micromechanical sensors // J. Vac. Sci. Technol., 1990, v. 8, №4, pp. 3606-3613.

9. Lapadatu D., Рука A., Dziuban J., Puers R. Corrugated silicon nitride membranes as suspensions in micromachined silicon accelerometers // J. Micromech. Microeng., 1996, № 6, pp. 73-76.

10. Himmer P., Dickensheets D. Dynamic behavior of high speed, silicon nitride deformable mirrors // Proc. SPIE., 2004, v. 5348, pp. 150-159.

11. Kim S.J., Cho Y.H., Nam H.J., Bu J.U. Piezoelectrically pushed rotational micromirrors for wide-angle optical switch applications // Proceeding of the IEEE 16th International Conference on MEMS, 2003, pp. 263-266.

12. Folkmer В., Steiner P., Lang W. A pressure sensor based on a nitride membrane using single-crystalline piezoresistors // Sensors and Actuators A: Physical, 1996, v. 54, № 1-3, pp 488-492.

13. Smith J. H., Barron С. C., Fleming J. G., Montague S., Rodriguez J. L., Smith В. K., Sniegowski J. J. Micromachined sensor and actuator research at the Microelectronics Development Laboratory // Proc. SPIE., 1995, v. 2448, pp. 152-157.

14. Scheeper P. R., Voorthuyzen J. A., Bergveld P. PECVD silicon nitride diaphragms for condenser microphones // Sensors and Actuators B: Chemical, 1991, v. 4, № 1-2, pp. 79-84.

15. Mitchell A. W., Ning Y. В., Tait N. Fabrication of a surface micromachined capacitive microphone using a dry-etch process. Patent US 5573679, 1996.

16. Oberhammer J., Stemme G. Low-voltage high isolation DC-to-RF MEMS switch based on S-sharped film actuator // IEEE Trans. On Electron Devices, 2004, pp. 149-155.

17. Sun X. Folded spring based microelectromechanical (mem) RF swith. Patent US 6307452 В 1,2001.

18. Cole B.E. Microstructure design for high IR sensivity. Patent US 5286976^ 1994.

19. Anderson J. Structures for temperature sensors and infrared detectors. Patent US 6292089 Bl, 2001.

20. Higashi R. E. Thermal sensor and method of making same Patent US 6144 285, 2000.

21. Fitzgibbons E. T. Pixel structure having a bolometr with spaced apart absorber and transducer layrs an associated fabrication method. Patent US, 6307194 Bl, 2001.

22. Morris H. B. High responponsivity thrmochromic infrared detector. Patent US 5900799, 1999.

23. Butler D. P., Celik-Butler Z., Shan P.-C. Uncooled YBACuO thin film infrared detector. Patent US 5672903, 1997.

24. Higashi R. E., Holmen J. O., Johnson R. G. Thermal sensor. Patent US 5300915, 1994.

25. Певцов Е., Чернокнижии В. Матричные ИК приемники для малогабаритных телевизионных камер // Электронные компоненты, 2001. №1, с. 32-36.

26. Jerominek Н., Pope Т. D., Renaud М., Swart N. R., Picard F. Lehoux M., Saward S., Bilodeau G., Audet D., Phong L. N., Qui C. N. 64x64, 128x128, 240x320 pixel uncooled IR bolometric detector arrays // Proc. SPIE, 1997, v. 3061, pp. 236-247.

27. Antoszewski J., Wichester K. J, Keating A. J., Nguyen Т., Silva К. К. M. B. D., Huang H., Musca C. A., Dell J. M., Faraone L. MEMS based tunable infrared sensors // Proc. SPIE, 2005, v. 5840, pp. 91-100.

28. Faraone L. MEMS for tunable multi spectral infrared sensor arrays // Proc. SPIE, v. 5957, pp. 59570F.

29. Kouba J., Eberhardt W., Loechel B. Wavelength filter for visiable wavelength based on photonic crystal // Proc. SPIE, v. 6182, pp. 61820R.

30. Нано- и микросистемная техника. От исследований к разработкам. Сборник статей под ред. д.т.н., профессора Мальцева П. П. М.: Техносфера, 2005, 592 с.

31. Gardner J. W., Varadan V. К. Microsensors, MEMS and smart devices. John Wiley & Sons, 2001,503 p.

32. Lescouzeres L., Guillemet J. P., Lavigne A. P. Method for forming a semiconductor sensor device. Patent US 5907765, 1999.

33. Варадан В., Виной К., Джозе К. ВЧ МЭМС и их применение. М.: Техносфера, 2004, 528 с.

34. Huang S., Li В., Zhang X. Elimination of stress-induced curvature in microcantilever infrared focal plane arrays // Sensors and actuators A, 2006, v. 130-131, pp. 331 -339.

35. Li B. Design and simulation of an uncooled double-cantilever microbolometr with potential for mk NETD // Sensors and actuators A, 2004, v. 112, pp. 351 -359.

36. Memmi D., Foglietti V,, Cianci E., Caliano G., Pappalardo M. Fabrication of capacitive micromechanical1 ultrasonic transducers by low-temperature process // Sensors and actuators A, v. 99, № 1 2, pp. 85 - 91.

37. Жуков А.А. Физико-химические и технологические основы получения полиимидных струкур для микроэлектронных устройств микромеханики и микросенсорики / Дисс. на соиск. уч. ст. д.т.н. -М., ПроСофт-М, 2003. -315 с.

38. Бессонов М.И., Котон М.М., Кудрявцев В.В., Лайус JT.A. Полиимиды -класс термостойких полимеров. Л.: Наука, 1983.

39. Polyimides: Fundamental and applications. Edited by M.Ghosh, K.Mittal, Marcel Decker Inc., New York, Basel, Hong Kong, 1996.

40. Bagolini A., Pakula L. Scholtes T. L. M., Pham H. Т. M., French P. J., Sarro P. M. Polyimide sacrificial layer and novel materials for post processing surface micromachining // J. Micromech. Microeng., 2002, № 12, pp. 385 -389.

41. Ahmed A. H. Z., Tait R. Z. Fabrication of self absorbing, self - suppotered complementary metal - oxide - semiconductor compatible micromachined bolometers // J. Vac. Sci. Technol.,2004, v. A 22, № 3, pp. 842 - 846.

42. Ни M., Chen J., Lai Z., Mao H., Sheng D. Research for polyimide sacrificial layer in MEMS device // Proc. SPIE, 2004, v. 5774, pp. 642 645.

43. Mehdaoui A., Pisani M. В., Tsamados D., Csaaet F., Ancey , Ionescu A. M., MEMS tunable capacitors with fragmented electrodes and rotational electrothermal drive // Microsystem Technologies, 2007. v. 13, № 11-12, pp. 1589-1594.

44. Kim Y. — J., Allen M. G. Surface micromachined solenid inductors for high frequency applications // Proc. SPIE, v. 3235, pp. 1-6.

45. Silverbook K. Method of manufacture of a thermally actuated ink jet including s tapered heating element. Patent US 6180427 Bl, 2001.

46. Becher D., Chan R., Hattendorf M., Feng M. Reliability study of low-voltage RF MEMS switches // GaAs MANTECH Conference Digest of Papers, Vancouver, Canada, 2002, pp. 54-57.

47. Sato N., Shigematsu S., Morimura H., Yano M., Kudou K., Kamei Т., Machida K. Novel surface structure and its fabrication process for MEMS fingerprint sensor // IEEE trans, electron devices, 2005, v. 52, № 5, pp. 10261032.

48. Лебединская M.JI. Исследование' ориентации и механических свойств аморфной и кристаллической пленок полиимида на основе пиромеллитового диангидрида и 4,4'-диаминодифенилоксида / Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. М., НИИПМ им. Г.С. Петрова, 1973. - 171 с.

49. Kazinczi R., Mollinger J. R., Bossche A. Reliability of silicon nitride as structural material in MEMS // Proc. SPIE, 1999, v. 3875, pp. 174-183.

50. Mastrngelo G. H. Adhesion related failure mechanisms in microelectromechanical device // Tribology Letters, 1997, v. 3, № 3, pp. 223 -238.

51. Chinn J. D., Gopal V., Soukane S., Leung T. Y. B. Dry etch release of MEMS structures. Patent US 6666979, 2003.

52. Жуков А. А., Здобников A. E., Тарасов В. В., Четверов Ю. С. Микромашинная технология формирования мостиковых структур микроболометрической матрицы формата 64x64 // Прикладная Физика, 2003, №3,48-51.

53. Жукова С. А. Структурные эффекты плазмохимической обработки тонких полиимидных пленок и покрытий в технологии устройств' микросистемной техники / Дисс. на сосиск. уч. ст. к.т.н. -М., «МАТИ» -РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2004. -180 с.

54. Жуков А. А., Жукова С.А., Корнеева Г.А., Четверов Ю.С. Влияние плазмохимического травления на свойства тонких полиимидных покрытий различного химического состава и молекулярной массы // Прикладная физика, 2004, № 2, с. 53 —58.

55. Нитрид кремния в электронике. Под ред. Ржанова А. В. Новосибирск: Наука. Сиб. Отделение, 1982, 200 с.

56. Киреев В. Ю., Столяров А. А. Технологии; микроэлектроники. Химическое осаждение из газовой фазы. М.: Техносфера, 2006, 192 с.

57. Shapoval S.Y., Petrashov V.T., Popov OA., Yoder M.D. Maciel Jr., P.D., Lok C.K.C. Electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition of large area uniform silicon nitride films // J. Vac. Sci. Technol. A, v. 9, № 6, 1991, pp. 3071-3076.

58. Walmsley В. A., Liu Y., Hu Z, Bush M. В., Winchester K. J., Martyniuk M, Dell J. M, Faraone L. Effects of deposition temperature on mechanical and physical properties of silicon nitride thin films // J. Appl. Phys., 2005, v. 98, pp. 044904.

59. Mackenzie K.D., Reelfs В., DeVre M.W., Westerman R., Johnson D.J. Characterization and Optimization of Low Stress PECVD silicon nitride for Production GaAs Manufacturing http://www.mantech.Org/Digests/2004/2004Papers/12.4.pdf.

60. Martyniuk M., Antoszewski J., Walmsley B. A., Musca C. A., Dell J., Jung Y., Lawn B. R., Huang H., Faraone L. Determination of mechanical properties of silicon nitride films using nanoindentation // Proc. SPIE, 2005, v. 5798, pp. 216-225.

61. Martyniuk M, Antoszewski J, Musca C. A, Dell J, Faraone L. Determination of residual stress in low temperature PECVD silicon nitride thin films // Proc. SPIE, 2004, v. 5276, pp. 451-462.

62. Soh M, Savvides N, Musca C. A, Dell J. M, Faraone L. Chemical structure of low-temperature plasma deposited silicon nitride thin films // Proc. SPIE, 2004, v. 5276, pp. 434-441.

63. Nowling G. R, Babayan S. E, Jankovic V, Hicks R. F. Remote plasma -enchanced chemical vapor deposition of silicon nitrde at atmospheric pressure. //Plasma Sources Sci. Technol, 2002, v. 11, pp. 97-103.

64. Lee С. C., Wang С. M., Xu C.-L., Chang J. Y., Liao Y. M. Chi G. C. Nano -structured diffractive optical ekements on SiNx membrane for UV-visible regimr application // Proc. SPIE, 2004, v. 5515, pp. 170 179.

65. Han. G. С., Luo P., Li К. В., Lio Z. Y., Wu Y. H. Growth and characterization of silicon nitride films on various underlying materials // Appl. Phys., 2002, v. A 74, pp. 243-247.

66. Taylor J. A. The mechanical properties and microstructure of plasma enchanced chemical vapor deposited silicon nitride thin films* // J. Vac. Sci. Technol., 1991, v. A 9, № 4, pp. 2464 2468.

67. Cai L., Rohatgi A., Yang D., El-Sayed M. A. Effects of rapid thermal anneal on refractive index and hydrogen content of plasma-enchanced chemical vapor deposited silicon nitride films // J. Appl. Phys., 1996, v. 80, № 9, pp. 5384 -5388.

68. Park Y. В., Rhee S. W. Bulk and interface properties of low-temperature silicon nitride films deposited by remote plasma enhanced chemical vapor deposition //J. Mater. Sci., 2001, v. 12, pp. 515-522.

69. Zhou H., Elgaid K., Wilkinson C., Thayne I. Low-Hydrogen-Content Silicon Nitride Deposited at Room Temperature by Inductively Coupled1 Plasma Deposition //Jpn. J. Appl. Phys., 2006, v. 45, № 10 B, pp. 8388-8392.

70. Panepucci R. R., Diniz J. A., Carli E., Tatsch P. J., Swart W. Silicon nitride deposited by electron cyclotron resonance plasma enchanced chemical' vapor deposition for micromachining application // Proc. SPIE, 1998, v. 3512, pp. 146-151.

71. Nakayama S. ECR (electron cyclotron resonance) plasma for thin film . technology // Pure and Appl. Chem., 1990, v. 62, № 9, pp. 1751-1756.

72. Ye C., Ning Z., Shen M., Cheng S., Gan Z. Microstructure and dielectric properties of silicon nitride dilms deposited by electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposition // J. Appl. Phys, 1998, v. 83, № 11, pp. 5978-5984.

73. Barbour J. C., Stein H. J., Popov O. A., Yoder M., Outten C. A. Silicon nitride formation from silan nitrogen electron cyclotrone resonance plasma // J. Vac. Sci. Technol., 1991, v. A 9, № 3, pp. 480-484.

74. Doughty С., Knick D. С., Bailey J. В., Spencer J. E. Silicon nitride films deposited at substrate temperatures <100°C in a permanent magnet electron cyclotron resonance plasma // J. Vac. Sci. Technol., 1999, v. A 17, № 5, pp. 2612-2618.

75. Flewitt A. J., Dyson A. P., Robertson J., Milne W. I. Low temperature growth of silicon nitride by electron cyclotron resonance plasma enhanced chemical vapour deposition // Thin solid films, 2001, v. 383, pp. 172 177.

76. Leclerc S., Lecours A., Caron M., Richard E., Turcotte G., Currie J. F. Electron cyclotron resonance plasma chemical vapor deposited silicon nitride for micromechanical application // J. Vac. Sci. Technol. A, 1998, v. 16, № 2, pp. 881 884.

77. Besland M. P., Lapeyrade M., Delmotte F., Hollinger. G. Interpretation of stress variation in silicon nitride films deposited by electron cyclotron resonance plasma // J. Vac. Sci. Technol. A, 2004, v. 22, № 5, pp. 1962 -1970.

78. Popov O. A. Effects of magnetic field and microwave power on electron cyclotrone resonance-type plasma characteristics // J. Vac. Sci. Technol. A, 1991, v. 9, №3, pp. 711-716.

79. Colligon J. S. Energetic condesation: Processes, properties, and products // J. Vac. Sci. Technol. A, 1995, v. 13, № 3, pp. 1649 1657.

80. Kim J. H., Chung K. W. Microstructure and properties of silicon nitride thun films deposited by reactive bias magnetron sputtering // J. Appl. Phys., 1998, v. 83, № 11, pp. 5831 -5839.

81. Vila M., Caceres D., Prieto C. Mechanical properties of sputtered silicon nitride thin films // J. Appl. Phys., 2003, v. 94, № 12, pp. 7868 7873.

82. Janus A. R., Shirn G. A. Preparation and propertie of reactively sputtered silicon nitride // J. Vac. Sci. Technol, 1966, v.4, № 1, pp. 37 40.

83. Vargheese K. D., Rao G. M. Ion assisted deposition of silicon nitride films using electron cyclotron resonance plasma // J. Vac. Sci. Technol. A, 2001, v. 19, №4, pp. 1336- 1340.

84. Bandyopadhyay А. К., Bhattacharyya Т. К., Banerjee R., Batabyal A. K., Ваша A. K. Study of Hydrogenated Amorphous Silicon Nitride Films Prepared by RF Magnetron Sputtering // Appl Phys., 1991, v. A52, pp. 339 -343.

85. Sugimoto I., Yanagisawa K., Kuwano H., Nakano S., Tago A. Characterization of hydrogen and oxygen atoms in SiN films produced by plasma enchanced reactive sputtering // J. Vac. Sci. Technol. A, 1994, v. 12. №5. pp. 2859-2866.

86. Vargheese K. D., Rao G. Electrical properties of silicon nitride films prepared by electron cyclotron resonance assisted sputter deposition // J. Vac. Sci. Technol. A, 2001, v. 19, № 5, pp. 2122 2126.

87. Готра 3. Ю. Технология микроэлектронных устройств: Справочник. М.: Радио и связь, 1991, 528 с.

88. Епифанов Г. И., Мома Ю. А. Твердотельная электроника. М.: Высшая школа, 1986, 304.

89. Андриевский Р. А. Нитрид кремния синтез и свойства. Успехи химии. 1995,т.64,№3, с. 311 -329.

90. Tabata O., Kawahata K., Sugiyama S., Igarashi I. Mechanical property measurements of thin films using load-deflection of composite rectangular membranes // Sensors and Actuators A: Physical, 1989, v. 10, № 1 2, pp. 135 -141.

91. Tsan M. P., Ong С. W., Chong N., Choy C. L., Lim P. K., Huang W. W. Mechanical and etching properties of dual ion beam deposited hydrogen free silicon nitride films // J. Vac. Sci. Technol. A, 2001, v. 19, № 5, pp. 2542 -2548.

92. Temple-Boyer P., Rossi C., Saint-Etienne E., Scheid E. Residual stress in low pressure chemical vapor deposition SiN x films deposited from silane and ammonia // J. Vac. Sci. Technol. A., 1998, v. 16, № 4, pp. 2003 2007.

93. Martyniuk M., Antoszewski J., Musca C. A., Dell J. M., Faraone L. Stress in low-temperature plasma enhanced chemical vapour deposited silicon nitride thin films // Smart Mater. Struct., 2006, v. 15, pp. S29-S38.

94. Ying Y., Zong-zi L., Xin-qiao W. Study on the stress of silicon nitride thin films prepared by PECVD // Proc. SPIE, 2004, v. 5774, pp. 212-215.

95. Tarraf A., Daleiden J., Irmer S., Prasai D., Hillmer H. Stress investigation of PECVD dielectric layers for advanced optical MEMS // J. Micromech. Microeng., 2004, №. 14, pp. 317 323.

96. Fang W. Determination of the elastic modulus of thin film materials using self-deformed micromachined cantilevers // J. Micromech. Microeng., 1999, №9, pp. 230-235.

97. Fang W., Wickert J. A. Determining mean and gradient stresses in the films using micromachined cantilevers // J. Micromech. Microeng., 1996, № 6, pp. 301 -309.

98. Huang S., Zhang X. Extension of the stoney formula for film substrate systems with gradient stress for MEMS application // J. Micromech. Microeng., 2006, № 16, pp. 382 - 389.

99. Диангидрид 1,2,4,5-бензолтетракарбоновой кислоты. ТУ 38.10227 85.108.4,4-оксидианилин (ОДА). ТУ- 6 09 -335 - 86.

100. Каталог фирмы Technics. Германия, 1982.

101. Ю.Гоголинский К.В., Решетов В.Н. Применение сканирующих зондовых микроскопов для анализа с субмикронным и нанометровым разрешением структуры и распределения механических свойств материалов (обзор) //

102. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 1998, т.64, № 6, с.ЗО-43.11 l.Talystep Руководство по эксплуатации. Материалы фирмы Taylor Hobson, 1983,54 с.

103. А.С.Усеинов. Измерение модуля сверхтвердых материалов с помощью сканирующего зондового микроскопа "НаноСкан" // Приборы и техника эксперимента, 2003, №6, с. 1-5.

104. ПЗ.Кинлок Э. Адгезия и адгезивы: наука и технология. Пер. с англ. М.: Мир,1991, с. 484.114.van Oss C.J. Ed . MASSON - 1996 - ISBN 2-225-85191-3 "Forces interfaciales en milieux aqueux".

105. Казицина JI.A, Куплетская Н.Б. Применение УФ-, ИК-, ЯМР- и масс-спектроскопии в органической химии. М.: Химия, 1983, 272 с.

106. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. М.: Иностр.лит. 1963.

107. Смит А. Прикладная ИК-спектроскопия: Пер. с англ. М.: Мир, 1982, 328 с.120.1nagaki N, Tasaka S, Hibi К. Surface Modification of Kapton Film by Plasma Treatments // J. Polymer Sci. Part A: Polym. Chem, 1992, v. 30, № 4, p. 1425-1431.

108. Гильман А.Б., Кузнецов А.А., Лопухова Г.В., Тузов Л.С., Потапов В.К. Структура и свойства поверхности ламинированной полиимидно-фторопластовой пленки, модифицированной в плазме тлеющего НЧ-разряда // Химия высоких энергий. 1995, т.29, № 4, с.294-298.

109. Пономарев А.Н., Василец В.Н. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Книга III. М: Наука, 2000.

110. Головня А.В., Покровский В.Я. Микросистемная техника / Материалы Международной научной молодежной школы. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004, с. 37-42.

111. Уэстон Дж. Техника сверхвысокого вакуума: Пер. с англ. М.: Мир, 1988, 366 с.

112. Словецкий Д.И. Механизмы плазмохимического травления материалов. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. Книга III. Гл.ред. В.Е. Фортов. М.: Наука, 2000, с. 346.

113. Анализ поверхности методами Оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Под ред. Д. В. Бриггса и М.П. Сиха: М.: Мир, 1987, 598 с.

114. Хребтов И.А., Маляров В.Г. Неохлаждаемые матричные приемники ИК излучения // Оптический журнал, 1997, т. 64. № 6, с. 3 -14.

115. Kruse P.W. The design of uncooled infrared imaging arrays // Proc. SPIE, 1996. v. 2746, pp. 34-37.

116. Hovard P.V., Han C.J., Clarke J.E., Stevens J.C., Ely P., Fitzgibbons E.T. Advances in microbolometer focal plane technology at Boeing // Proc. SPIE, 1998, v. 3379, pp. 47-57.