Фазовый состав, структура и субструктура гетеросистем кремний - силициды иридия и рения

Руднева, Ирина Геннадьевна

Фазовый состав, структура и субструктура гетеросистем кремний - силициды иридия и рения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Руднева, Ирина Геннадьевна АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Воронеж МЕСТО ЗАЩИТЫ

2003 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.07 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Фазовый состав, структура и субструктура гетеросистем кремний - силициды иридия и рения»

Автореферат диссертации на тему "Фазовый состав, структура и субструктура гетеросистем кремний - силициды иридия и рения"

На правах рукописи

РУДНЕВА Ирина Геннадьевна

ФАЗОВЫЙ СОСТАВ, СТРУКТУРА И СУБСТРУКТУРА ГЕТЕРОСИСТЕМ КРЕМНИЙ - СИЛИЦИДЫ ИРИДИЯ И РЕНИЯ

Специальность 01. 04.07 - Физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Воронеж - 2003

Работа выполнена в Воронежском государственном техническом университете

Научный руководитель член-корреспондент РАН, доктор

физико-математических наук, профессор

Иевлев Валентин Михайлович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Мышляев Михаил Михайлович;

доктор физико-математических

наук, профессор

Терехов Владимир Андреевич

Ведущая организация Воронежская государственная

технологическая академия

Защита диссертации состоится 18 ноября 2003 года в 14 часов в конференц-зале на заседании совета Д 212.037.06 Воронежского государственного технического университета по адресу: 394026, г. Воронеж, Московский просп., 14

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного технического университета

Автореферат разослан 17 октября 2003 г.

Ученый секретарь У

диссертационного совета ¿п%/& V—м Горлов М.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Повышенный интерес к силицидам тугоплавких металлов вызван возможностью использования их в интегральных кремниевых устройствах. Большинство из них проявляют металлоподобные свойства (например, Та812, \VSi2, Т1312) и используются в омических контактах и электродах затворов.

Отдельную группу перспективных материалов составляют силициды с полупроводниковыми свойствами, к ним относятся К^г и 1г3815 (силицид

- полупроводник с узкой запрещенной зоной (0,1эВ), силицид 1г3815 -широкозонный полупроводник, имеющий оптический зазор 1,54 эВ), которые могут быть использованы в качестве инфракрасных детекторов и опто-электронных устройств. Диоды Шотгки из силицидов 1г813 на кремнии п-типа имеют наибольшую высоту барьера (0,93 эВ), известную в настоящее время для силицидов.

Анализ работ показывает, что такие вопросы, как кинетика и механизм силицидообразования, последовательность образования фаз, относительно хорошо изучены при твердофазном синтезе их классическими методами термообработки пленок металлов на кремнии. Достаточно хорошо изучены закономерности ориентированного роста и структура межфазных границ (МГ) в системах силицид - кремний с малым структурным несоответствием (№812-81, Р<128ь81 ). В то же время ограничен объем сведений об атомной структуре и дислокационной субструктуре МГ в системах с большим структурным несоответствием, к которым относятся силициды гетеросистемы 8ь 1гДе. Практически отсутствуют данные о закономерностях силицидообразования при вакуумной конденсации металла на горячие подложки кремния.

Кроме того, в настоящее время для активизации процесса синтеза различных материалов стали использовать энергетические пучки, которые позволяют уменьшить время обработки и свести к минимуму негативное диффузионное перераспределение примесей и легирующих добавок.

Эксперименты по синтезу силицидов переходных металлов показали эффективность метода импульсной обработки (ИФО) пленок металлов на кремнии излучением ксеноновых ламп, характеризующимся сплошным относительно равномерным спектром в диапазоне от 0,2 до 1,2 мкм.

Работа выполнена в рамках проекта программы "Фундаментальные исследования высшей школы в области естественных и гуманитарных наук Университеты России" и РФФИ №01-03-32927 и 02-03-06086.

Цель работы - исследование закономерностей фазообразования и субструктуры силицидов иридия и рения при конденсации металла на по-догреваемыее подложки и при быстром фотонном отжиге.

Для этого решали следующие задачи:

1. Исследование методами электронной микроскопии фазового состава, ориентации и субструктуры пленок силицидов иридия и рения, образующихся при конденсации металла на падвРреМАЛЛИДЛяложки кремния.

. БИБЛИОТЕКА ] С.Петербург/1 г Л

\ оэ щ —и5 Ц

Щ&1

2. Исследование дислокационной структуры МГ и анализ характера сопряжения кристаллических решеток на межфазных границах силицид-кремнийв гетеросистемах Si-Ir и Si-Re.

3. Исследование фазовых и структурных превращений в гетероси-стеме Si-Ir при ИФО излучением ксеноновых ламп.

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования выбраны системы Si -Ir и Si -Re. При выборе объектов исходили из возможности создания гетероструктур кремний - ориентированные пленочные силициды разной степени сложности кристаллических решеток (ReSi2 -тетрагональная, типа MoSi2, Ir3Si5 - моноклинная, IrSi3 (О)- орторомбиче-ская, IrSi3 (Г)- гексагональная) и исследования их субструктуры, а также потенциальных возможностей практического применения исследуемых силицидов в оптоэлектронике.

Исследования фазового состава, структуры и ориентации пленок проведены на электронных микроскопах ЭМВ-100АК и ПРЭМ-200. Моделирование возможных ориентационных соотношений и ожидаемой дислокационной структуры межфазных границ в системах силицид-кремний проводили на персональном компьютере Pentium-2.

Научная новизна. Новизна результатов состоит в следующем:

1. Установлено, что сопряжение кристаллических решеток кремния и силицида IrSi3 частично когерентное. Механизм вхождения дислокаций несоответствия (ДН) в МГ зависит от ориентации гетероструктуры: для (111) Si-IrSij- скольжение дислокаций в плоскости границы, для (001) Si-IrSi3- переползание.

2. Установлена возможность ориентированного роста силицидов Ir,Si5 и IrSioj в процессе твердофазной реакции пленки иридия с кремнием.

3. Образование силицидов иридия при ИФО показало, что последовательность формирования основных силицидных фаз при нормальном и латеральном их росте такая же, что и при обычной термообработке пленок иридия на кремнии или при конденсации металла на подогреваемые подложки.

4. Сопряжение на МГ кремний - силицид рения когерентное в пределах кристаллитов вследствие соизмеримости ожидаемых периодов дислокаций несоответствия и размеров кристаллитов.

Практическая значимость. Установленные режимы формирования однофазных пленок силицидов иридия методом ИФО на моно-Si могут быть использованы при разработке технологического процесса создания диодов Шоттки в СБИС.

Результаты исследований межфазных границ Si-Ir3Si5 и Si-IrSi3 могут быть использованы при разработке оттгоэлектронных устройств с использованием силицидов иридия. А результаты исследования процессов, происходящих на МГ Si - ReSi2, могут быть использованы для разработки инфракрасных детекторов.

Показанная возможность латерального процесса развития твердофазной реакции дает принципиальную возможность наблюдения в тонких

пленках последовательности образующихся фаз и их распределения на расстояниях до нескольких микрон.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Фазовый состав пленок, синтезированных в процессе вакуумной конденсации, не зависит от ориентации подложки и определяется температурой конденсации. Он соответствует наблюдаемому составу, полученному при синтезе пленок силицидов в результате изотермического отжига для соответствующих температур подложки в аналогичных вакуумных условиях.

2. Сопряжение кристаллических решеток кремния и IrSi3 частично когерентное, с компенсацией несоответствия в одном направлении дислокациями, в другом - посредством упругой деформации. Механизм вхождения дислокаций несоответствия в МГ (скольжение или переползание) зависит от ориентации гетероструктуры..

3. Показано, что ориентационные соотношения для систем, образующихся в результате твердофазной реакции Si - Si-Re и Si - Si-Ir, отвечают основным кристаллографическим критериям: наиболее плотные решетки совпадающих узлов, непрерывность наиболее плотных плоскостей кристаллических решеток через МГ, предпочтительность ориентаций с положительным несоответствием РСУ (деформация на растяжение).

4. В силу разной симметрии решеток силицида рения и кремния реализуется многоориентационная эпитаксия. Сопряжение на МГ кремний - ReSi2 когерентное в пределах кристаллитов вследствие соизмеримости ожидаемых периодов дислокаций несоответствия и размеров кристаллитов.

Апробация работы. Результаты работы докладывали и обсуждали на Международных и Всероссийских научных конференциях: ХУП Российской конференции по электронной микроскопии ЭМ'98 (п. Черноголовка, Россия, 1998); Втором Всероссийском семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении", (Воронеж, Россия, 1999); Международной конференции "Modification of Properties of Surface Layers of Non-Semiconducting Materials Using Particle Beams (MPSL 99)" (Sumy, Ukraine, 1999); 3-rd Russian-German Seminar on Electron and X-ray Spectroscopy (Yekaterenburg, Russia, 1999); Всероссийском семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Воронеж, Россия, 1999); Всероссийском семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Воронеж, Россия, 2000); 12-м Международном симпозиуме "Тонкие пленки в микроэлектронике" МСТПЭ-12 (Харьков, Украина, 2001); 4-м Международном семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Астрахань, Россия, 2002).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ.

Личный вклад автора. Автором проведены электронно-микроскопические исследования и анализ фазового состава, ориентацион-ных соотношений и субструктуры силицидов, синтезированных различны-

ми методами. Автор принимал непосредственное участие в экспериментах по подготовке образцов для исследования МГ силицид - кремний.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключений, изложенных на 98 страницах, содержащих 29 рисунков и 9 таблиц, и списка цитируемой литературы из 101 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность темы и выбор объектов исследования, сформулированы цель и задачи исследования, перечислены основные положения, выносимые на защиту, показана научная новизна полученных результатов и их практическая значимость, приведены сведения об апробации результатов работы, публикациях, структуре и объеме работы.

В первой главе сделан краткий литературный обзор по теме диссертации. Глава состоит из шести разделов. В первом разделе рассмотрены основные, известные на сегодняшний день, способы синтеза тонкопленочных силицидов; приведена таблица существующих методов получения тонкопленочных силицидов, указаны их преимущества и недостатки. Во втором разделе приведены особенности синтеза силицидов тугоплавких металлов, проанализированы их преимущества и недостатки. В третьем разделе рассмотрены закономерности и механизмы фазообразования и кинетики роста силицидов. В четвертом - силицидообразование в гетеросистеме 1г -(равновесная диаграмма состояния системы 1г - с известными фазами и параметрами, их кристаллическая структура), описаны особенности образования фаз в пленках силицидов иридия. Пятый раздел раскрывает особенности образования фаз и кристаллической структуры в гетеросистеме Яе -81. Первая часть шестого раздела посвящена общим закономерностям ориентированного роста силицидов тугоплавких металлов, вторая - особенностям эпитаксиального роста силицидов иридия и рения на ориентированных подложках кремния, приведены ориентационные соотношения, параметры и площадь решеток совпадающих узлов (РСУ). Седьмой раздел представляет собой заключение к первой главе.

Из анализа литературы, посвященной синтезу пленок силицидов тугоплавких металлов, сделано заключение, что основная часть исследований, проводимых до настоящего времени, посвящена изучению закономерности распределения силицидных фаз в процессе твердофазных реакций на границе металл - полупроводник, кинетике фазообразования в этих системах методом традиционного термического отжига. Другие методы синтеза не рассматривались.

В то же время для активизации процесса синтеза различных материалов все чаще стали использовать энергетические пучки, позволяющие уменьшить время обработки и свести к минимуму негативное диффузионное перераспределение примесей и легирующих добавок. Эксперименты по синтезу силицидов переходных металлов показали эффективность метода импульсной обработки (ИФО) пленок металлов на кремнии излучением ксеноновых ламп, характеризующимся сплошным относительно равномер-

ным спектром в диапазоне от 0,2 до 1,2 мкм. Импульсные методы термообработки излучением обеспечивают высокие скорости нагрева и охлаждения, а также ускорение процесса, приводят к образованию устойчивых комплексов, улучшая воспроизводимость и качество термообработки.

Между тем ИФО хорошо зарекомендовал себя как метод синтеза и оптимизации свойств материалов твердотельной электроники.

Во второй главе описаны способы подготовки исходных кремниевых подложек и нанесения тонких пленок исследуемых материалов, а также методика подготовки образцов для просвечивающей электронной микроскопии (ГТЭМ), применяемая для исследования фазового состава, структуры и субструктуры силицидных гетеросистем.

В качестве подложек были использованы пластины кремния марки КДБ-10 Si (111) и Si (100). Чистота используемых для испарения металлов составляла: Re - 99,95 %, Ir- 99,90 %.

Перед нанесением металлической пленки поверхность Si очищали от оксида сначала в органическом растворителе (этиловый спирт), затем химическим травлением в растворе плавиковой кислоты HF: Н20 = 1:10, после чего промывали в дистиллированной воде. Перед конденсацией металла проводили отжиг кремниевых пластин в вакууме при температуре около 1100 °С в течение 1-2 мин.

Пленку Ir толщиной 40-60 нм наносили методом электронно-лучевого испарения и конденсации в вакууме 10"3 Па при температуре подложки Тп=300; 400; 500; 800; 900 и 1000 °С. Средняя скорость конденсации - 0,8-1,0 нм-с"1.

Для синтеза пленок иридия методом ИФО конденсацию металла проводили в вакууме 7-10"4 Па, температура подложки Тп =20 °С. Перед конденсацией металла поверхность пластин кремния очищали двумя способами (для получения фронтального и латерального роста пленок силицидов): 1 - химическое травление в растворе HF с промывкой в дистиллированной воде и непосредственно перед конденсацией подложки отжигали в вакууме при 1100 °С в течение 5 мин; 2 - просто химическое травление.

Рений, толщиной 40-60 нм наносили на (001)Si и (lll)Si в вакууме 5-Ю"3 Па со скоростью 0,8-1,2 нм х с"1 при Тп= 400; 600; 800 °С. От собственного окисла поверхность подложек освобождали, освежая в буферном травителе состава HF: Н20 =1: 10 в течение 20 с, а непосредственно перед нанесением металла подложку прогревали при Тп= 1100 °С в течение 10 мин.

Для получения тонких пленок тугоплавких металлов в лабораторных условиях использовали установку УВН- 84-П1 с испарителем, который может работать при ускоряющих напряжениях до 10 кВ при мощности электронного луча до 5 кВт. Для нагрева подложек использовалась короткофокусная электронно-лучевая пушка аксиального типа. Выбор этого типа нагревательного устройства был сделан с учетом возможностей ее нагрева до температур плавления самых тугоплавких веществ. Скорость конденсации металлов была 4-6 нм-с"1. Толщина готовых силицидных пленок составляла

100 - 160 нм. Импульсную фотонную обработку образцов производили в вакууме 5-10"3 Па на модернизированной уста- новке УОЛП-1 (Установка отжига лучевого, полуавтомат). Нагрев осуществляется излучением трех газоразрядных ксеноновых ламп ИНП 16 /250.

Спектр излучения импульсных ксеноновых ламп ИНП-16/250 охватывает диапазон длин волн 200-1200 нм, что соответствует квантам в области энергий 1-6 эВ. ИФО проводили при постоянном времени облучения (2 с), плотность энергии (Ей), поступающей на образец, изменяли от 100 до 200 Дж ем ~2.

Электронно-микроскопические исследования фазового состава и субструктуры проводили в просвечивающих электронных микроскопах ЭМВ-ЮОАК и ПРЭМ-200, используя методики: общая дифракция, микродифракция выбранного участка образца, светлопольное изображение, тем-нопольный анализ, электронно-микроскопический муар.

Третья глава содержит результаты электронно-микроскопических исследований фазовых превращений в пленках силицидов иридия в зависимости от методов синтеза.В первой части этой главы представлены результаты исследований методами ПЭМ фазового состава, структуры и субструктуры пленочных силицидов иридия, полученных электронно-лучевым испарением и конденсацией металла в вакууме на подложки (001) 81 и (111) 81. Показана зависимость фазового состава, ориентации и субструктуры пленок от температуры подложки.

На рис.1 и 2 приведены электронограммы и микрофотографии, характеризующие фазовый состав и субструктуру пленок, образующихся при конденсации 1г на (001)81 для различных значений Тп. При Тп= 300 - 400 °С образуется высокодисперсная пленка 1г со средним размером зерен 20 нм; зерна имеют произвольную ориентацию (рис.1,а, б). При Тп = 500 °С образуется двухслойная пленочная гетероструктура из силицида 1г81 и локализованной на его поверхности пленки металла. Для силицида характерна нанокристаллическая субструктура со средним размером зерен около 40 нм и произвольной ориентацией (рис.1,в, г).

Рис.1. Электронограммы и микрофотографии пленок, полученных при конденсации 1г на (001^ для различных Тп: а, б - 300; в, г - 500 0 С

При Тп = 800 С образуется двухслойная гетероструктура из силицидов 1г3815 и 1г310<7 (рис.2,а, б). Размер зерен в слое 1г3815 составляет около 100 нм, а на его поверхности локализован слой 1г810,7 с размером зерен до 20 нм. С повышением "Гц до 900 °С содержание фазы М!^ уменьшается, вместе с тем увеличивается размер зерна до 30 нм. Объем фазы 1г3815 соответственно растет. В отличие от 1г81 для пленок 1г810>7 и 1г3815 характерны двухосные текстуры. По электронограмме, представленной на рис.2,а, для 1г310.7 определены только азимутальные ориентации относительно подложки:

[11.0] 1г81О,7 II <110> 81, (1)

поскольку невысокая плотность узлов на электронограмме затрудняет определение оси зоны. Ориентированный рост 1г810,7 свидетельствует о ее зарождении на МГ, и только на последующих стадиях слой 1г810>7 отторгается к поверхности гетероструктуры.

Фаза 1г3815 кристаллизуется в двух основных ориентационных соотношениях:

<811>,(Т71)1г3815 II<001>,(220) Б!,1 (2)

< 931 >,(260) Ь^з II <001>,(220) (3)

с четырьмя эквивалентными позициями для каждого. На электронно-микроскопическом изображении видна одна система полос муара в пределах каждого зерна, ориентированного по ОС(2), с периодом 18,4 нм (рис.2,б).

«МОЗ, ^

110 й* 2601 V. /22021

У . 0.3 идем , 4003! О '-1

,312 И1 2) —22031 310 202(102) 110.200 АО

1гЙ3Г(0)

' 002СС0.2.Ю

%102

-203.113(10 3)

¿ЯЕАмж. -V ™ , 0,3 шеи . * тк\х>4 (00 4) Г '->

Рис.2. Электронограммы и микрофотографии пленок, полученных при конденсации 1г на (001)81 для различных Тп: а,б - 800; в, г - 1000 °С.1 -81; 2,3 -1г3815; 4 - 1г813, ( индексы в скобках - 1г813 (О))

Анализ с учетом возможных муаровых картин при малых относительных азимутальных отклонениях решеток кремния и силицидных фаз

1 Так как для 1г3815 не определена плоскость сопряжения с 81, ориентацион-ные соотношения записаны через параллельность осей зон и параллельность принадлежащим им плоскостей.

показал, что наблюдаемый период соответствует двойной дифракции на плоскостях (171) Ь^и (220) Бк

При Тц= 1000 °С образуется гетероструктура, состоящая из двухфазной моноблочной по толщине поликристаллической пленки Ь^з (рис.2,а, б): с орторомбической 1г8Ь (О) и с гексагональной 1г813 (Г) решетками. На ее поверхности присутствует высокодисперсная пленка 1г310<7 с размером зерен около 40 нм, причем ее ориентация (1) выражена более четко, чем при 900°С. Зерна 1г813(0) со средним размером около 0,5 мкм не имеют преимущественной ориентации. Размер кристаллитов силицида 1г813(Г) достигает 5 мкм и они ориентированы по соотношению

(11.0), [00.1] М^Г) II (001), <110> 81 (4)

в двух эквивалентных позициях и занимают 50 % от всей площади пленки

Ь£й3.

Субструктура кристаллитов в ориентации (4) иллюстрируется рис.За. Муар, возникающий вследствие двойной дифракции на плоскостях (22.0 )1г81з и (220) 81, выявляет основные типы внутрикристаллитных дефектов: малоугловые границы субзерен, содержащие дислокации; дефекты упаковки. Вектор Бюргерса дислокаций Ь = 1/2 <21.0 >. Вектор сдвига для дефектов упаковки gxR = 2/3 как К = 1/4 [110]1г813; дефекты упаковки образуются в базисной плоскости 1г813.

а б в

Рис.3. Микрофотография (а) и микроэлектронограмма (б) участка ге-тероструктуры (001) Si - (11.0) IrSi3: 1 - IrSi3; 2 - Si, 3- рефлексы двойной дифракции (000,11.0,11.1); (в) - микрофотография дислокационной структуры МГ(111) Si-(11.0) IrSi3

Сверхструктурные отражения (отмечены стрелкой на электроно-грамме рис.3,б) свидетельствуют о существовании сверхрешетки с утроенными значениями а и с в кристаллической структуре IrSi3 (Г), как и в случае синтеза IrSi3 термообработкой гетероструктуры Si-Ir. В условиях относительно слабого пучка выявляется система межфазных дислокаций, период которой совпадает с периодом муара(13,8нм.). Таким образом, изменение фазового состава пленки с увеличением Тп происходит в последовательности Ir —> Ir + IrSi -»IrSi 0,7+ Ir3Si 5 IrSi 0,7+IrSi 3. (5)

Тот факт, что при режимах конденсации с образованием силицидов формируются двухслойные пленки, в отличие от синтеза силицидов иридия в условиях сверхвысокого вакуума, можно объяснить незавершенностью твердофазной реакции вследствие ее торможения атомами примеси, в частности углерода.

Для системы (111)8ь1г установлено, что для соответствующих значений Тп последовательность образования силицидных фаз и субструктура были такими же, что и для (001)81. В исследуемом интервале Тп для фаз Тг8г0.7 и 1г3815 характерны преимущественные ориентационные соотношения:

(00.1), [11.0] Ь81о,7П(Ш),<110>81, <461>(320)1г3815 II <111>{220> <122>( 044 ) Ь^ II <111>{ 220}

(6)

(7)

(8)

312(11 2),

220а

310 202(10 2)

110,200 Й0 0)

1гЯ3

002(002.101)

102 VJ¡pf¡

11.0

203,113(10 ^МШ 004(004)^

а б

Рис.4 Электронограммы пленок, полученных при конденсации 1г на (111)81 для различных Тп: а - 800 °С; б - 1000 °С; 1 - Бг, 2, 3 - Ь^; 4 - 1Г8^,7

Соотношение (6) обеспечивает образование одноориентационной (без учета двойниковой позиции) фазы 1г81о,7- По (7) для 1г3й15 возможны три эквивалентных позиции, по (8) - шесть. Кристаллиты 1г813(Г) ориентированы по соотношению

(11.0),[ 1Т .0 ]ЫИ3(Г) II (111),<1 ТО >81 (9)

в трех эквивалентных позициях. Выявлены дислокации несоответствия только одной системы с периодом около 28,0 нм вдоль соответствующих направлений < 110 > 81.

Рис.3, в иллюстрирует участок дислокационной структуры МГ в ге-тероструктуре (111)81 - (11.0)1г313 сформированной при конденсациии металла на 81 при Тц=1000 °С (по соотношению (9)).

В последнем разделе первой части изложены установленные закономерности сопряжения на МГ кремний - силицид иридия. Анализ возможных ориен-тационных соотношений для Кйз и 81, проведенный на основе кристаллогеомет-рических критериев, показал, что ориентация (4) наиболее выгодна, так как в этом случае наблюдается не только относительно высокая плотность решетки совпадающих узлов (РСУ) на МГ, но и хорошее согласование плотноупакован-ных плоскостей.

Ориентации: (01.1), [ОТ .1] ^¡з П (001), [110] 81 и (22.3),[110] Ь813 П (001),[1Т 0] для силицидов, полученных в результате изотермического отжига гетероструктур 81 - 1г, можно объяснить лишь относительно высокой плотностью РСУ. Для гетероструктуры (001) - 1г813 значение ожидаемых периодов дислокационных систем не соответствует экспериментально наблюдаемым. Плоскости сопряжения являются плоскостями скольжения для дислокаций с векторами Бюргерса, определяемыми из совокупности векторов полной решетки наложения (ПРИ).

Во второй части третьей главы приведены результаты электронно-микроскопических исследований фазового состава, структуры и субструктуры пленок силицидов, синтезированных при ИФО. При фронтальном процессе силицидообразования (когда потоки компонентов твердофазной реакции направлены по нормали к поверхности пластины) в тонкой пленке трудно наблюдать пространственную последовательность образующихся силицидных фаз. Поэтому была исследована субструктура силицидов, образующихся при фотонном отжиге на поверхности 81, обработанной двумя способами: 1 - химическое травление в растворе ИР с промывкой в дистиллированной воде и отжиг непосредственно перед конденсацией подложки в вакууме при Тп = 20 °С в течение 5 мин; 2 - только химическое травление. При этом исходили из того, что толщина собственного оксида на поверхности кремния после химического освежения в растворе НР составляет до 4 нм на (001) 81 и до 2 нм на (111) 81, и твердофазное взаимодействие будет локализовано в субмикропорах оксида. Это позволило реализовать процесс латерального развития реакции на поверхности оксида в зоне дефекта оксида.

На подложках, поверхность которых обработана только химическим травлением, последовательность формирования силицидных фаз была такой же, как и для термообработанной поверхности, но закономерности их роста имели свои особенности. В таблице приведены данные зависимости изменения фазового состава от способов подготовки поверхности и режимов обработки ИФО, а рис.4 иллюстрирует схему латерального роста силицидных фаз.

Как следует из таблицы, для силицидообразования при ИФО пленок металла на поверхности 81, подготовленной химическим травлением: выше пороговая плотность энергии облучения начала твердофазной реакции; существует ориентационная зависимость фазового состава; другая морфология силицидной гетероструктуры. Формирование силицидных фаз при данном виде термообработки поверхности происходит в процессе латерального

развития реакции на поверхности оксида, как показано на схеме, представленной на рис.5.

Фазовый состав пленок в зависимости от плотности энергии,

поступающей на образец

Еи, Дж-см"2 Химическое травление подложки + термообработка в вакууме Химическое травление подложки

(111)81 (001)81 (111)81 (001)81

100 1г 1г 1г 1г

150 1г 1г 1г 1г

160 1г+ 1г81+ Ьз&з 1г+ 1гв1+ 1г3815 1г 1г

170 1г81+ 1Г3815 1г81+ 1Г3815 1г 1г

180 Ь^+ЬЗЬ (О) 1Г3815-+- 1г813 (О) 1г+ 1г81+ 1г3815 1г

190 1г813 (О) 1^3 (О) 1г81+ 1Г3815 1г+ 1гБI

200 Ь^з (О) ^¡з (О) 1Г3815+1Г813 (О) 1Г+1Г81+1Г3815

210 Ь^з (Г) 1г813 (Г) И!, (Г) ЬЖ, (О

Сравнение полученных результатов формирования силицидных фаз при фронтальной и латеральной диффузии атомов в пленку 1г показало, что при одних и тех же режимах процесс диффузии и формирование силицидных фаз в плоскости пленок проходит на расстояния в 20-30 раз больше, чем по нормали к поверхности.

ММ

т^НтЪУ**" ■

¿Матрица 1г

¿х К1-» 3 р&гй 14±

Рис.5. Схема, иллюстрирующая последовательность образования силицидных фаз при латеральном развитии процесса

Полученные результаты по оценке коэффициента диффузии свидетельствуют о том, что при ИФО идет ускоренный процесс диффузии. Сравнение структуры и состава пленок, образующихся при стандартной термической обработке и вакуумной конденсации 1г на горячую подложку, с результатами ИФО пленок, нанесенных на ненагреваемую подложку, показывает следующие различия. Во-первых, при ИФО во всем исследуемом диапазоне значений Еи силицид 1гБ10,7 не выявлен. Во-вторых, все образующиеся фазы росли без преимущественной ориентации. Кроме того, синтезированные многофазные пленки имеют моноблочную структуру по тол-

щине, а не слоистую, и средний размер зерен силицидных фаз был значительно больше.

Как уже отмечалось выше, процесс неоднородного зарождения силицидных фаз связан с различной толщиной собственного оксида на поверхности Si, который является барьером для диффузии атомов кремния в металл и атомов металла в кремний. При определенных дозах облучения в местах с наименьшей толщиной Si02 происходит локальное Si02, и вследствие ускоренного процесса диффузии при ИФО силицидная фаза прорастает на всю толщину пленки. Наблюдаемая структура роста силицидных фаз свидетельствует, что в данном случае преобладающим диффузантом является кремний. Увеличение дозы облучения выше пороговой приводит к диффузии Si не только в направлении нормали, но и за край площадки «прокола» (латеральная диффузия). Этому может способствовать создание высокой неравновесной концентрации вакансий в металлической пленке при локализации в ней энергии светового излучения. Таким образом, рост силицидных фаз происходит не на монокристаллическом Si, а на слое аморфного Si02' образуя при этом неориентированный силицид.

Отсутствие слоевого распределения силицидных фаз для многофазных пленок, синтезированных при ИФО, также может быть обусловлено наличием собственного оксида. При вакуумной конденсации иридия на горячую подложку выявлено закономерное слоевое распределение фаз: низший силицид на поверхности, высший силицид граничит с кристаллом кремния, так как в этом случае рост силицидов происходит за счет диффузии атомов параллельно поверхности подложки. Это происходит в двух случаях: или на поверхности Si практически отсутствует собственный оксид, или металл имеет хорошую проницаемость через барьерный слой Si02 (как в случае формирования пленок силицидов Ti). Термическая возгонка оксида в вакууме обеспечивает нормальный рост силицидов.

Четвертая глава посвящена изучению фазового состава, структуры и субструктуры пленок силицидов рения.

В первом разделе представлены результаты исследований методами ПЭМ фазовых превращений при конденсации рения на (001) Si и (111) Si при различных температурах подложки. Установлено, что в интервале Тп=400 °-600 °С на (001)Si и(111) Si формируются только поликристаллические пленки рения. Рис.6, а, б и 7, а, б характеризуют микроструктуру пленки рения для Тп = 500 °С. Средний размер зерна в пленке рения на (001) Si составляет 30 нм, на (111) Si - 50 нм.

При Тп > 600°С начинается образование силицида, и при Тп= 800°С образуется однофазный дисилицид ReSi2 (рис.6, в, г; 7, в, г) с параметрами, отвечающими орторомбической решетке С11 ь: а = 0.3131 нм, b = 0.3144 нм, с = 0.7676нм. Решетку принято считать почти тетрагональной, полагая, что а = b = 0.3131нм. Это приводит к образованию поликристаллической структуры со средним размером зерна 230 нм для (001)Si.

х •

Ц?1 . 40031 у ~Т 103 ♦

Г^ООЗ** ¡0001 22081 I

т*

X ■ ▼

Рис.6. Электронограммы и микрофотографии пленок, полученных при конденсации Ле на (001 )81 для различных Тп: а, б - 500 °С; в, г - 800 °С

Для большинства зерен силицида характерно преимущественное ориентационное соотношение с подложкой (001)81 в двух эквивалентных позициях:

(010) [100] Ке312 || (001) [110] 81 (10)

Рис.7. Электронограммы и микрофотографии пленок, полученных при конденсации 1г на (111) 81 для различных Тп: а, 6-500 °С; в, г - 800 °С

Для пленок на (111)81 при ТП=800°С тоже образуется поликристаллическая микроструктура 11е8ь со средним размером зерна 280 нм, с преимущественными ориентациями (рис.7,в, г):

(ИОНООЦЯевЬ | (111)<1Т0>81, <10Т>и <01 Т>(11) Анализ ориентационных соотношений был проведен на основе РСУ на МГ, были рассчитаны ожидаемые периоды систем ДН при точном выполнении ориентационных соотношений. В главе представлены схемы согласования плотноупакованных плоскостей 81 и Ие8]2 на МГ по ориентаци-

онным соотношениям (10) и (11), возможная РСУ, схемы сопряжения на межфазной границе в проекции плоскости (110)Si, которые иллюстрируют относительно хорошее согласование плотноупакованных плоскостей на МГ.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Методами просвечивающей электронной микроскопии проведено исследование фазового и элементного состава, структуры и ориентации пленок силицидов иридия и рения, синтезированных в процессе вакуумной конденсации металла на подогретые подложки кремния и при импульсной фотонной обработке пленок иридия излучением ксеноновых ламп.

2. Фазовый состав пленок силицидов иридия и последовательность образования силицидных фаз, синтезированных в процессе вакуумной конденсации, не зависят от ориентации подложки, определяются температурой конденсации и соответствуют наблюдаемым при синтезе в процессе изотермического отжига для соответствующих температур в аналогичных вакуумных условиях. Установлена возможность ориентированного роста силицидов Ir3Si5 и IrSio.7.

3. Множественность эквивалентных азимутальных ориентации препятствует образованию монокристаллических пленок силицидов иридия.

4. Для исследуемой области температур синтеза ориентированных силицидов механизм вхождения дислокаций несоответствия в МГ (скольжение или переползание) зависит от ориентации гетероструктуры: для (111) Si - IrSi3 - скольжение дислокаций в плоскости границы, для (001) Si - IrSi3 -переползание.

Латеральный процесс развития твердофазной реакции при ИФО дает принципиальную возможность наблюдения в тонких пленках последовательности образующихся фаз и их распределения на расстояниях до нескольких микрон, не прибегая к гетероструктурам Si - толстая пленка металла, а также исследования структуры границ между силицидными фазами, не прибегая к технологии cross- section.

6. Установлено, что синтез ориентированных пленок ReSi2 в процессе конденсации металла на (001) Si и (111) Si происходит при Тп = 800 °С. В силу разной симметрии решеток силицида и кремния реализуется много-ориентационная эпитаксия и, соответственно, поликристаллическая микроструктура силицида.

7. Ориентационные соотношения отвечают основным кристаллогео-метрическим критериям: относительно высокая плотность РСУ на МГ и хорошее согласование плотноупакованных плоскостей через МГ, сопряжение на МГ кремний - силицид рения когерентное в пределах кристаллитов вследствие соизмеримости ожидаемых периодов дислокаций несоответствия и размеров кристаллитов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАННЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Образование дисилицида рения при вакуумной конденсации металла на кремний / В.М. Иевлев, С.Б.Кушев, A.B. Бугаков, С.А. Солдатенко, Е.К. Белоногов, И.Г. Руднева // Труды 5й Международной конференции. -СП6.-1998,- С.34.

2. Субструктура межфазных границ кремний - силицид металла/ В.Ю.Балашова, А.В.Бугаков, В.М.Иевлев, С.Б. Кущев, И.Г. Руднева, С.А. Солдатенко // 17* Российская конференция по эл.- микроскопии. - Черноголовка. - 1998. -С. 28.

3. Ориентационные эффекты в тонкопленочных структурах Re/Si (001) и Re/ Si (111) / Э.П. Домашевская, Ю.А. Юраков, В.М. Кашкаров, A.B. Веретина, И.Г. Руднева //16* Научная школа - семинар " Рентгеновские и электронные спектры и химическая связь". - Ижевск. - 1998.- С.72.

4. Электронное строение тонкопленочных дисилицидов ReSi2 в кристаллическом и аморфном состоянии/ Э.П. Домашевская, Ю.А. Юраков, A.B. Веретина, В.М. Кашкаров, И.Г.Руднева// Перспективные материалы.-М.-1999.- С. 29-32.

5. Domashevskaya Е.Р., Yrakov Yu. A., Kashkarov V.M., Rudneva I.G./Electronic structure of crystal and amorphous ReSi2 thin films // 3rd Russan -German Seminar on Elektron and X - ray Spektroskopy. - Yekaterinburg. -1999. -P.26.

6. Кущев С. Б., Руднева И.Г. Фазовый состав, структура и ориентация пленок силицидов иридия, полученных при вакуумной конденсации металла на подогретые подложки кремния // 3й Всерос. семинар "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении". - Воронеж. -2000. -С.26.

7. Твердофазный синтез ориентированных пленок силицидов металлов на кремнии и субструктура межфазных границ / В.М. Иевлев, С.Б. Кущев, С.А. Солдатенко, Б.Н.Маркушев, И.Г.Руднева // 9* Национ. Конф. по росту кристаллов НКРК-2000,- М. - 2000. С. 24.

8. Закономерности сопряжения и субструктура межфазных границе системах Si - силицид Me (Me: Pt, Pd, Ni, Re, Ir, Mo, Ti) / В.М. Иевлев, С.Б. Кущев, A.B. Бугаков, С.А. Солдатенко, Б.Н.Маркушев, И.Г.Руднева// 12-й

Международный симп. "Тонкие пленки в микроэлектронике" (МСТПЭ). -Харьков, Украина. -2001. -Сб. докл. С.201 - 206.

9. Фазовый состав, ориентация и субструктура пленок силицидов 1г, синтезированных в процессе вакуумной конденсации металла на Si / В.М. Иевлев, С.Б. Кущев, С.А. Солдатенко, И.Г. Руднева А.В. Бугаков // Вестник ВГТУ. Воронеж. - 2001. - Вып. № 1.9. - С. 54 - 59.

10. Conjugation regularities and substructure of interphase boundaries in the systems Si - final phase of Pt -, Pd -, Ni -, Re -, Ir -, Mo -, Ti - silisides / V. M. Ievlev, S.B. Kushchev, A.V. Bugakov, S.A. Soldatenko, B.N. Markushev, I.G. Rudneva // Proceedings Fourth International Conference " Single crystal growth and heat". ICSC. - Obninsk. - 2001. -V. № 2. - P. 496 - 503.

11. Фазовый состав и субструктура пленок силицидов иридия, синтезированных импульсной фотонной обработкой / С.Б. Кущев, С.А. Солдатенко, И.Г.Руднева, О.В. Сербии // Международная школа - семинар "Нелинейные процессы в дизайне материалов". - Воронеж. - 2002. -Тез. Докл. - С.

12.Кущев С. Б., Солдатенко С.А., Руднева И.Г. Фазовые и структурные превращения при термообработке гетеросистемы Si - Ir // 4й Междун. семинар "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении. - Астрахань. - 2002. -Тез. Докл. - С. 34.

13. Electronic structure of rhenium dicilicides/ S I Kurganskii., N.S. Pereslav -tseva, E.P.Domashevskaya, Yu. A. Yrakov, I.G. Rudneva // J. Phys.: Condens. Matter. - 2002. - № 14. - P. 6833 - 6839.

14. Синтез силицидов иридия при импульсной фотонной обработке пленок металла на кремнии./ В.М Иевлев, С.Б. Кущев, С.А. Солдатенко, И.Г.Руднева, О.В.Сербин// Вестник ВГТУ. - Воронеж. - 2002,- Вып.№ 1.11-С. 23-29.

15. Фазовый состав, ориентация и субструктура пленок силицидов Ir, синтезированных в процессе вакуумной конденсации металла на Si / В.М. Иевлев, С.Б. Кущев, И.Г. Руднева, С.А. Солдатенко //" Неорганические материалы ". - М. - 2003 .- V. -39. -№ 5. - С. 1 "

31.

ЛР № 066815 от 25.08.99. Подписано в печать 7.10.03. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 90 экз. Заказ №^УУ.

1,0. Тираж 90 экз. Заказ № т

для множительных аппар;

Воронежский государственный технический университет 394026 Воронеж, Московский просп., 14

twï**

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Руднева, Ирина Геннадьевна

Введение.

Глава 1. Синтез тонкопленочных силицидов (обзор литературы)

1.1. Способы синтеза тонкопленочных силицидов.

1.2. Особенности синтеза силицидов тугоплавких металлов.

1.3. Фазообразование и кинетика роста силицидов.

1.4. Образование фаз в системе Ir-Si и кристаллическая структура силицидов иридия.

1.5. Образование фаз в системе Re-Si и кристаллическая структура силицидов рения.

1.6. Ориентированный рост пленок силицидов тугоплавких металлов.ЗЗ

1.6.1. Эпитаксиальный рост силицидов иридия на ориентированных подложках крения.

1.6.2. Эпитаксиальный рост силицидов рения на ориентированных подложках кремния.

Введение диссертация по физике, на тему "Фазовый состав, структура и субструктура гетеросистем кремний - силициды иридия и рения"

Актуальность темы. Повышенный интерес к силицидам тугоплавких металлов вызван возможностью использования их в интегральных кремниевых устройствах. Большинство из них проявляют металлоподобные свойства (например, TaSi2, \VSi2, TiSi2) и используются в омических контактах и электродах затворов.

Отдельную группу перспективных материалов составляют силициды с полупроводниковыми свойствами, к ним относятся ReSi2 и Ir3Si5 (силицид ReSi2 - полупроводник с узкой запрещенной зоной (0,1эв), силицид Ir3Si5-широкозонный полупроводник, имеющий оптический зазор 1,54 эв), которые могут быть использованы в качестве инфракрасных детекторов и оптоэлек-тронных устройств [43]. Диоды Шотки из силицидов IrSi3 на кремнии п-типа имеют наибольшую высоту барьера (0,93 эв), известную в настоящее время для силицидов [65].

Анализ работ показывает, что такие вопросы, как кинетика и механизм силицидообразования, последовательность образования фаз относительно хорошо изучены при твердофазном синтезе их классическими методами термообработки пленок металлов на кремнии. Достаточно хорошо изучены закономерности ориентированного роста и структура межфазных границ (МГ) в системах силицид — кремний с малым структурным несоответствием (NiSi2-Si, Pd2Si-Si [1]). В то же время ограничен объем сведений об атомной структуре и дислокационной субструктуре МГ в системах с большим структурным несоответствием, к которым относятся силициды гетеро-системы Si- Ir,Re. Практически отсутствуют данные о закономерностях силицидообразования при вакуумной конденсации металла на горячие подложки кремния.

Эксперименты [2] по синтезу силицидов переходных металлов показали эффективность метода импульсной обработки (ИФО) пленок металлов на кремнии излучением ксеноновых ламп, характеризующимся сплошным относительно равномерным спектром в диапазоне от 0,2 до 1,2 мкм.

Работа выполнена в рамках проекта программы "Фундаментальные исследования высшей школы в области естественных и гуманитарных наук Университеты России" и поддержана грантами РФФИ №0103-32927 и 02-03-06086.

Цель работы — исследование закономерностей фазообразования и субструктуры силицидов иридия и рения при конденсации металла на подогретые подложки и при быстром фотонном отжиге.

Для этого решали следующие задачи:

1. Исследование методами электронной микроскопии фазового состава, ориентации и субструктуры пленок силицидов иридия и рения, образующихся при конденсации металла на подогреваемые подложки кремния.

3. Исследование фазовых и структурных превращений в гетеросисте-ме Si-Ir при ИФО некогерентным излучением ксеноновых ламп.

Объекты и методы исследования. В качестве объектов исследования выбраны системы Si-Ir и Si - Re. При выборе объектов исходили из: возможности создания гетероструктур кремний - ориентированные пленочные силициды разной степени сложности кристаллических решеток (ReSi2 -тетрагональная, типа MoSi2, Ir3Si5 - моноклинная, IrSi3 (О)- орторомбиче-ская, IrSi3 (Г)- гексагональная), и исследования их субструктуры, а также потенциальных возможностей практического применения силицидов.

Исследования фазового состава, структуры и ориентации пленок проведены на электронных микроскопах ЭМВ - 100АК и ПРЭМ -200. Моделирование возможных ориентационных соотношений и ожидаемой дислокационной структуры межфазных границ в системах силицид-кремний проводили на персональном компьютере Pentium-2.

Научная новизна. Новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Установлено, что сопряжение кристаллических решеток кремния и силицида IrSi3 частично когерентное. Механизм вхождения дислокаций несоответствия (ДН) в МГ зависит от ориентации гетероструктуры: для (111) Si-IrSi з - скольжение дислокаций в плоскости границы, для (001) Si-IrSi3 -переползание.

2. Установлена возможность ориентированного роста силицидов ^Sis и IrSioj в процессе твердофазной реакции пленки иридия с кремнием.

Результаты исследований межфазных границ Si-Ir3Sis и Si-IrSi3 могут быть использованы при разработке оптоэлектронных устройств с использованием силицидов иридия. А результаты исследования процессов, происходящих на МГ Si - ReSi2 могут быть использованы для разработки инфракрасных детекторов.

Показанная возможность латерального процесса развития твердофаз -ной реакции дает принципиальную возможность наблюдения в тонких пленках последовательности образующихся фаз и их распределения на расстояниях до нескольких микрон.

Основные положения, выносимые на защиту.

4. В силу разной симметрии решеток силицида рения и кремния реализуется многоориентационная эпитаксия. Сопряжение на МГ кремний -ReSi2 когерентное в пределах кристаллитов вследствие соизмеримости ожидаемых периодов дислокаций несоответствия и размеров кристаллитов.

Апробация работы. Результаты работы докладывали и обсуждали на Международных и Всероссийских научных конференциях: XVII Российской конференции по электронной микроскопии ЭМ'98 (п. Черноголовка, Россия,

1998); Втором Всероссийском семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении", (Воронеж, Россия,

1999); Международной конференции "Modification of Properties of Surface Layers of Non-Semiconducting Materials Using Particle Beams (MPSL 99)" (Sumy, Ukraine, 1999); 3-rd Russian-German Seminar on Electron and X-ray Spectroscopy (Yekaterenburg, Russia, 1999); Всероссийском семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Воронеж, Россия, 1999); Всероссийском семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Воронеж, Россия, 2000); 12-м Международном симпозиуме "Тонкие пленки в микроэлектронике" МСТПЭ-12 (Харьков, Украина, 2001); 4-м Международном семинаре "Нелинейные процессы и проблемы самоорганизации в современном материаловедении" (Астрахань, Россия, 2002).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 работ.

Личный вклад автора. Автором проведены электронномикроскопи-ческие исследования и анализ фазового состава, ориентационных соотношений и субструктуры силицидов, синтезированных различными методами. Автор принимал непосредственное участие в экспериментах по подготовке образцов для исследования МГ силицид - кремний

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов, списка цитируемой литературы. Содержит 98 страниц, 29 рисунков и 9 таблиц, список литературы из 101 наименований.

Заключение диссертации по теме "Физика конденсированного состояния"

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

2. Фазовый состав пленок силицидов иридия, и последовательность образования силицидных фаз, синтезированных в процессе вакуумной конденсации, не зависит от ориентации подложки, определяется температурой конденсации и соответствуют наблюдаемым при синтезе в процессе изотермического отжига для соответствующих температур в аналогичных вакуумных условиях. Установлена возможность ориентированного роста силицидов Ir3Si5 и IrSi0,7.

3. Множественность эквивалентных азимутальных ориентаций препятствует образованию монокристаллических пленок силицидов иридия.

4. Для исследуемой области температур синтеза ориентированных силицидов механизм вхождения дислокаций несоответствия в МГ (скольжение или переползание) зависит от ориентации гетероструктуры: для (11 l)Si-IrSi3 - скольжение дислокаций в плоскости границы, для (001)Si-IrSi3 -переползание.

5. Сопоставление ИФО с термическим отжигом показало, что твердофазная реакция диффузии в плоскости пленок при одних и тех же режимах ИФО проходит на расстояния в 20-30 раз больше, чем по нормали к поверхности. Последовательность образования основных фаз в пленках силицидов иридия, синтезированных ИФО при нормальном и латеральном их росте та же, что и при обычной термообработке пленок 1г на Si или при конденсации металла на подогретые пластины Si. Латеральный процесс развития твердофазной реакции при ИФО дает принципиальную возможность наблюдения в тонких пленках последовательности образующихся фаз и их распределения на расстояниях до нескольких микрон, не прибегая к гетероструктурам Si — толстая пленка металла, а также исследования структуры границ между силицидными фазами, не прибегая к технологии cross- section.

6. Установлено, что синтез ориентированных пленок ReSi2 в процессе конденсации металла на (OOl)Si и (11 l)Si происходит при Тп= 800°С. В силу разной симметрии решеток силицида и кремния реализуется многоориентационная эпитаксия и, соответственно, поликристаллическая микроструктура силицида.

7. Ориентационные соотношения отвечают основным кристалло-геометрическим критериям: относительно высокая плотность РСУ на МГ и хорошее согласование плотноупакованных плоскостей через МГ, сопряжение на МГ кремний - силицид когерентное в пределах кристаллитов вследствие соизмеримости ожидаемых периодов дислокаций несоответствия и размеров кристаллитов.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Руднева, Ирина Геннадьевна, Воронеж

1. Tung R.T., Poate J.M., Bean J.C., Gibson J.M., Jacobson D.C. Epitaxial silicides // Thin Solid Films. - 1982. - V.93. - P.77-90.

2. A.c. № 1228716 СССР, кл.21/268, 1984. Способ изготовления элементов металлизации/ Н.Н. Тонких, В.П. Злобин, С.Б. Кущев, 5 С.

3. Гершинский А. Е., Ржанов А. В., Черепов Е.И. Тонкопленочные силициды в микроэлектронике // М. Микроэлектроника. - 1982. - т.11 .-№2.-С.83-94. .

4. Лабунов В. А., Борисенко В. Е., Заровский Д.И. Формирование силицидов импульсной термообработкой пленочных структур// Зарубежная электронная техника. 1985. - №8. - С.27-53.

5. Трофимов В. И., Осадченко В.А. Рост и морфология тонких пленок/ В. И. Трофимов, //М. Энергоатомиздат. - 1993. - 272 С.

6. Ottaviani G. Metallurgical aspects of the formation of silicides / G. Ottaviani// Thin Sol. Films. 1986. - V. 140. - № 1. - P.3-21.

7. Мьюрарка Ш. Силициды для СБИС/ Мир. 1986. - С. 176.8. . Поут Дж.,Ту К., Мейер Дж Тонкие пленки. Взаимная диффузия и реакции/ Мир. 1982.- С.272.

8. Norde Н. A modified forvard I-V plot for Schottky diodes with high series resistance// J.Appl. Phys.- 1979. V.50. -№7.- P.5052- 5055.

9. Botha A. P., Krizinger A.S., Pretorius R. Solid state interaction between thin chromium Films and silicon // Thin Solid Films. -1983. V.105. -№3. - P. 327-349.

10. Onda N., Henz J., Muller E. Epitaxy of fluoride- structure silicides: metastabile cubic FeSi2 on Si(lll) // Appl. Surface Sci. 1992. - V.56. -№5. -P.421- 426.

11. Гельд П.В., Сидоренко Ф.А. Силициды переходных металлов четвертого периода / М. — Металлургия. 1971. - С.582.

12. Качурина Е. Е., Мякиненко В.И., Щеглов В.В. Силициды тугоплавких металлов в технологии полупроводниковых приборов и интегральных схем // Обзоры по электронной технике.- Серия: полупроводниковые приборы. 1982. - Вып.№6. - С. 68. - Вып.№7. - 54 С.

13. Майселл Л., Глэнг Р. Технология тонких пленок. (Справочник) / Советское радио.- 1977. -Т.1.-664 С.

14. Мальцев М. В. Термическая обработка тугоплавких металлов и их сплавов / Металлургия. 1974.-344 С.

15. Хасс Г., Тун Р.Э. Физика тонких пленок. Современное состояние исследований и технические применения / Мир. 1967. - 343 С.

16. Walser R. М., Bene R. W. First phase nucleation in silicon-transition- metal planar interfaces // Appl. Phys. Letter. 1976. - V.28. - №10. - P. 624- 626.

17. Pretorius R. Prediction of silicide first phase and phase sequence from heat of formation // Thin Films and Interfaces. orth- Holland. - 1984.- p. 1520.

18. Bene R. W. A kinetic model for solid- state silicide nucleation // J. Appl. Phys.-1987. -V.61. -№5. -P.1826- 1833.

19. Самсонов Г.В., Дворина JI.A., Рудь Б.М. Силициды/ Металлургия. 1979.- 271 С.

20. Борисенко В. Е. Формирование тонкопленочных силицидов импульсной термообработкой. Силициды (получение, свойства и применение) / Киев.- 1986. С. 119 -123.

21. Cheng N. W., Nicolet М. -A., Wittmer М, Evans С. A., Sheng Т. Т. Growth kinetics of Pd2Si from evaporated on sputter-deposited films // Thin Solid Films. -1981.- V. 79.-P.51-60.

22. Poete J. M., Tisone T.C. Kinetics and mechanism of platinum silicide formation on silicon//Appl. Phys. Lett.- 1984.- V. 24.-№8.-P.391- 393.

23. Кущев С. Б., .Ю. Исаев А.Ю., Злобин В.П. Структура, фазовый состав и ориентация пленок, полученных при вакууумной конденсации Pd на

24. Si // Рост и структура тонких пленок и нитевидных кристаллов. Межвузовский сборник трудов. -1989. Воронеж. - С.28 -30.

25. Torres J. Growth of thin films of refractory silicides on Si (100) in ultrahigt vacuum//Thin Solid Films.- 1985.-V.126.-P. 233-239.

26. Shian F.R., Cheng H.C., Chen L.J. Localized epitaxial growth of CrSi2 on silicon // Thin Solid Films. 1977. -V. 45. - P. 123-126.

27. Magee T.J., Woolhouse G. R., Kawayoshi H. A. Microstructural investigations of refractory metal silicide films on silicon // J. Vac. Sci. Technol. -1984. -V. 2. -№4 (B). P. 756-761.

28. Lin W. Т., Chen L. J. Localized epitaxial growth of tetragonal and hexagonal WSi2 on (111) Si // J. Appl. Phys. 1985. - V.58/- №4. -P. 1515-1519.

29. База данных: JCPDS International Centre for Diffraction Data,1998.

30. База данных: ASTM -Powder Diffraction File. Alphabetical Index Inogranic Compounds/ Pensylvania: ICPDS, 1977.

31. Lin W. Т., Chen L.J. Localized epitaxial growth MoSi2 on silicon //J. Appl. Phys. -1985. V.59. -№5. - P.1375-1379.

32. Кущев С.Б. , Солдатенко С. А., Белоногов E.K., Руднева И. Г. Образование силицидов Мо при вакуумной конденсации металла на кремний // Воронеж.- 1997.-Вестник ВГТУ, сер. Материаловедение.-1.2.(ст).-С.13-16.

33. Chang С. S., Nieh C.W., Chu J.J., Chen L.J. Partial epitaxial growth of NbSi2 on Si (111) // Thin Solid Films. 1988. -V.161. - P.263-271.

34. Chang C. S., Nieh C.W., Chen L.J. Partial epitaxial growth of HfSi2 films on silicon // J. Appl. Phys.-1987. V.61. -№6. -P.2393-2395.

35. Иевлев В. M. Ориентированная кристаллизация пленок / Уч. Пособие. Воронеж.- Изд. ВГТУ.- 1998.- 216 с.

36. Иевлев В. М., Бугаков А.В., Трофимов В.И. Рост и субструктура конденсированных пленок / Воронеж. ВГТУ. - 2000. - С.386.

37. Searcy. A. W., R.A. McNees R. A. The Silicides of Rhenium // J. Amer. Chem. Soc. 1953. -V. 75. -№7.-P. 1578-1580.

38. McNees R.A., A. W. Searcy A.W. The Crystal Structure of Rhenium Monosilicide // J. Amer. Chem. Soc. 1955. - V.20. - №1. - P. 5290-5291.

39. Chu J.J., Chen L.J., Tu K.N. Localized epitaxial growth of ReSi2 on (111) and (001) silicon // J. Appl. Phys. -1987. V. 62. - № 2. - P. 461-465.

40. Krontiras C., Gronberg L., Suni I., Tersoff J.,Karlsson В., Petersson C.S., Gronberg I. Some Properties of ReSi2 // Thin Solid Films. 1988. -V. 161. -P. 197-206.

41. Battacharyya В. K., Bylander D. M., Kleinman L. Fully relativistic energy bands and cohesive energy of ReSi2 // Phys. Rev. B. -1986. V.33. - №6. -P. 3947-3951.

42. Печарский B.K., О.И. Бодак О.И., Гладышевский Е.И. Кристаллическая структура соединения Re5Si3 // Кристаллография. М. -1979. - том 24. - вып.№ 5. - С. 945-950.

43. Mahan J. Е., Geib К.М., Robinson G.Y., Long R.G., G. Bai G., Nicolet M.-A., Epitaxial tendencies of ReSi2 on silicon // Appl. Phys. Lett.- 1990. -V. 56.-№2.-P.2439-2441.

44. Mahan J. E., G. Bai G., Nicolet M.-A. Microstructure and morphology of some epitaxial ReSi2 films on (001) silicon // Thin Solid Films. -1992.-V. 207.-P. 223-230.

45. Dutron A.-M. A., Blanquet E., Bourhila N., Madar R., Bernard С. A thermo -dynamic and experimental approach to ReSi2LPCVD II Thin Solid Films. 1995. - V. 259. -P.25-31.

46. Burkov A.T., Heinrich A, C. Gladin C., Pitscke W., Schumann J. Effect of interphase boundaries on resistivity and thermopower of nanocrystalline Re-Si thin film composites // Phys. Rev. B. 1998. - V.58. - № 15. - P. 96449647.

47. Filonov А. В., Migas D. В., Shaposhnikov V. L., Dorozhkin N.N., Borisenko V.E., Lange H., Heinrich A. Electronic properties of semiconductingrhenium silicide // Europhysics Letters. 1999. - V. 46. - №3. - P. 376-381.

48. Long R.G., Bost M.C., Mahan J.E. Optical and electrical properties of semiconducting rhenium disilicide thin films // Thin Solid Films. -1988. V. 162. -P. 29-40.

49. Chen J. S., Kolawa E., Nicolet M.-A., Baud L., Jaussaud C., Madat R., Bernard C. Stability of rhenium thin films on single crystal (001) SiC // J. Appl. Phys. 1994. - V. 75. -№ 2. - P.897-901.

50. Kun Ho Kim, Bai G., Nicolet M.-A., Mahan J.E., Geib K.M. Amorphization and recrystalization of epitaxial ReSi2 films grown on Si (100) // J. Appl Phys. Lett.-1991.- V. 58.- № 17.- P.2234-2238.

51. Bai G., Nicolet M.-A., Mahan J.E., Geib K.M. Channeling of MeV Ions polyatomic epitaxial films: ReSi2 on Si (100) // Phys. Rev. B. -1990.- V. 41.-№ 13.-P.2123-2129.

52. Siegrist Т., Hulliger F., Travalgini G. The Crystal Structure and some properties of ReSi2 // J. Less-Com. Metals. -1983. № 92. - P. 119-129.

53. Siokoy A., Kennou S., Ladas S., Nguen Tan T.A., G. -Y. Veuillen Growth and characterization of the Re/ Si (111) interface // Surface Sience.-1996.- № 352-354.- P.628-633.

54. Petersson S., Baglin J., Hammer W., Dheurle F., Kuan T.C, Ohdomari I., De Sousa Pires J., and Tove P. Formation of iridium silicides from Ir thin films on Si substrates // J. Appl. Phys. 1979 V. 50. -№5. P. 3357-3365.

55. Liu H. F., Liu H. M., Tsong T.T. Initial Stages of Iridium -Semiconductor Compound Formation: A Field Ion - Microscope Study of Interface Atomic Structures / H. F. Liu, // Phys. Rew. Lett. - 1986. - V.56. - № 11. P. 65-68.

56. Chu J. J., Chen L. J., Tu K. N. Localized epitaxial growth of IrSi3 on (111) and (001) silicon // J. Appl. Phys. 1988. - V.63-№4. -P.l 163-1165.

57. Wittmer M., Oelhafen P., Tu K. N. Electronic structure of iridium silicides // Phys. Rew. B. 1986. - V.33. -№8.- P. 5391-5400.

58. Wittmer M., Oelhafen P., Tu K. N. Chemical reaction and Schottry-barrier formation at the Ir/ Si Interface // Phys. Rew. B. 1987. - V.35. - №17.- P. 9073-9080.

59. Engstrom I., Lindsten Т., Zdansry E. The Crystal Structure of the Iridium Silicide Ir3Si5 // Acta Chemica Scandinavica.- 1987.- A 41P. 237-242.

60. Ohdomari I., Kuan T. S., Tu K. N. Microstructure and schottcy barrier heigt of iridium silicides formed on silicon // J. Appl Phys.- 1989. V. 50. -№11.- P.7020-7029.

61. Allevato C.E., Cronin B. Vining Phase Diagram and Electrical Behavior of Silicon-rich Iridium Silicide Compounds // The Journal of Alloys and Compounds. 2000. -№1. - P. 99-105.

62. Yarmoshenco Yu. M., Shamin S. N., Elokhina L.V., Dolgiht V.E., Kyrmaev Z., Bartkowsk S.i, Neumann M., Ederer D.L., Goransson K., Njlang В., Engstrom I. Valence band of 4d and 5d silicides // J. Phys. Condens. Matter. -1997.-№ 9.-P. 9403-9414.

63. Kurt R., Pitschke W., Heinrich A., Schumann J., Thomas J., Wetzig K., Burkov A. Phase formation process of Irx Siix thin films structure and electricalproperties // Thin Sol. Films. 1997. - V. 310. - P.8-18.

64. Шуберт К. Кристаллические структуры двухкомпонентных фаз / Металлургия. 1971.- С. 531.

65. Pitschke W., Kurt R., Heinrich A., Schumann J., Griebmann H., Vinzelberg В., Burkov A. Structure and thermoelectric properties of binary and Fe-doped iridium silicides thin films // J. Mater. Res.-2000. V.15. - №3. - P. 772782.

66. Weiss B. Z., Tu K. N., Smith D. A. Effect of temperature on electrical and microstructural changes of coevaporated Ir-Si alloy films // J. Appl. Phys. -1986. V. 59. - № 2. - P. 415-420.

67. Park Y.K., Paszti F., Takai M.,Temmel G., Buerte E. P., Ryssel H., Wiget R., Kinomura A., Horino Y., Fujii K. Ir and Rh silicide formationinvestigated by microprobe RES // Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. B. 1997. -V.130. -P.728-773.

68. Engstrom I. Structural Chemistry of Platinum Metal Silicides // Acta Universitatis Uppsaliensis, Uppsala. -1970. -№1. P. 259-265.

69. Хансен M., Андерко К. Структуры двойных сплавов / М.: Металлургия.- 1962.- С. 1488.

70. Эмсли Д. Элементы / М: Мир. 1993.- С. 256.

71. Шиллер 3., Гайзин У., Панцер 3. Электроннолучевая технология / М: Энергия.- 1980.- С. 528.

72. Данилин Б.С., Сырчин В. К. Магнетронные распылительные системы / М: Радио и связь. 1982.- С. 72.

73. Палецкий В.А. Исследование теплофизических свойств веществ в условиях электронного нагрева/М: Наука. 1983.- С. 94.

74. Огнев А.С., Свиридов Д. А.Получение эпитаксиальных пленок туго- плавких металлов// Сб. научных трудов.-1988.- Воронеж.- ВПИ.- С. 8689.

75. Иевлев В. М., Сербии О. В., Кущев С.Б. Синтез пленок карбидов вольфрама при импульсной обработке пленочных гетероструктур W-C // Вестник ВГТУ.- Сер. Материаловедение.- 2002. №1.11.- С.87-93.

76. Бурова С.В., Иевлев В.П., Кущев С. Б., Соловьев К.С., Тураева Т. JI. Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсам: Физика и технология тонкопленочных материалов. Электронная микроскопия // Воронеж. ВГТУ. -1997. - С. 51.

77. Зимкина Т. М., Фомичев В.А. Ультрамягкая рентгеновская спектроскопия // Л. ЛГУ. - 1971. - С. 130.

78. Домашевская Э. П. Природа межатомного взаимодействия и закономерности строения энергетического спектра валентных электронов в полупроводниках/ Дисс. на соискание ученой степени доктора физ.- мат.-наук. Воронеж. 1978. - С. 250.

79. Domashevskaya E.P., Yurakov Yu. A. Specific features of electron structures of some thin films d-silicides // J. Elec. Spec and Rel. Phen. 1998. -V.96.-P. 195-208.

80. Бугаков А. В. Энергия, релаксированная структура и субструктура межфазных границ в пленочных металлических системах/ Дисс. на соискание уч. степени д-ра физ.- мат. наук. Воронеж. -1996. С. 295.

81. Юсипов Н. Ю., Тылкина М. А., Жданова JI. JL, Сипкин Ю.П. Электрические свойства пленок сплавов на основе дисилицида рения. Исследование и применение сплавов тугоплавких металлов / М. -Металлургия. С. 164 - 168.

82. Хирт Дж, Лоте И. Теория дислокаций// М Атомиздат-1972.1. С. 600.

83. Косевич В. М., Иевлев В.М., Палатник Л.С., Федоренко А.Г. Структура межкристаллитных и межфазных границ / М.- Металлургия.-1980.- С.256.

84. Bollmann W. Crystal Defects and Crystalline Interfaces.// Spinger Verl. Berlin. - 1979. - P. 244.

85. Иевлев B.M., Бугаков A.B., Солдатенко C.A., Белоногов Е.К., Руднева И.Г Образование дисилицида рения при вакуумной конденсации металла на кремний // Труды 5й Международной конференции.-Ст.-Петербург.-1998.- С.34.

86. Балашова В.Ю., Бугаков А.В., Иевлев В.М., Кущев С.Б., Солдатенко С.А., Руднева И.Г. Структура межфазных границ кремний -силицид металла // Черноголовка. 1998. - 17я Российская конференция по эл. микроскопии. - С. 28.

87. Домашевская Э.П., Юраков Ю.А., Кашкаров В.М., Веретина А.В., Руднева И.Г. Электронное строение тонкопленочных дисилицидов ReSi2 в кристаллическом и аморфном состоянии // М. -Перспективные материалы. 1999,-С. 29 - 32.

88. Domashevskaya Е. P., Yrakov Yu. A., Kashkarov V.M., Rudneva I.G. Electronic structure of crystal and amorphous ReSi2 thin films // Yekaterinburg. 1999. - 3rd Russan - German Seminar on Elektron and X - ray Spektroskopy. - P.26.

89. Иевлев В. М., Кущев С.Б., Солдатенко С.А., Маркушев Б.Н., Руднева И.Г. Твердофазный синтез ориентированных пленок силицидов металлов на кремнии и субструктура межфазных границ // М. 2000.9я Национальная конференция по росту кристаллов НКРК-2000.- С.24.

90. Иевлев В. М., Кущев С.Б., Солдатенко С.А., Руднева И.Г. Фазовый состав, ориентация и субструктура пленок, синтезированных в процессе вакуумной конденсации металла на Si // Воронеж. — 2001. -Вестник ВГТУ. Вып. № 1.9. -С. 54 - 59.

91. Ievlev V. М., KushchevS.B., Bugakov A.V., Soldatenko S.A., Markushev B.N., Rudneva I.G. Conjugation regularities and substructure of interphase boundaries in the systems Si final phase of Pt -, Pd Ni Re -, Ir -,

92. Mo Ti silisides // Obninsk. - 2001. - Proceedings Fourth International Conference " Single crystal growth and heaf'.ICSC. - V.№ 2. - P.496 - 503.

93. Kurganskii S I., Pereslavtseva N.S., Yrakov Yu.A., Rudneva I.G., Domashevskaya E.P. Electronic structure of rhenium disilicides // J. Phys.: Condens. Matter. 2002. - №14. - P.6833 - 6839.

94. Иевлев В. M., КущевС.Б., Солдатенко С.А., Руднева И.Г,, Сербии О.В. Синтез силицидов иридия при импульсной фотонной обработке пленок Me на кремнии.//Воронеж 2002.- Вестник ВГТУ № 1.11 - С.23 - 29.

95. Соколов Л.В., Торопов А.И., Бакланов М.Р., Стенин С.И. Наблюдение поверхностных сверхструктур Si и Ge под слоем естественного окисла// Поверхность. 1982.- №8.-С.9-11.

96. Иевлев В. М., КущевС.Б., Руднева И.Г., Солдатенко С.А. Фазовый состав, ориентация и субструктура пленок силицидов Ir, синтезированных в процессе вакуумной конденсации металла на Si // " Неорганические материалы М. - 2003 V. -39. -№ 5. - С. 1 -7.

97. Иевлев В. М., Кущев С. Б., Тонких Н. Н. Применение импульсного фотонного отжига в технологии изготовления СБИС// Специальная электроника. Сер.3.1. - Микроэлектроника. - Вып. 2 (51). -1987.-С. 56-61.