Разработка гадолиний- и боросиликатных наноразмерных пленок, формируемых методом золь-гель технологии

• Автор: Смирнова, Ирина Витальевна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 193 с. : ил.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ СИНТЕЗА И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ И ОРГАНО-НЕОРГАНИЧЕСКИХ
ПЛЕНОК В ПЛАНАРНОЙ ТЕХНОЛОГИИ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
1Л. Использование золь-гель технологии в современной промышленности
1.1.1. Использование тонких силикатных пленок, получаемых методом золь-гель технологии в качестве источников диффузантов
1.1.2. Требования к свойствам пленок, применяемым в планарной технологии микроэлектроники
1.2. Технологические аспекты получения золей и формирование стекловидных и гибридных пленок на их основе
1.2.1. Золь-гель технология
1.2.2. Основные компоненты золь-гель систем
1.2.3. Физико-химические основы золь-гель процесса
1.2.4. Методы нанесения покрытий
1.2.5. Особенности синтеза пленкообразующих золей
1.2.6. Термическая обработка пленок
1.2.7. Гибридные органо-неорганические золь-гель системы
1.3. Основные методы легирования кремния в современной планарной технологии микроэлектроники
1.3.1. Общие сведения о методах легирования
1.3.2. Ионная имплантация
1.3.3. Эпитаксиальное наращивание
1.3.4. Диффузия

1.3.5. Образование дислокаций под действием внутренних напряжений
1.4. Выводы и обоснование направления экспериментальных исследований
ГЛАВА 2. СИНТЕЗ ЗОЛЬ-ГЕЛЬ СИСТЕМ, ФОРМИРОВАНИЕ ГИБРИДНЫХ ОРГАНО-НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПЛЕНОК-ИСТОЧНИКОВ ДИФФУЗИИ БОРА И ГАДОЛИНИЯ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ КРЕМНИЙ, ПРОЦЕССЫ ДИФФУЗИИ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Описание основных технологических стадий формирования пленок
2.1.1. Синтез золей на основе тетраэтоксисилана
2.1.2. Выбор органических низко- и высокомолекулярных соединений для модификации свойств золь-гель систем
2.1.3. Выбор неорганических соединений для легирования кремния
2.1.4. Получение ксерогелей
2.1.5. Влияние подложки на свойства пленок
2.1.6. Формирование пленок и их термообработка
2.1.7. Условия прохождения диффузии
2.2. Выбор современных методов и подходов при исследовании физикохимических свойств золь-гель систем и формируемых из них наноразмерных стекловидных пленок и гибридных органо-неорганических покрытий
2.2.1. Методики определения вязкости золь-гель систем
2.2.1.1. Определение вязкости с помощью рео-вискозиметра по Хопплеру
2.2.1.2. Определение вязкости с помощью ротационного вискозиметра с коаксиальными цилиндрами
2.2.2. Термический анализ
2.2.3. Рентгенофазовый анализ
2.2.4. Исследование толщины и оптических характеристик пленок методом эллипсометрии и АДа^ер
2.2.5. Оптическая система анализа изображений
2.2.6. Атомно-силовая микроскопия
2.2.7. Метод динамической механической спектроскопии (внутреннее трение)
2.2.8. Определение поверхностного сопротивления
2.2.9. Определение глубины залегания диффузионных слоев
2.2.10. Вторичная ионная масс-спектрометрия
2.3. Заключение по главе
ГЛАВА 3. ПРОЦЕСЫ СТРУКТУРИРОВАНИЯ И ПЛЕНКООБРАЗОВАНИЯ В ЗОЛЯХ НА ОСНОВЕ ТЕТРАЭТОКСИСИЛАНА В ПРИСУТСТВИИ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ (БОРНАЯ КИСЛОТА, НИТРАТ ГАДОЛИНИЯ) И ОРГАНИЧЕСКИХ МОДИФИКАТОРОВ (ПОЛИОЛЫ
ЛИНЕЙНОГО И РАЗВЕТВЛЕННОГО СТРОЕНИЯ)
3.1. Влияние органических низко- и высокомолекулярных модифицирующих
добавок на реологические свойства боросиликатных и гибридных золь-гель
систем
3.1.1. Результаты исследования процессов структурообразования методом
опускающегося шарика (по Хопплеру) в боросиликатных гибридных зольгель системах
3.1.2. Результаты исследования прочностных характеристик с помощью ротационного вискозиметра

Временной период пригодности золей для формирования пленок, отвечающих требованиям планарной технологии микроэлектроники, определяется, в том числе, их вязкостью [12, 55, 70]. Пленкообразующие свойства у золей начинают проявляться не сразу, а по мере структурирования жидкости. Золи с повышенной вязкостью, которые уже близки к переходу в гель, непригодны для формирования однородных, равномерных тонких стекловидных пленок. В то же время, использование только что приготовленных, еще «не созревших» золей также нежелательно. Это может отрицательно сказаться на воспроизводимости свойств пленок. Величина вязкости, помимо прочего, может служить для оценки пленкообразующих свойств золей.
В данном разделе описываются два метода определения вязкости - с помощью рео-вискозиметра по Хопплеру и с использованием ротационного вискозиметра.
2.2.1.1. Определение вязкости с помощью рео-вискозиметра по Хопплеру
Метод использовался для определения динамической и структурной вязкости боросиликатных золей с добавками различных полиолов линейного и разветвленного строения. Определение величины вязкости основано на измерении времени погружения шарика в сосуд с золем. Опускание шарика происходит под действием гирь различного веса на плечо коромысла вискозиметра.
Принцип действия вискозиметра с падающим шариком основан на законе Стокса [27, 111, 112]. Шарик определенного диаметра опускается внутри калиброванного сосуда с исследуемым раствором. Пройденный им в мерном сосуде путь указывается индикатором. Стрелка пробегает измерительный участок над циферблатом, который соответствует промежутку от 0 до 30 мм. Время опускания шарика замеряется секундомером для каждой исследуемой системы до тех пор, пока золь не перешел в гель. Пределы измерения от 6-Ю'4 до 250 Па-с. Относительная погрешность 1...3 %.
Для каждого измерения вязкости небольшую порцию золя отливали из общей емкости в сосуд вискозиметра. Определение времени опускания шарика в сосуде с исследуемым золем проводились в течение 2 месяцев через каждые 2-4 дня в первые три недели измерений, а в дальнейшем через 4-7 дней по мере уменьшения текучести для каждого исследуемого раствора. По прошествии 2 месяцев в золях наблюдались помутнение, выпадение осадка, т.е. нарушение гомогенности, и переход в гелеобразное состояние. Измерения вязкости производились при температуре 20 °С. Используя полученные данные и методику, принятую в коллоидной химии [111, 112], рассчитывали динамическую и структурную вязкости золей.