TiCN С СОКРАЩЕННЫМИ ДЕФЕКТАМИ РОСТА С ПОМОЩЬЮ HiPIMS Российский патент 2021 года по МПК C23C14/34 C23C14/02 C23C14/06 H01J37/34 

Настоящее изобретение относится к способу нанесения на поверхности, в частности, поверхности заготовок, конструкционных деталей или инструментов, TiCN-покрытия с сокращенными дефектами роста.

Уровень техники

При нанесении покрытий с использованием способов реактивного напыления или HIPIMS часто применяется металлическая мишень в качестве источника распыляемого материала, и при этом в дополнение к рабочему газу используется по меньшей мере один реакционный газ. В рамках настоящего изобретения термины «распылять» и «напылять» понимаются как идентичные. Мишенью в рамках настоящего изобретения называется та составная часть распыляемого источника, с которой во время исполнения способа выносится материал.

Для осаждения слоев в процессах реактивного напыления, или также при катодном дуговом испарении, также называемом Arcen, обычно требуются два реакционных газа. Согласно прототипу, как правило, они представляют собой азот, а также газообразный углеводород, которым чаще всего является ацетилен (С₂Н₂). В то время как дуговое испарение может рассматриваться как относительно «устойчивый» процесс, в частности, в способах распыления или HIPIMS решающую для стабильности процесса роль играет регулирование технологического газа.

Например, автор Krassnitzer в документе WO2014207154 раскрывает способ осаждения слоев TiCN с помощью HiPIMS, причем Ti-мишени распыляются в содержащей N₂ и С₂Н₂ реакционной атмосфере, чтобы нанести TiCN-слои на поверхности подложек. HiPIMS-процесс проводится с использованием импульсов мощности и/или последовательностей импульсов мощности с подачей на поверхность мишени энергии с плотностью по меньшей мере 0,2 Джоуля/см² на импульс мощности и, соответственно, последовательности импульсов мощности. Было предложено контролировать концентрацию реакционного газа в камере для нанесения покрытий управлением или регулированием величины расхода потока реакционного газа, и контролировать различные свойства, например, такие как глубина цвета, концентрацией реакционного газа в камере для нанесения покрытий.

Известно, что во время процессов напыления или HIPIMS оба реакционных газа реагируют с испаренным материалом мишени и образуют металлокерамический слой на подложке. Чтобы достигнуть уплотнения слоя, обычно к подложке подводится отрицательное напряжение обратного смещения на подложке - напряжение смещения,- чтобы положительно заряженные ионы ускорялись к подложке.

Также известно, что, чтобы обеспечить возможность воспроизводимо отрегулировать оптимальные свойства слоя, огромную важность имеет точное знание характеристик процессов напыления или HIPIMS и управление ими. При этом особенно критически важным рассматривается выбор оптимальной технологической характеристики, так как уже незначительные отклонения от этой технологической характеристики во время процесса могут приводить к колебаниям качества слоя, измененным цветовым характеристикам, и вплоть до нестабильности процесса, в конечном итоге к нарушению процесса. Под технологической характеристикой при этом понимается определенное отношение рабочего газа к одному или многим реакционным газам.

Чтобы поддерживать постоянной выбранную технологическую характеристику во время проведения процесса, как правило, применяется регулирование величины расхода потока газа или парциального давления. Это означает в случае только одного реакционного газа, то есть, например, при осаждении TiN, парциальное давление аргона (Ar) 0,40 Па и парциальное давление N2 0,03 Па, чем общее давление устанавливается на величину 0,43 Па. В HIPIMS-процессе технологическая характеристика может сильно зависеть от выбранных условий процесса, например, таких как усредненная мощность импульса, P_av, или длительность импульса, t_puls, но также от состояния и срока службы применяемой мишени или производительности насоса. Отрегулированная технологическая характеристика в отношении парциального давления N₂ и, соответственно, полученного общего давления, как правило, достигается согласованием расхода потока N₂.

Однако если теперь одновременно применяются два или более реакционных газов, например, таких как N₂ и С₂Н₂, этот принцип уже больше неприменим, поскольку регулированием давления можно контролировать только один реакционный газ, и другой реакционный газ обычно вводится в камеру при фиксированной величине расхода потока.

Поэтому по вышеуказанным причинам очевидно, что незначительные изменения технологических факторов влияния обусловливают отклонение от желательной технологической характеристики, что опять же может оказывать вредное влияние на желательное качество слоя.

Вышеуказанные проблемы играют решающую роль в особенности при реактивном осаждении TiCN, причем оба элемента из углерода и азота поступают из газовой фазы и реагируют с распыляемым из титановой мишени титаном с образованием TiCN. Уже незначительные отклонения от оптимальной технологической характеристики могут вызывать существенные колебания свойств слоя.

Другим весьма важным аспектом процессов напыления или HIPIMS является реакция одного или многих реакционных газов с поверхностью мишени, в результате которой, как правило, образуются керамические продукты реакций. Этот процесс обычно называется отравлением мишени или загрязнением мишени, и может оказывать существенные влияния на характеристики напыления, соответственно на технологическую характеристику процесса. Когда при отравлении мишени на поверхности мишени образуются соединения с плохой проводимостью или даже изолирующие, это может приводить к резкому повышению напряжения разряда, и в наихудшем случае к обрыву распыляющей плазмы, когда «зарастает» вся поверхность мишени.

В документе ЕР2565291А1 предлагается, что это явление отравления мишени при использовании реактивных процессов напыления с различными материалами мишени предотвращается тем, что на данном источнике распыляемого материала предусматривается регулятор расхода потока газа, который настраивает величину расхода потока реакционного газа сообразно тому, насколько высокой является степень отравления данной распыляемой мишени, что опять же производится согласно измерению напряжения на источнике, и тем самым обеспечивается возможность регулирования величины расхода потока реакционного газа согласно предварительно заданному контрольному значению. Правда, этот способ является относительно дорогостоящим в осуществлении и требует детального знания условий процесса на мишени в сочетании с реакционными газами. Более того, не приводится никакая возможность выбирать произвольную технологическую характеристику в плане соотношения между рабочим газом и реакционным газом.

Тем самым важнейшее значение должен иметь способ, который в зависимости от желательных свойств слоя также может обеспечивать возможность выбора необходимой для этого технологической характеристики, и при этом действовать стабильно. Настоящее изобретение позволяет сделать именно это.

Чтобы достигнуть уплотнения слоя, обычно к подложке подводится отрицательное напряжение обратного смещения на подложке, напряжение смещения, чтобы положительно заряженные ионы ускорялись к подложке. При осаждении слоев в реактивном процессе напыления или HIPIMS, в случае применения напряжения смещения постоянного тока (DC) используемое напряжение должно быть более высоким, чем потенциал плазмы. Обычно DC-напряжение смещения регулируется на величину, более высокую, чем на -30 В, то есть, например, -40 В, чтобы достигнуть ускорения ионов на материале подложки. Путем повышения DC-напряжения смещения, например, от -40 В до -80 В, достигается увеличение энергии ионов, что проявляется в усиленном уплотнении слоя, и обычно также в возрастании внутренних напряжений в слое. Зачастую при повышении внутреннего напряжения также наблюдается возрастание твердости слоя.

Однако, хотя высокая твердость особенно желательна во многих вариантах применения, это вследствие одновременного возрастания внутренних напряжений может приводить к значительным затруднениям в достижении желательных толщин слоев порядка нескольких микрометров на желательном месте детали или инструмента. Слишком высокие внутренние напряжения в слое приводят к частичным или даже обширным отслоениям покрытия.

В традиционных способах напыления или HIPIMS рост слоя сопровождается включением дефектов роста.

При изготовлении TiCN с использованием традиционного способа напыления или HIPIMS при росте слоя происходит внедрение дефектов роста, которые, например, могут происходить от металлических, не полностью распыленных, частиц мишени, но также из загрязнений в установке. Кроме того, затруднительно распознать, где именно происходит реакция распыленного материала мишени с реакционным(-ми) газом(-ами), чем подразумевается, что на поверхности титановой мишени может находиться уже прореагировавший TiCN, который затем распыляется в виде «микрочастиц» и может внедряться в растущий на подложке слой как дефект роста. Этот ход взаимодействия реакционных газов с материалом мишени на поверхности мишени обычно называется «отравлением», и в значительной степени зависит от параметров процесса, и здесь в особенности от регулирования расхода потока реакционных газов. Говорят, что мишень полностью отравляется, когда поверхность мишени всецело покрывается одним или многими продуктами реакций.

Кроме того, высокая чистота поверхности слоя на подложке часто зависит от толщины слоя, так как уже мелкие дефекты роста во время роста слоя приводят к заметному увеличению шероховатости покрытой детали или инструмента. Это значит, что более толстые слои склонны иметь более высокую шероховатость, чем это имело бы место при идентичных условиях осаждения более тонкого слоя.

Задача настоящего изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа, который позволяет изготовить TiCN-слои с незначительными дефектами роста, но тем не менее в то же время по возможности не приводит к потере твердости слоя или к нарастанию внутренних напряжений в слое.

Соответствующий изобретению способ желательно должен включать высокую стабильность процесса.

Решение задачи согласно настоящему изобретению

Задача настоящего изобретения решается посредством способа по пункту 1 формулы изобретения.

Согласно изобретению, нанесение покрытия по меньшей мере из одного слоя TiCN на поверхность покрываемой подложки производится способом HiPIMS, причем для осаждения по меньшей мере одного TiCN-слоя применяется по меньшей мере одна Ti-содержащая мишень, например, Ti-мишень, в качестве источника Ti для создания TiCN-слоя, которая распыляется в реакционной атмосфере HiPIMS-способом в камере для нанесения покрытий, причем реакционная атмосфера включает по меньшей мере один инертный газ, предпочтительно аргон, и по меньшей мере газообразный азот в качестве реакционного газа, и причем для сокращения дефектов роста во время осаждения по меньшей мере одного TiCN-слоя

- реакционная атмосфера дополнительно включает в качестве второго реакционного газа углеродсодержащий газ, предпочтительно СН4, который используется в качестве источника углерода для создания TiCN-слоя, причем во время осаждения TiCN-слоя к покрываемой подложке подводится напряжение смещения в биполярном режиме,

или

- в качестве источника углерода для создания TiCN-слоя используется по меньшей мере одна углеродсодержащая мишень, например, графитовая мишень, которая распыляется в камере для нанесения покрытий с реакционной атмосферой только с газообразным азотом в качестве реакционного газа HiPIMS-способом, причем на Ti-содержащие мишени предпочтительно с помощью первого подводящего энергию устройства или первого блока питания, и на содержащие графит мишени, предпочтительно с помощью второго подводящего энергию устройства или второго блока питания, подаются импульсы мощности.

Описание изобретения

Авторы настоящего изобретения нашли неожиданную возможность изготовления слоев твердого материала из TiCN с очень высокой твердостью при одновременно очень гладкой поверхности покрытия, и к тому же со сравнительно низкими внутренними напряжениями посредством реактивного HIPIMS-способа, когда при HIPIMS-способе применяется напряжение смещения в биполярном режиме. Авторы настоящего изобретения также обнаружили, что неожиданно оказалось возможным изготовление слоев твердого материала из TiCN с очень высокой твердостью при одновременно очень гладкой поверхности покрытия посредством реактивного HIPIMS-способа, когда при HIPIMS-способе в качестве реакционного газа применяется только азот, и углерод для получения TiCN доставляется из углеродсодержащей мишени.

Тем самым становится возможным выращивание более толстых слоев и преодоление вышеуказанных проблем, чтобы создать, например, в области применения достаточно толстый слой с высокой чистотой поверхности, то есть, с низкой шероховатостью.

Для осаждения соответствующих изобретению TiCN-слоев был использован HIPIMS-способ, который подает импульсы очень высокой мощности или последовательности импульсов мощности на поверхность мишени одной или многих титановых мишеней. Во время длительности импульса, t_puls, импульса мощности или во время продолжительности последовательности, t_pulssequenz, последовательности импульсов мощности, посредством положительно заряженных ионов аргона (Ar) энергия подводится в поверхность мишени, в результате чего материал мишени выбивается и, соответственно, распыляется. В случае HIPIMS-способа доля ионизированного распыленного материала является значительно более высокой, чем в традиционном способе распыления. Уровень энергии при HIPIMS-способе может очень легко достигаться регулированием соответственно высокой мощности импульсов, Р, и/или соответственно очень большой длины импульса или, соответственно, длительности импульса, t_puls.

Стандартные конфигурации HiPIMS и параметры нанесения покрытия известны из прототипа.

В рамках настоящего изобретения были использованы, в частности, такие HiPIMS-способы, которые, например, описаны автором Krassnitzer в документе WO2012143091А1.

Далее изобретение разъясняется подробно и с помощью Фигур и, соответственно, таблиц в качестве примера.

Фиг. 1: таблица с обзором свойств примерных осажденных TiCN-слоев, которые были осаждены с использованием напряжения смещения в биполярном режиме согласно Примеру 1 (смотри С, D, Е), в сравнении с TiCN-слоями, которые были осаждены с использованием DC-напряжения согласно прототипу (смотри А, В)

Фиг. 2: полученные в оптическом микроскопе снимки поверхности покрытия TiCN-слоев согласно Примеру 1 с различными напряжениями смещения.

Фиг. 3: таблица с обзором свойств примерных осажденных TiCN-слоев, которые были осаждены с использованием Ti- и графитовых мишеней согласно Примеру 2 (смотри А, В, С, D, Е), в сравнении с TiCN-слоями, которые были осаждены с использованием только Ti-мишеней и DC-напряжения согласно прототипу (смотри REF)

Фиг. 4: полученные в оптическом микроскопе снимки поверхности покрытия TiCN-слоев согласно Примеру 2 с различными конфигурациями мишеней и, соответственно, реакционных газов.

Пример 1 (согласно первому предпочтительному варианту исполнения):

Все показанные в порядке примера TiCN-слои согласно этому первому Примеру были осаждены с тонким слоем TiN в качестве адгезионного слоя. Сначала на покрываемую подложку был осажден адгезионный TiN-слой, причем применялись следующие параметры: мощность импульса, P_puls, 60 кВт, усредненная мощность на мишени, P_av, 9,0 кВт при t_puls 25 мсек, при общем давлении, p_ges, 0,81 Па, с парциальным давлением N2 0,01 Па, парциальным давлением Ar 0,4 Па, и при постоянном DC-напряжении смещения -80 В, при температуре нанесения покрытия 450°C.

Непосредственно после этого были осаждены TiCN-слои с таким же значением P_puls, таким же P_av, таким же парциальным давлением N2 и парциальным давлением Ar, однако с дополнительным CH₄ при постоянном расходе потока 50 см³/минуту, а также с более короткими t_puls в 1 мсек.

Для Сравнительных Примеров А и В в Таблице в Фигуре 1 были приведены DC-напряжение смещения как при осаждении адгезионного TiN-слоя, так и при осаждении TiCN-слоя.

Для соответствующих изобретению Примеров C, D и E в Таблице 1 в Фигуре 1 напряжение смещения согласно изобретению после осаждения адгезионного TiN-слоя было изменено на биполярный импульсный режим для осаждения соответствующих изобретению TiCN-слоев.

Все слои имели толщину покрытия около 4,0 мкм, и затем были охарактеризованы, что видно в обобщении свойств слоев в Таблице 1. Образцы или, соответственно, пробы с номерами А и В были осаждены в идентичных условиях, однако при различных загрузках, с постоянным DC-напряжением смещения -40 В. Образцы с номерами C, D и Е были осаждены при напряжении смещения в биполярном режиме -50 В, -80 В и -100 В, соответственно. Временное отношение t_neg:t_pos отрицательного напряжения смещения к положительному напряжению смещения выдерживалось для образцов C, D и E постоянным при 50:25 мсек.

Неожиданно при соответствующем изобретению применении импульсного напряжения смещения вместо DC-напряжения смещения было установлено явное уменьшение величин шероховатости Ra, Rz и Rmax при сравнимом и даже более высоком напряжении смещения. В Фигуре 1 показаны полученные в оптическом микроскопе снимки покрытых поверхностей образцов, где сравнительный образец В (постоянное значение -40 В DC) сравнивается с образцами C, D и E Оптическое впечатление «черных» точек создается дефектами роста, которые в противном случае нарушали бы очень гладкую поверхностную структуру в отраженном свете. Для образцов С-Е сравнительно с образцом В можно отчетливо видеть меньшую плотность черных точек, что хорошо согласуется с измеренными значениями шероховатости. Однако интересно, что измеренное содержание углерода в слоях, в пределах данной точности измерений, не зависит от применяемого способа приложения напряжения смещения и является примерно постоянным при 10±2 ат.%.

Однако для TiCN-слоев при импульсном напряжении смещения неожиданно были измерены более низкие значения внутренних напряжений, чем для сравнительных образцов с DC-напряжением смещения. Как видно из Таблицы 1, лишь при импульсном напряжении смещения -100 В был достигнут уровень внутренних напряжений, равный -4,4 ГПа, каковой достигается уже при применении DC-напряжения смещения, составляющего -40 В.

Кроме того, наблюдалось умеренное возрастание твердости при импульсном напряжении смещения, что в принципе желательно для применения.

Предпочтительно применяется напряжение смещения в диапазоне от -20 В до -200 В.

Временное отношение t_neg:t_pos отрицательного напряжения смещения к положительному напряжению смещения предпочтительно варьирует в диапазоне от 10:1 до 1:5, предпочтительно от 5:1 до 1:2, в особенности предпочтительно от 2:1 до 1:1.

Высота напряжения смещения может быть установлена так, что она является асимметричной или симметричной. При асимметричном режиме работы ионный и электронный ток могут регулироваться независимо друг от друга.

В качестве углеродсодержащего газа предпочтительно применяется ацетилен (С₂Н₂) или метан (СН₄).

Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения, при осаждении TiCN-слоев вместо мишеней из металлического титана могут быть использованы керамические мишени из TiC или мишени из Ti и TiC.

Пример 2 (согласно второму предпочтительному варианту исполнения):

Все показанные в порядке примера TiCN-слои согласно этому второму Примеру были осаждены с тонким слоем TiN в качестве адгезионного слоя. Сначала на покрываемую подложку был осажден адгезионный TiN-слой, причем применялись следующие параметры: мощность импульса, P_puls, 60 кВт, усредненная мощность на мишени, P_av, 9,0 кВт при t_puls 25 мсек, при общем давлении, p_ges, 0,81 Па, с парциальным давлением N2 0,01 Па, парциальным давлением Ar 0,4 Па, и при постоянном DC-напряжении смещения -80 В, при температуре нанесения покрытия 450°C.

При этом три титановые мишени действовали в приведенном выше режиме.

TiCN-слои (A, B, C, D, E в Таблице в Фиг. 3) были согласно изобретению осаждены непосредственно после этого, причем три титановых мишени действовали с такими же регулировками, как ранее, однако дополнительно были подключены три углеродных мишени.

Три углеродных мишени были осаждены в различных примерных технологических условиях, в каждом случае с P_puls 60 кВт, постоянном напряжении смещения -50 В, однако с различными t_puls 0,05, 0,1, 0,2, и 0,3 мсек, и получающиеся из этого величины P_av составляли 0,4, 0,9, 1,8, и 2,8 кВт. Соответствующие образцы приведены в таком порядке, как A, B, C, и D, и свойства приведены в Фигуре 3.

В качестве контрольного образца (REF.) был изготовлен традиционно осажденный TiCN-слой, опять же с таким же адгезионным TiN-слоем, как описано выше, однако при этом для TiCN-слоя применялись исключительно титановые мишени и Ar в качестве технологического газа с парциальным давлением 0,40 Па, N2 в качестве первого реакционного газа с парциальным давлением 0,01 Па, а также дополнительно в качестве второго реакционного газа использовался CH4 с расходом потока 50 см³/минуту, что соответствует общему давлению p_ges 0,47 Па. DC-напряжение смещения было использовано как для осаждения адгезионного TiN-слоя, так и для осаждения TiCN-слоя. Эти регулировки для контрольного образца соответствуют прототипу, как было упомянуто выше во введении, и служат для целей сравнения в отношении свойств покрытий и стабильности процесса.

В качестве дополнительного сравнительного образца Е был применен способ с вышеописанным адгезионным TiN-слоем, однако с использованием двух технологических газов и мишеней двух типов для TiCN-слоя. При этом параметры осаждения для трех титановых мишеней выдерживались постоянными, как описано выше, и для трех углеродных мишеней были применены сравнимые регулировки, как для образца С, в каждом случае с P_puls 60 кВт, постоянным напряжением смещения -50 В, t_puls 0,2 мсек, и получаемым из этого значением P_av 1,8 кВт, парциальным давлением Ar 0,4 Па, парциальным давлением N₂ 0,03, а также фиксированным расходом потока CH₄ 10 см³/минуту.

Все показанные в качестве примера слои имели толщины покрытий около 4,0 мкм, и затем были охарактеризованы, что видно в обобщении свойств слоев в Таблице 1.

В Фигуре 4 показаны полученные в оптическом микроскопе снимки покрытых поверхностей образцов, где сравнительный образец REF. сравнивается с образцами А, В, C и D. Оптическое впечатление «черных» точек создается дефектами роста, которые в противном случае нарушали бы очень гладкую поверхностную структуру в отраженном свете. Неожиданно образцы А-D, по сравнению с образцом REF., имеют меньшую плотность черных точек, что хорошо согласуется с измеренными значениями шероховатости. Содержание углерода повышается с увеличением мощности на мишени.

Однако удалось выявить интересное обстоятельство, что при сравнении образцов REF и С, для них обоих, имеющих примерно одинаковое содержание углерода, для осажденного согласно изобретению образца С была измерена явно более высокая твердость покрытия. Это значит, что применение двух материалов мишеней, причем один представлял собой титан, и второй в этом примере углерод, оказывает позитивное влияние на свойства слоя и, кроме того, обеспечивает стабильный процесс.

Сравнительный образец Е, причем применялись оба различных материала мишеней титан и углерод, а также N₂ и СН₄ в качестве реакционных газов, имеет значительно более высокую шероховатость поверхности, что, конечно, если следовать линейной корреляции содержания углерода и, соответственно, шероховатостей осажденных согласно изобретению образцов А, В, C и D, могло бы соотноситься с более высоким содержанием углерода в образце Е.

В рамках изобретения допустимо, что точная настройка содержания углерода может быть достигнута применением углеродсодержащих мишеней из композитного материала. В этой связи предусматривается, например, композитный материал, который состоит из одного или многих металлов и одного или многих карбидов, например, мишень из TiС или Ti+TiС.

Также допустимо, что для соответствующего изобретению способа используются другие металлы, например, такие как Cr, Zr, Та, Nb, и т.д.

Предпочтительно применяется напряжение смещения в диапазоне от -20 В до -200 В, общее давление в диапазоне от 10^-4 мбар (0,02 Па) до 10^-2 мбар (2 Па), удельная мощность в диапазоне от 0,1 кВт/см² до 3,0 кВт/см², и/или средняя мощность P_av в диапазоне от 0,05 до 10 кВт. Отношение парциальных давлений Ar к N₂ может варьировать в пределах диапазона от 0,01 до 0,95.

В качестве углеродсодержащего газа предпочтительно используется ацетилен (C₂H₂) или метан (CH₄).

Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения, при осаждении TiCN-слоев вместо мишеней из металлического титана могут быть использованы керамические мишени из TiC или мишени из Ti и TiC.

Конкретно настоящее изобретение раскрывает способ нанесения покрытия по меньшей мере из одного TiCN-слоя на поверхность покрываемой подложки способом HiPIMS, причем для осаждения по меньшей мере одного TiCN-слоя для создания TiCN-слоя в качестве источника Ti применяется по меньшей мере одна содержащая Ti мишень, которая распыляется в реакционной атмосфере HiPIMS-способом в камере для нанесения покрытий, причем реакционная атмосфера включает по меньшей мере один инертный газ, предпочтительно аргон, и по меньшей мере газообразный азот в качестве реакционного газа, причем для сокращения дефектов роста во время осаждения по меньшей мере одного TiCN-слоя:

- реакционная атмосфера дополнительно включает в качестве второго реакционного газа углеродсодержащий газ, который используется в качестве источника углерода для создания TiCN-слоя, причем во время осаждения TiCN-слоя к покрываемой подложке подводится напряжение смещения в биполярном режиме,

или

- в качестве источника углерода для создания TiCN-слоя используется по меньшей мере одна углеродсодержащая мишень, которая распыляется в камере для нанесения покрытий с реакционной атмосферой только с газообразным азотом в качестве реакционного газа HiPIMS-способом.

Способ предпочтительно может исполняться так, что, когда в качестве источника углерода применяется углеродсодержащий газ, углеродсодержащий газ содержит СН₄, или состоит из СН₄, или включает С₂Н₂, или состоит из С₂Н₂.

Способ предпочтительно может исполняться так, что, когда в качестве источника углерода применяется содержащая углерод мишень, на одну или многие Ti-содержащие мишени с помощью первого подводящего энергию устройства или первого блока питания, и на одну или многие содержащие углерод мишени с помощью второго подводящего энергию устройства или второго блока питания, подаются импульсы мощности.

Согласно предпочтительному варианту вышеописанных способов, одна или многие Ti-содержащие мишени представляют собой металлические мишени, которые состоят из Ti.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту вышеописанных способов, одна или многие Ti-содержащие мишени представляют собой керамические мишени, которые состоят из TiС.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту вышеописанных способов, в которых применяется по меньшей мере одна углеродсодержащая мишень, одна или многие углеродсодержащие мишени состоят из графита.

Согласно дополнительному предпочтительному варианту вышеописанных способов, в которых применяется по меньшей мере одна углеродсодержащая мишень, одна или многие углеродсодержащие мишени состоят из композитного материала, причем композитный материал включает, например, один металл или многие металлы, и один карбид или многие карбиды.

Изобретение относится к способу нанесения покрытия по меньшей мере из одного слоя TiCN на поверхность покрываемой подложки способом HiPIMS. Для осаждения по меньшей мере одного TiCN-слоя используют по меньшей мере одну Ti-содержащую мишень в качестве источника Ti для создания TiCN-слоя, которую распыляют в реакционной атмосфере HiPIMS-способом в камере для нанесения покрытий. Реакционная атмосфера включает по меньшей мере один инертный газ, предпочтительно аргон, и по меньшей мере газообразный азот в качестве реакционного газа. Для сокращения дефектов роста во время осаждения по меньшей мере одного TiCN-слоя реакционная атмосфера дополнительно включает в качестве второго реакционного газа углеродсодержащий газ, предпочтительно СН₄, который используют в качестве источника углерода для создания TiCN-слоя. Во время осаждения TiCN-слоя к покрываемой подложке подводят напряжение смещения в биполярном режиме, или в качестве источника углерода для создания TiCN-слоя используют по меньшей мере одну графитовую мишень, которую распыляют в камере для нанесения покрытий с реакционной атмосферой только с газообразным азотом в качестве реакционного газа HiPIMS-способом. На Ti-содержащие мишени с помощью первого подводящего энергию устройства или первого блока питания, и на графитовые мишени с помощью второго подводящего энергию устройства или второго блока питания подают импульсы мощности. В результате получают покрытие с незначительными дефектами роста, не приводящими к потере твердости слоя или к нарастанию внутренних напряжений в слое. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ нанесения покрытия по меньшей мере из одного слоя TiCN на поверхность покрываемой подложки способом HiPIMS, причем для осаждения по меньшей мере одного TiCN-слоя используют по меньшей мере одну Ti-содержащую мишень в качестве источника Ti для создания TiCN-слоя, которую распыляют в реакционной атмосфере HiPIMS-способом в камере для нанесения покрытий, причем реакционная атмосфера включает по меньшей мере один инертный газ и по меньшей мере газообразный азот в качестве реакционного газа, отличающийся тем, что для сокращения дефектов роста во время осаждения по меньшей мере одного TiCN-слоя:

- реакционная атмосфера дополнительно включает в качестве второго реакционного газа углеродсодержащий газ, который используют в качестве источника углерода для создания TiCN-слоя, причем во время осаждения TiCN-слоя к покрываемой подложке подводят напряжение смещения в биполярном режиме, причем применяют напряжение смещения в диапазоне от -20 В до -200 В, при этом высоту напряжения смещения устанавливают асимметричной или симметричной, при этом временное отношение t_neg:t_pos отрицательного напряжения смещения к положительному напряжению смещения варьируют в диапазоне от 10:1 до 1:5,

или

- в качестве источника углерода для создания TiCN-слоя используют по меньшей мере одну углеродсодержащую мишень, которую распыляют в камере для нанесения покрытий с реакционной атмосферой только с газообразным азотом в качестве реакционного газа способом HiPIMS.

2. Способ по п.1, в котором в качестве источника углерода используют углеродсодержащий газ, причем углеродсодержащий газ включает СН₄ или состоит из СН₄.

3. Способ по п.1, в котором в качестве источника углерода используют углеродсодержащий газ, причем углеродсодержащий газ включает С₂Н₂ или состоит из С₂Н₂.

4. Способ по п.1, в котором в качестве источника углерода используют по меньшей мере одну углеродсодержащую мишень, причем на по меньшей мере одну Ti-содержащую мишень с помощью первого подводящего энергию устройства или первого блока питания и на по меньшей мере одну содержащую углерод мишень с помощью второго подводящего энергию устройства или второго блока питания подают импульсы мощности.

5. Способ по п.4, в котором по меньшей мере одна Ti-содержащая мишень представляет собой металлическую мишень, которая состоит из Ti.

6. Способ по п.4, в котором по меньшей мере одна Ti-содержащая мишень представляет собой керамическую мишень, которая состоит из TiС.

7. Способ по одному из предшествующих пп. 4-6, в котором по меньшей мере одна углеродсодержащая мишень состоит из графита.

8. Способ по одному из предшествующих пп. 4-6, в котором по меньшей мере одна углеродсодержащая мишень состоит из композитного материала.

9. Способ по п.8, в котором мишень из композитного материала включает по меньшей мере один металл и один карбид.