Кинетика атомных процессов и формирование сверхтонких пленок Cr, Co и их дисилицидов на Si(III)

• Автор: Миленин, Алексей Петрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 140 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
Глава 1. Активированные реакцией процессы при формировании границы раздела
переходный металл-кремний
1.1. Формирование поверхностных фаз в системе Co/Si
1.2. Модели формирования границы раздела металл-полупроводник
1.2.1. Количественная модель (BGW) роста реактивной металл-полупровод-никовой границы раздела применительно к результатам ФЭС
1.2.2. Вероятностная модель формирования границы раздела металл-полупроводник (ВЫ)
Глава 2. Методика и техника эксперимента
2.1. Электронно-зондовые методы исследования поверхности
2.1.1. Электронная Оже - спектроскопия
2.1.2. Дифракция медленных электронов
2.1.3. Спектроскопия характеристических потерь энергии электронов
2.2. Экспериментальное оборудование
2.3. Методика приготовления образцов
2.4. Измерение температуры подложки Si
2.5. Источники Сг и Со и калибровка скорости осаждения
2.6. Электрофизические измерения
2.7. Программно-аппаратный комплекс для зондовых измерений ВАХ
2.7.1. Плата ввода - вывода L — 1610
2.7.2. Плата интерфейса
2.7.3. Программный комплекс 51 Г лава 3. Моделирование процесса формирования границы раздела Cr/Si и
анализ экспериментальных данных
3.1. Вывод формулы для интенсивности эмиссии оже-электронов в модели ВН
3.2. Модель ВН для системы Cr/Si - сравнение с экспериментом
3.3. Кинетический механизм формирования границы раздела металл-полупроводник
3.3.1. Диффузия атомов в подложку в процессе осаждения
3.3.2. Зарождение и рост двумерных кластеров

3.3.3. Модель атомного перемешивания
3.3.4. Сравнение модели с экспериментом: стационарный режим осаждения
3.3.5. Зависимость механизма роста от режима осаждения 77 Глава 4. Исследование поверхностных фаз и г раницы раздела в системе
ЭНН 1)7x7-Со
4.1. Поверхностные фазы системы 81(111 )-Со
4.2. Пленки Со на 81(111) толщиной 2 монослоя
4.3. Фаза при с1» 3 МС
4.4. Механизм формирования границы раздела Со/81(111) при комнатной температуре
4.5. Роль скорости осаждения в формировании границы раздела Со/81(111) 89 Глава 5.11ачальная стадия роста и электрофизические свойства сверхтонких
пленок Сг и Сг81г на 81(111) при высоких скоростях осаждения
5.1. Рост при комнатной температуре
5.1.1. Влияние скорости осаждения на начальную стадию формирования
границы раздела при комнатной температуре
5.1.2. Механизм формирования границы раздела Сг/81 при высоких скоростях осаждения
5.1.3. Модификация механизма роста поверхностной фазой 7х7-Сг
5.2. Эпитаксия сверхтонких пленок Сг812 при высокоскоростном импульсном напылении
5.2.1. Формирование сверхтонкой эпитаксиальной пленки Сг81г методами
РМЛЭ и РТФЭ
5.2.2. Роль затравочного слоя в эпитаксии Сг81г Я30° методом РМЛЭ
5.3. Электрофизические характеристики полученных пленок
Заключение
Литература
Приложения
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Бурный прогресс в микроэлектронике, особенно в области цифровой техники, при постоянной тенденции в сторону миниатюризации ее элементов вызывает пристальное внимание к выращиванию сверхтонких слоев металла на полупроводнике. В современных интегральных схемах степень интеграции возросла настолько, что размер отдельного активного элемента не превышает долей микрона, -т.е. фактически работа ведется в нанометровом диапазоне.
Сложности, которые возникают в процессе создания подобного рода устройств, связаны не только с рядом технических проблем, но и с необходимостью учитывать физические эффекты, которые имеют место на границе раздела металл - полупроводник.
Например, проблема создания планарного рисунка с манометровым размером элементов и резкой границей раздела как в плоскости подложки, так и перпендикулярно ей, носит комплексный характер. С одной стороны, это проблема литографии, которая накладывает свои ограничения на размер элемента. С другой стороны, возникают ограничения, связанные с диффузионными процессами на поверхности и в объеме полупроводника, которые приводят к «размытию» профиля элемента.
Поэтому одно из основных направлений решения данной проблемы - это исследование формирования резкой и совершенной границы раздела металл-полупроводник.
Другое направление в интегральной схемотехнике - создание объемных интегральных схем. При этом возникает особое требование к структуре каждого слоя и основная проблема - это создание эпитаксиальной пленки с захороненным слоем металла или полупроводника.
Как показывает практика, решение подобных проблем зачастую связано с разработкой новых технологий, в частности, сверхвысоковакуумных.
Исследования формирования границы раздела и эпитаксиальных сверхтонких пленок металла на полупроводнике в сверхвысоком вакууме относятся к наиболее перспективным направлениям в области создания высокоинтегрированных полупроводниковых схем. Как свидетельствуют последние эксперименты российских и зарубежных авторов, некоторые фазы, которые возникают при формировании границы раздела в отдельных системах, отличаются по своим свойствам от объемных и представляют интерес как новые тонкопленочные материалы. Знание физики процесса формирования границы раздела в неравновесных условиях позволяет создавать условия для роста таких необъемных фаз и управлять их свойствами.
Выбор систем 11)-Сг и 81(111) - Со для проведения исследований, а также концентрация внимания на кинетике формирования границы раздела, обусловлены следующими причинами.

где К - постоянная, близкая к единице, величина которой зависит от распределения осажденной пленки по толщине по площади датчика; 4/ - изменение частоты кварца [Гц] в зависимости от количества осажденного металла; с1М [в граммах]; Ат - площадь датчика [см2]. В качестве Ат надо брать полную площадь поверхности пластины. Однако, если электроды покрывают не всю поверхность кристалла, тогда под Ат понимают площадь электродов, поскольку вне электродов колебания пренебрежимо малы.
Коэффициент пропорциональности в уравнении (32):
г /о2 , о (33)
Г N ,р , [Гц-г -см] получил название чувствительности кристалла к определению массы.
Здесь N = 1,67-106 Гц-мм - постоянная кварцевой пластины среза АТ см.[51 ], рч - плотность кварца (2,65 г-см"),
4/ - толщина пластины,
/д-ЛУ 4? - резонансная частота кварцевой пластины.
Выразив толщину осаждаемой пленки через плотность материала, получим:
л АМ <~,Л
; (34)
маски ' Р
или, выразив 4Миз (32) и подставив в выражение (34), опуская знак, получаем:

(35)
где БМаски — площадь маски кварца, рме- плотность металла.
Т. к. в экспериментальной камере было установлено две пары кварцев, с резонансными частотами 3,3 МГц и 7,06 МГЦ (см. схему на рис. 5), то согласно формуле (33) имеем: С/= 2,46 10' [Гц-г1 -см2] для кварцев с частотой 3,3 МГц и С/= 1,13 108 [Гц-г-1 -см2] для кварцев с частотой 7,06 МГц.
Учитывая, что площадь одного электрода Ат =100 мм2, а площадь маски для кварцев с частотой 3,3 МГц 5МЖЖИ = 40 мм , и для кварцев с частотой 7,06 МГц 8ж,ст= 25 мм2, получаем калибровочные зависимости, связывающие толщину осажденной пленки металла в [А] с изменением частоты в [Гц] для Сг и Со: