ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВА
OPTICAL PHENOMENA AND FACILITIES
ОПТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВА
OPTICAL PHENOMENA AND FACILITIES
Статья поступила в редакцию 26.03.15. Ред. рег. № 2207
The article has entered in publishing office 26.03.15. Ed. reg. No. 2207
УДК 620.187.832.264.82
ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СУБСТРУКТУРА СИЛИЦИДОВ, СИНТЕЗИРОВАННЫХ ИМПУЛЬСНОЙ ФОТОННОЙ ОБРАБОТКОЙ НЕКОГЕРЕНТНЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ (Обзор)
С. Б. Кущев
Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский пр., д. 14 Тел.: (8473)2467633, e-mail: kushev_sb@mail.ru
Заключение совета рецензентов: 29.03.15 Заключение совета экспертов: 02.04.15 Принято к публикации: 06.04.15
Представлен обзор работ, посвященных исследованию фазового и элементного состава, структуры и ориентации пленок силицидов, образующихся при импульсной фотонной обработке (ИФО) некогерентным светом ксеноновых ламп пленок Pt, Pd, Ni, Ti, Mo на монокристаллическом, поликристаллическом и аморфном кремнии и при вакуумной конденсации Pt, Pd, Ni, Ti, Mo на монокристаллический кремний. Показаны общие закономерности и особенности ориентированного фазообразования и субструктуры силицидов Pt, Pd, Ni, Ti, Mo при импульсной фотонной обработке некогерентным излучением ксеноновых ламп пленок металлов на кремнии.
Ключевые слова: импульсная фотонная обработка, пленки силицидов, платина, никель, молибден, титан, фазовый состав, элементный состав, структура, ориентация, термический отжиг, межфазные границы, дислокации несоответствия, решетка совпадающих узлов.
PHASE COMPOSITION AND SUBSTRUCTURE SILICIDE SYNTHESIZED IN PULSE PHOTON TREATMENT BY THE INCOHERENT RADIATION
S.B. Kushchev
Voronezh State Technical University 14 Moscow ave., Voronezh, 394026, Russia Tel.: (8473)2467633, e-mail: kushev_sb@mail.ru
Referred: 29.03.15 Expertise: 02.04.15 Accepted: 06.04.15
The review of studies on the phase and element composition, structure and orientation of the silicide films formed during the pulse photon-assisted treatment (PPT) by the incoherent light of xenon lamps of the films Pt, Pd, Ni, Ti, Mo on monocrystalline, polycrystalline and amorphous silicon and of the monocrystalline silicon during the vacuum condensation Pt, Pd, Ni, Ti, Mo on the substrate has been presented. The general regularities and features of the oriented phase formation and substructure Pt, Pd, Ni, Ti, Mo silicides during PPT by the xenon lamp incoherent radiation of the metal films on silicon have been shown.
Keywords: pulse photon-assisted treatment, films silicides, platinum, nickel, molybdenum, titanium, phase composition, elemental composition, structure, orientation, thermal annealing, substructure, interphase boundaries, misfit dislocation, lattice matching nodes.
№ 03 (167) Международный научный журнал
Сергей Борисович
Кущев Sergey B. Kushchev
Сведения об авторе: профессор, д-р физ.-мат. наук, заведующий лабораторией электронной микроскопии и электронографии кафедры физики твердого тела ВГТУ.
Образование: Воронежский политехнический институт по специальности «физика твердого тела» (1974).
Область научных интересов: материаловедение тонких пленок и наноструктур.
Публикации: 280.
Author information: Dr. Sc. (Phys.-Math.), Professor of the Department of Physics, head of the Laboratory of electron microscopy and electronography of the Department of Solid State Physics, Voronezh State Technical University (VSTU).
Education: Voronezh Polytechnic Institute (VPI), "The Solid State Physics" in 1974.
Main research interests: materials science of thin films and nanostructures.
Publications: 280.
Введение
Актуальность проблемы синтеза и субструктуры силицидов металлов сохраняется по ряду обстоятельств. В фундаментальном плане - в связи с ограниченным объемом сведений о субструктуре этого класса сравнительно сложных систем, о закономерностях сопряжения кристаллических решеток в гете-роструктурах кремний - силицид металла, об атомной структуре и дислокационной субструктуре границ зерен (ГЗ) в силицидах, межфазных границ (МГ). Для нанокристаллических материалов (а последующие исследования показали, что силициды большинства тугоплавких металлов имеют именно такую субструктуру) объемная доля внутренних поверхностей может быть велика. Проблему строения внутренних поверхностей раздела можно считать в основном решенной только в части ГЗ в металлах, кремнии, германии, представляющих частные случаи межкристаллитных границ. Что касается МГ, то на момент постановки настоящей работы (начало 80-х годов) была хорошо изучена дислокационная структура в эпитаксиальных гетероструктурах при параллельном сопряжении кристаллических решеток родственных материалов с малым размерным несоответствием параметров. Оставался открытым вопрос о пределах применимости зернограничных моделей описания субструктуры (модель решетки совпадающих узлов, зернограничных дислокаций и другие) к МГ в системах с большим структурным, размерным и ориентационным несоответствием.
В практическом плане - в связи с повышением степени интеграции изделий микроэлектроники: решение проблемы контактно-металлизационных систем связано с широким использованием силицидов переходных и тугоплавких металлов, которым свойственны высокая термическая и химическая стабильность, низкие значения удельного сопротивления, хорошая совместимость с базовой МОП и биполярной технологией, стойкость к электромиграции. Анализ работ показывает, что такие вопросы, как кинетика и механизм силицидообразования, последовательность образования фаз, электрофизические
и механические свойства силицидов, относительно хорошо изучены при твердофазном синтезе их классическими методами термообработки пленок металлов на кремнии. Дальнейшее увеличение степени интеграции СБИС невозможно без разработки новых технологий с применением методов отжига, позволяющих в результате уменьшения времени обработки свести к минимуму негативное диффузионное перераспределение примесей и легирующих добавок, уменьшить структурные нарушения. Уже первые эксперименты показали эффективность метода импульсной фотонной обработки (ИФО) пленок металлов на кремнии некогерентным излучением ксеноно-вых ламп, характеризую-щимся сплошным относительно равномерным спектром в диапазоне от 0,2 до 1,3 мкм. Поэтому вполне закономерной была постановка исследований фазового состава, ориентации и субструктуры образующихся при этом силицидов, определение оптимальных режимов их синтеза при ИФО.
Образование силицидов
и методы формирования силицидных пленок
К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал по получению, кристаллической структуре и свойствам силицидов различного состава, применению их при создании различных элементов современных СБИС. Исследования процессов формирования силицидов при взаимодействии металлов платиновой группы и тугоплавких металлов с кремнием хорошо представлены в работах Ю.Д. Чистякова, А.П. Достанко, А.Е. Гершинского [1-4]. Обширный материал обобщен в монографии [5]. Поэтому кратко представим примеры синтеза силицидов различными методами и общие закономерности процесса силицидообразования.
Образование силицидов при термическом отжиге происходит в результате твердофазной реакции, скорость протекания которой лимитируется самой медленной стадией. В [5] разделяют три основных стадии роста: образование зародышей; химическая реакция, протекающая на фазовых границах; стадия
№ 03 (167) Международный научный журнал
массопереноса, то есть диффузия атомов исходных компонентов через растущий слой силицида. Когда лимитирующей стадией является процесс зародыше-образования, силициды образуются скачком как острова или стержни однородного состава, простирающиеся перпендикулярно к поверхности через толщину исходной пленки, после чего происходит латеральный рост силицида от центра зарождения. Образование силицида в этом случае происходит в узкой температурной области. Атомы кремния являются доминирующей диффузионной компонентой, а атомы металла в этих силицидах относительно неподвижны. Такое поведение свойственно ряду силицидов: N1812, Тг81з, ЯЖ2, Ра81 [6, 7].
В том случае когда рост силицидов лимитируется реакцией на границах фаз, характерной особенностью является линейное увеличение толщины силицида во времени [8], при этом рост характеризуется относительно высокими значениями энергии активации (~ 3 эВ), высокими температурами начала роста. Как правило, в этом случае преимущественным диффузантом является кремний [2, 5, 8, 9] (Т1812, Т181, МО812).
Когда рост силицидов лимитируется массопере-носом (диффузией) атомов исходных материалов через образующиеся слои, толщина силицида увеличивается со временем по параболическому закону [2, 5]. В этом случае, как правило, преобладает диффузия металла.
В работе [10] высказано предположение о существовании промежуточной (аморфной) области между 81 и соединением, где 81 и промежуточные атомы смешаны. И хотя в работах [11, 12] методом прямого разрешения решетки наблюдался резкий переход от решетки Ра281 к решетке 81 и не обнаруживался промежуточный (аморфный) слой другой фазы, возможность существования такого слоя в процессе твердофазной реакции не исключается.
Обычно для силицидов переходных металлов выполняется общее правило: фаза, имеющая большее содержание металла, зарождается первой и при низких температурах, а при более высоких температурах следует фаза с большим содержанием кремния; кроме того, считается [13, 14], что вторая фаза начинает образовываться после полной реакции первой. Попытки предсказания первой фазы, образующейся в системах кремний - переходный металл, для которых на диаграммах бинарных фаз существует несколько соединений, были сделаны в работах [10, 15]. Зарождение зависит от начального состояния границы раздела, в частности, от наличия оксидов, примесей, дефектов подложки. Авторы [10, 15] постулируют, что граница раздела в этих системах при низкотемпературном отжиге (Тотж = 1/2Тв - температура эвтектики) состоит из металлического стекла (мембраны), концентрация которого близка к концентрации самой низкотемпературной эвтектики н
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.