Полифункциональные тонкие пленки неметаллических соединений тантала

• Автор: Чистоедова, Инна Анатольевна
• Шифр специальности: 05.17.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 178 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение.
Глава 1. Структура, свойства и методы получения тонких пленок тантала и его соединений .

1.1 Физикохимические свойства тантала.

1.2 Структура тонких пленок тантала.

1.3 Структура тонких пленок оксидов тантала.

1.4 Методы получения тонких пленок тугоплавких соединений.

1.5 Модификация тонкопленочных материалов.

1.6 Основные заключения по состоянию проблемы. Постановка задачи

исследования.

Глава 2. Оборудование и методология исследований

2.1 Оборудование
2.1.1 Выбор режимов работы ионного источника
2.1.2 Установка магнетронного ВЧраспыления 0
2.1.3 Оборудование для модификации тонких пленок
2.1.4 Установка лазерной обработки пленок.
2.2 Методы исследования
2.2.1 Метод электронной ожеспектроскопии.
2.2.2 Массспсктрометрия вторичных ионов ВИМС.
2.2.3 Методика измерения температурного коэффициента сопротивления
2.2.4 Измерения уровня низкочастотных шумов.
2.2.5 Фотоэлектрическая спектроскопия тонких пленок.
2.2.6 Тонкопленочная рентгеновская дифрактометрия.
Глава 3. Состав и структура тонких пленок тантала и его соединений, полученных ионноплазменным распылением.
3.1 Исследование структуры и фазового состава тонких пленок тантала.
3.1.1 Влияние газовой среды на процесс ионного распыления и загрязнение
пленок в процессе ионноплазменного распыления
3.1.2 Состав остаточной атмосферы вакуумной камеры.
3.1.3 Адсорбция и газовыделение с поверхности подложек.
3.2 Химические и структурные образования в тонких пленках, полученных ионноплазменным распылением тантала из компактных мишеней.
3.3 Ионноплазменное распыление тантала в среде активных газов
Глава 4. Свойства полифункциональных тонких пленок
соединений тантала
4.1 Электрические свойства тонких пленок тантала и его соединений.
4.2 Анализ температурной зависимости сопротивления пленок соединений тантала, полученных методом магнетронного и триодного ионноплазменного распыления
4.3 Электрическое сопротивление тонких пленок системы ТаТа5
4.4 Электрические свойства тонких пленок нитрида тантала
4.5 Электрические свойства тонких пленок Та5
4.6 Оптические и фотоэлектрические свойства тонких пленок соединений
тантала
Глава 5. Модификация структуры и свойств тонких пленок
5.1 Влияние плазменной и термической обработки на сопротивление резисторов
5.2 Измерение температуры образцов во время плазменной обработки
5.3 Испытания на ускоренное старение резисторов.
5.4 Ионная обработка поверхности подложек перед напылением пленок
5.5 Исследование воздействия лазерного излучения на свойства
тонких пленок ТаТа5
5.6 Фотонная импульсная обработка тонких пленок.
5.7 Технологический процесс нанесения тонкопленочных покрытий.
5.8 Практическое применение полифункциональных тонких пленок
неметаллических соединений тантала
Основные выводы по работе.
Библиографический список использованной литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


При взаимодействии с СН*, СО, С и других углеродосодержащих соединений тантал науглераживается при температурах выше 0 °С с образованием карбида тантала ТаС. Диаграмма состояния тантал - углерод [4] представлена на рисунке 1. С водородом тантал при 0-0 °С образует гидриды и охрупчивается. Соединения тантала с азотом, углеродом и кислородом - тугоплавкие. Так температура плавления ТаС - °С; р-Та2С - °С; Та2Ы - °С; ТаЫ - °С; Та5- °С [3, 5]. Одной из отличительных особенностей тантала является полное несоответствие физико-химических свойств для массивных и тонкопленочных образцов. Тонкие пленки тантала в зависимости от условий их получения могут иметь принципиально различный состав, структуру и свойства. Рисунок 1. Диаграмма состояния Та - О [4]. Рисунок 1. Система тантал - азот [4]. Рисунок 1. Система тантал - углерод [4]. В тонкопленочной микроэлектронике для создания пассивных компонентов широко используются тантал и его соединения. На их основе изготовляются законченные микросхемы, включающие в себя тонкопленочные резисторы, конденсаторы и проводники [6]. Термообработанные или анодированные пленки тантала характеризуются высокой стабильностью электрических свойств и малым значением ТКС (см. Величина р5 и ТКС определяется режимом получения пленок и последующей термообработкой. Тантал относится к числу тугоплавких металлов, склонных к полиморфизму в пленочном состоянии. Сравнительные характеристики танталовых пленок приведены в таблице 1. Основные его модификации а и (5 достаточно хорошо изучены [9]. Удельное сопротивление модификации а-Та составляет примерно ( . О*6 Ом-см [7, ]. Ридом и Альтманом []. В отличие от а-тантала р-тантал, имеющий тетрагональную мелкокристаллическую структуру и удельное сопротивление р = (0 . Ом-см, в массивных образцах не встречается. Эта метастабильная модификация тантала характерна только для тонких пленок. Отметим, что Р-Та имеет отрицательный температурный коэффициент сопротивления (ТКС). Пленки Р~Та имеют большее удельное сопротивление по сравнению с а-Та, с этой точки зрения его использование в качестве резистивного материала более предпочтительно. С []. Часто образуются пленки, состоящие из смеси аир- тантала. Эти трудности не дают возможность получить пленку с заранее заданной структурой и, кроме того, величину поверхностного сопротивления нужно контролировать непосредственно, а не косвенно, по времени напыления []. Существование танталовых пленок малой плотности впервые наблюдал Шутце []. Удельное сопротивление таких пленок изменяется от 0 мкОм-см (при В) до 0 мкОм-см (при В), а температурный коэффициент при этом, согласно Шутце, изменяется соответственно от *1 О*6 до минус 0*-6, что указывает на существование в этих пленках различных механизмов проводимости. Толщина пленок изменялась от А (при В) до А (при В). Получение пленок а- и (3-тантала обычно производят путем катодного распыления при напряжении 4 - 5 кВ и плотности тока 0,1-1 мА/см2. Если снизить напряжение и при этом не увеличивать давление аргона, то разрядный ток уменьшится, что приведет к значительному снижению скорости осаждения. При этом получаются пленки низкой плотности, имеющие сильно пористую структуру с размерами пор (4 - 7) -'3 мкм, состоящие из большого числа зерен а- или р-тантала с размерами кристаллов (3 - 5) -*2 мкм []. Высокая пористость пленок и появление системы металл -диэлектрическая смесь вызывают аномальное повышение удельного сопротивления (примерно в 0 раз по сравнению с а-танталом) и изменение его температурного коэффициента []. Высокое удельное сопротивление и хорошая воспроизводимость позволяет использовать эти пленки в электронных микросхемах. Если в аргон добавить азот в количестве, существенно превышающем фон остаточных газов, то могут быть получены пленки нитрида тантала, имеющие два устойчивых состояния Та2Н и ТаК с разной кристаллической структурой и электрофизическими свойствами. Зависимость свойств пленок тантала, полученных катодным распылением, достаточно подробно представлена в [, ]. Таблица 1.