Изучение электронного и атомного строения межфазовых границ и нанослоев диэлектриков, синтезированных на кремнии

• Автор: Соколов, Андрей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 185 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение

1. Глава I. Методы исследования и синтеза тонких слоев на поверхности твердых тел

1.1. Физические принципы спектроскопии отражения рентгеновских лучей

1.1.1. Оптические функции вещества

1.1.2. Ближняя тонкая структура спектров поглощения (БТС РСП)

1.1.3. Глубина формирования отраженного излучения

1.1.4. Расчет спектральных зависимостей оптических постоянных

на основе экспериментальных спектров отражения

1.1.5. Влияние микрорельефа поверхности на спектры отражения

1.2. Физические принципы метода рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии высоких энергий (HAXPS)
1.2.1. Механизмы формирования фотоэлектронных спектров
1.2.2. Глубина формирования фотоэлектронных спектров
1.3. Основные методы синтеза тонких пленок
1.3.1. Метод молекулярного наслаивания (ALD)
1.3.2. Метод осаждения металлорганических соединений из газообразной фазы (MOCVD)
1.3.3. Метод магнетронного напыления
2. Глава II. Техника и методика эксперимента
2.1. Спектрометр-монохроматор ультрамягкого рентгеновского
излучения РСМ
2.2. Экспериментальная станция «REFLECTOMETER»
2.3. Экспериментальная станция «Н1КЕ»

2.4. Характеризация образцов
3. Глава III. Анализ полученных экспериментальных данных
3.1. Уточнение критерея выбора экстраполяции экспериментального спектра в случае тяжелых металлов. Расчет спектральных зависимостей оптических постоянных НГО2 на основе
экспериментальных спектров отражения
3.2. Изучение атомного строения и структуры тонких пленок методом рентгеновской спектроскопии отражения
3.2.1. Слои HfCVS i
3.2.1.1. Влияние толщины слоя на ее микроструктуру
3.2.1.2. Влияние метода синтеза на микроструктуру пленки
3.2.2. Слои TiCVSi
3.2.2.1. Влияние толщины пленки на ее микроструктуру
3.2.2.2. Изучение однородности пленки
3.2.3. СлоиАЬОз/Si
3.2.3.1. Изучение однородности и межфазовой границы пленки методами рентгеновской спектроскопии отражения
3.2.3.2. Изучение межфазовой границы пленки методом эмиссионной спектроскопии
3.3. Изучение состава и строения скрытых межфазовых границ, методом фотоэлектронной спектроскопии высоких энергий (HAXPES)
3.3.1. Изучение межфазовой границы в системах НГОг /Si
3.3.2. Многослойные структуры Ti02/Si02/Si и Ti/SiCVSi
Результаты и выводы
Литература

Введение
Наблюдаемая в течение многих лет тенденция уменьшения размеров металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) структур, составляющих основу интегральных схем, неизбежно требует уменьшения толщины подзатворных диэлектриков, что, в свою очередь, приводит к принципиальным ограничениям стандартных технологических процессов и круга материалов, используемых для изготовления МДП структур на кремнии. При уменьшении толщины слоя БЮг, применяемого в качестве подзатворного диэлектрика в МДП приборах до нескольких нанометров, резко возрастают туннельные токи утечки. Требования электрической прочности диктуют необходимость поиска диэлектриков с малой эквивалентной электрической толщиной и с существенно более высокой по сравнению с 8Ю2 диэлектрической постоянной (статическая диэлектрическая проницаемость БЮт к = 3.9 [1 - 3]). Материалы с высокой диэлектрической постоянной (т.н. 1%Ь-к материалы), такие как А1203, Та205, ТЮ2, вгТЮз, 7Ю2 и НЮ2 широко исследуются в качестве альтернатив Э102 для создания комплиментарных МДП структур уменьшенного размера (КМДП транзисторов размером менее 45нм).
Однако синтез предельно тонких слоистых структур сталкивается с серьезными проблемами, что обусловлено недостаточной изученностью качественно новых физических эффектов, наблюдаемых в предельно малых структурах. Ключевой проблемой становится сильная зависимость термической и химической стабильности, электрических свойств, плотности заряда на межфазовой границе и многих других параметров от химического состава и протяженности интерфейса на границе двух материалов. Динамика формирования межфазовой границы определяется целым рядом параметров, которые, безусловно, диктуются методом синтеза. Это, в свою очередь, обуславливает повышенные требования, как к технологиям формирования тонких пленок, так и к средствам исследования и диагностики их свойств.

Выход электрона в вакуум. При выходе с поверхности твердого тела в вакуум электрон проходит через поверхностный потенциальный барьер с вероятностью В(Е). В классическом приближении если электрон обладал кинетической энергией меньшей высоты потенциального барьера, то В(Е) = 0 и электрон выйти в вакуум не сможет. В этом же приближении В(Е) = 1 для всех электронов, энергия которых выше порога уровня вакуума.
Таким образом, согласно трехступенчатой модели вероятность обнаружить возбужденный электрон твердого тела в вакууме равна произведению вероятностей всех рассмотренных процессов:
Р(ЕпПа>)= §¥(Псу,Е,Е,)-О(Е) В(Е)скс1Е (1.51)
Следует отметить, что сама трехступенчатая модель является довольно грубым приближением и имеет право на существование для тех процессов, для которых время возбуждения электрона много меньше времени между столкновениями, что справедливо для энергий возбуждающих фотонов 1-5кэВ.
Как уже упоминалось, для определения энергии связи электрона в атоме вещества, в РФЭС анализируется кинетическая энергия возбужденных электронов, которая связана с энергией фотонов и Ев отношением (1.43). Однако, согласно рассмотренной модели, фотоэлектрон при вылете в вакуум затрачивает энергию на преодоление потенциального барьера между твердым телом и вакуумом. Эту энергию называют работой выхода (<рЛ). Следовательно, уравнение (1.43) требует внесения поправки:
Еш=к-Ев-(р,,. (1.52)
Также ряд поправок к уравнению (1.43) возникает вследствие учета ряда экспериментальных факторов. При проведении измерений РФЭС образец находится в электрическом контакте со спектрометром (Рис. 1.4.). Если контактируют два проводника с различными значениями работы выхода, между проводниками происходит обмен электронами [30]. Электроны проводимости с более высоким уровнем Ферми (малая работа выхода) перетекают на проводник