Ионно-плазменный синтез силицидов меди на монокристаллическом кремнии

• Автор: Туренко, Евгений Алексеевич
• Шифр специальности: 02.00.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Воронеж
• Количество страниц: 118 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Общие закономерности процессов

ионноплазменного синтеза тонкопленочных соединений

обзор литературы

1.1. Особенности ионноплазменного синтеза пленок химических соединений.

1.2. Формирование потоков атомных частиц и перенос

их к подложке.

1.3. Процессы, происходящие при взаимодействии энергетических частиц с поверхностью твердого тела
1.4. Активирующее действие ионного облучения на скорость и механизм химических реакций, протекающих на поверхности твердого тела.

1.5. Классификация и практическая реализация методов ионноплазменного синтеза.

1.5.1. Ионный синтез
1.5.2. Ионное перемешивание.
1.5.3. Ионнореактивный синтез и ионностимулированное газофазное осаждение
1.6. Выводы и постановка задачи исследований
ГЛАВА. 2. Особенности метода ионноплазменного синтеза
2.1. Характеристики магнетронного генератора с жидким
катодом
2.2. Особенности механизма нагрева подложки при ионноплазменном синтезе из жидкой фазы.
2.3. Решение задачи о нагреве системы пленка подложка
при ионноплазменном воздействии
ГЛАВА 3. Структура, фазовый состав, электрофизические
свойства и кинетика роста тонких слоев в структурах Си Б.
3.1. Методика изготовления образцов для исследований
3.2. Методики исследования образцов.
3.3. Результаты исследования структур Си Б, полученных
без подачи потенциала смещения на подложку
3 .4. Результаты исследования структур Си 8, полученных
ионноплазменным синтезом.
ГЛАВА 4. Физикохимическая модель ионноплазменного
синтеза силицидов меди
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Толщину слоев определяли на ступеньках и сколах с помощью оптической и растровой электронной микроскопии, а их удельную электропроводность измерением величины поверхностного сопротивления Ля четырехзондовым методом. Фазовый состав и структуру синтезированных образцов исследовали методами рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа. Научная новизна. Разработан новый способ ионноплазменного синтеза слоев силицидов меди на кремнии, основанный на взаимодействии частично ионизированного потока атомов меди с кремниевой подложкой при магнетрон ном самораспылении расплава меди. Развита модель нагрева подложки при ионноплазменном воздействии, из которой следует, что интегральная температура подложки при малых 5 с временах напыления недостаточна для протекания реакций синтеза силицидов без воздействия ионной бомбардировки. Синтезированы в условиях ионноплазменной обработки и исследованы пленки силицидов меди различного состава на кремнии. Установлено, что образование и рост новых фаз на поверхности кремния в условиях ионной обработки происходит при очень малых временах осаждения меди 5 с. Экспериментально определена зависимость фазового состава и электрофизических параметров полученных гетероструктур от дозы ионного облучения и энергии ионов меди. Проведен сравнительный анализ особенностей фазообразования в гетероструктурах Си при ионноплазменном синтезе и термовакуумном отжиге в стационарных условиях. Установлено, что кинетика роста силицидных фаз при взаимодействии ионизированных потоков атомов меди с поверхностью монокристаллического кремния имеет линейный характер, что свидетельствует о превалирующей роли химической реакции. Предложена физикохимическая модель ионноплазменного синтеза слоев силицидов меди, учитывающая специфическое влияние энергетических ионов на структурные и фазовые превращения в твердом теле. Количественная модель пространственновременной эволюции температурных полей в системе пленкаподложка при ионноплазменном синтезе, использующая экспериментально определяемую величину теплового потока на подложку и известные теплофизические характеристики подложки. Результаты, устанавливающие связь между основными параметрами ионного воздействия энергия ионов и доза ионного облучения и составом, структурой и электрофизическими свойствами полученных слоев. Физикохимическая модель ионноплазменного синтеза, учитывающая особенности механизма начальной стадии формирования новой фазы. В основе модели лежит представление о возникновении в твердом теле так называемых тепловых пиков при воздействии на него энергетических ионов. Тепловой пик это ограниченная область кристаллической решетки, внутри которой в данный момент времени большинство атомов находится в движении. Локальная температура в объеме теплового пика Т 53 К. Изза высокой температуры давление в такой системе очень высоко 0 Па, что приводит к возникновению ударных волн, распространяющихся в глубину кристалл отеской решетки. В таких условиях фазообразование в поверхностных слоях подложки происходит сразу с момента начала осаждения при относительно невысоких интегральных не выше 3 К температурах подложки. В дальнейшем на определенной стадии процесс синтеза начинает активироваться также тепловой энергией интегрального разогрева подложки и радиационностимулированной диффузией компонентов. Новый способ ионноплазменного гетерогенного синтеза сложных тонкопленочных фаз на примере системы медь кремний. Метод заключается в создании частично ионизированного потока атомов меди, направляемого на подложку монокристаллотсского кремния, находящуюся под отрицательным ускоряющим потенциалом. Плазменный поток генерируется с помощью магнетроиного самораспыления и испарения катода из расплава меди. Данный метод позволяет получить на поверхности кремния практически все фазы, существующие в системе Си без специальной дополнительной термообработки подложки, а также пленки чистой меди с повышенными коррозионными свойствами. Практическое значение. Разработаны условия направленного синтеза тонкопленочных силицидов меди на монокристаллическом кремнии для создания металлизационных и коммутационных систем при изготовлении новых приборов твердотельной электроники.