Атомные процессы на поверхности кремния при адсорбции атомов двух типов и формирование поверхностных фаз тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

рг Б од

б ОПТ РОССИЙСКАЯ академия наук

Дальневосточное отделение Институт автоматики и процессов управления

На правах рукописи

Саранин Александр Александрович

АТОМНЫЕ ПРОЦЕССЫ НА ПОВЕРХНОСТИ КРЕМНИЯ ПРИ АДСОРБЦИИ АТОМОВ ДВУХ ТИПОВ И ФОРМИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ ФАЗ

(Специальность 01.04.07 - Физика твердого тела)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Владивосток, 1995 г.

Работа выполнена в Институте автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН

Научный консультант:

доктор физико-математических наук, профессор В.Г.Лифшиц

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

B.А.Гаспаров

доктор химических наук, профессор

C. М. Репинский

доктор физико-математических наук, профессор В.В.Юдин

Ведущая организация:

Институт проблем технологии микроэлектроники РАН (г.Черноголовка)

Защита состоится " ^ " /сО&Ь^Л 1д95 ГОДа в Цо /РО часов на заседании Диссертационного совета Д 064.58.03. по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора физико-математических наук при Дальневосточном государственном университете (ДВГУ) по адресу 690600, г.Владивосток, ул. Суханова, 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Дальневосточного государственного университета

Автореферат разослан ' " О^^РеЛ 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук,

И.В.Соппа

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Исследование физических и физико-химических свойств поверхности твердого тела является актуальным научным направлением. Важное место в таких исследованиях занимает изучение поверхности полупроводников и, естественно, кремния, как одного из основных материалов микроэлектроники. Как показывает анализ, количество публикаций в области физики поверхности, посвященных исследованию поверхностных фаз (ПФ) на кремнии продолжает увеличиваться год от года. Среди них все чаще и чаще появляются работы, в которых изучаются ПФ, сформированные при участии двух (или более) адсорбатов, то есть при коадсорбции ' атомов. Остановимся более подробно на причинах такого, все более возрастающего интереса, к этой теме.

Во-первых, количество практических приложений явлений, происходящих на поверхности, увеличивается с каждым годом. Вся современная микроэлектроника в значительной степени опирается на процессы, происходящие на поверхности полупроводников (МДП транзисторы). Переход к созданию сверхбольших интегральных схем сопряжен с резким увеличением числа отдельных элементов на кристалле и уменьшением размеров этих элементов. Если в настоящее время размер элементов сверхбольших интегральных схем составляет порядка 1 мкм, то задачей ближайшего будущего является переход к наноэлектронике с размером отдельных элементов исчисляемых уже не в микронах, а в сотнях нанометров. Это требует всестороннего исследования процессов в слоях, толщина которых составляет десятки и единицы нанометров. Понятно, что при таких размерах элементах чрезвычайно возрастает важность исследования процессов на поверхности. Уже в настоящее время решение задачи уменьшения размеров полупроводниковых приборов привело к появлению таких направлений, как нанотехнология и наноэлектроника.

По-видимому, одним из возможных способов получения микроэлектронных структур нанометрического масштаба может быть использование коадсорбции атомов на поверхности, т. е. использование взаимодействия атомов Двух или нескольких типов для создания "самоорганизующихся" структур на поверхности и для управления механизмом роста пленок. В настоящее время известно, что адсорбция на поверхности приводит к формированию поверхностных фаз, которые по сути представляют собой особую приповерхностную область твердого тела со своей электронной и кристаллической структурой, электронными свойствами и областями температурной и концентрационной стабильности. При коадсорбции, в зависимости от соотношений энергий взаимодействия адсорбатов с подложкой и Друг с другом также происходит формирование поверхностных фаз либо отдельных адсорбатов, либо их совместных, т. е. трехкомпонентных поверхностных фаз. Естественно, что выбор адсорбатов при коадсорбции определяет поведение системы.

Одним из примеров использования коадсорбции для управления механизмом роста пленок является использование так называемых сурфактантов. Сурфактанты

'под коадсорбцией здесь и далее мы будем понимать адсорбцию двух (или более) чужеродных атомов на поверхности подложки вне зависимости от того, каким образом оба адсорбата оказались на ней последовательно (один за другим), одновременно или в виде некоторого соединения

(surfactant), т.е. поверхностно-активные частицы (surface active species) используют в последнее время для получения однородных слоев при низкой температуре подложки. По сути своей сурфактанты - это ПФ, образованные такими атомами, которые оказывают влияние на механизм роста пленки. Было замечено, что сурфактанты уменьшают поверхностную энергию подложки, подавляют трехмерное зародышеобразование и усиливают поверхностную диффузию атомов растущей пленки. В качестве сурфак-тантов для улучшения качества роста пленок Si на Si(lll) были использованы Sb, As, Ga, Au, Ge, и РЬ. В качестве посредника для улучшения качества пленок используется водород. Предварительная адсорбция водорода улучшает элитаксию Ag на Si(lll) и Si(100), Fe на Si(lll) и Си на Si(100). Другим примеров может служить "самоорганизация" атомов при коадсорбции. Как показали исследования взаимодействие атомарного водорода с ПФ металлов на поверхности Si(lll) приводит к агломерации пленок металла и изменению структуры поверхности. Отжиг такой поверхности приводит к десорбции водорода, распаду островков и формированию исходной ПФ металла с исходной структурой.

Во-вторых, исследования на поверхности имеют фундаментальный научный характер. Несмотря на то, что поверхностные фазы обладают своими собственными свойствами, отличными от объемных, многие физические понятия и представления, введенные для объемных фаз, весьма близки к понятиям и представлениям, используемым для поверхностных фаз. Таким образом, как и для традиционного материаловедения "объемных" материалов, можно говорить о "двумерном" материаловедении. Здесь, также как и в трехмерном случае, можно говорить об образовании "двумерных" сплавов, соединений, их фазовой диаграмме и структуре. Сказанное выше можно проиллюстрировать на примерах развития традиционного материаловедения объемных материалов и "двумерного" материаловедения, т. е. исследования поверхностных фаз. Начальным этапом материаловедения объемных материалов было исследование чистых веществ их кристаллической структуры, физико-химических свойств. Следующим этапом было исследование соединений их диаграммы состояний, кристаллической структуры и свойств. Естественно, что основой исследования соединений были знания структуры и свойств чистых веществ. Аналогично и в случае двумерного материаловедения: на начальном этапе развития исследование ПФ чистых материалов и ПФ образованных одним адсорбатом составляли основной предмет исследования, то, в настоящее время, происходит переход к исследованию поверхностных соединений и сплавов, которые образуются при коадсорбции. При этом происходит и дальнейшее углубление и расширение представлений и знаний о структуре и свойствах ПФ образованных одним адсорбатом. Так, например, при исследовании коадсорбции появляется возможность оценить относительную стабильность ПФ образованных одним адсорбатом. Как показали наши исследования возможно оценить степень реконструкции подложки при взаимодействии ПФ металлов на кремнии с атомарным водородом.

В заключении раздела отметим, что коадсорбция атомов открывает новые возможности в области "двумерного материаловедения" твердых тел, такие как:

• повышение стабильности ПФ, образованных различными атомами,

• формирование ПФ с новыми свойствами,

• управление механизмом роста пленок и создание новых полупроводниковых микроструктур,

• лучшее понимание структуры и свойств двухкомпонентных ПФ.

Цель работы

Весь комплекс выполненных исследований был направлен на изучение процессов на поверхности кремния при коадсорбции атомов с учетом формирования ПФ. Необходимо подчеркнуть, что такое изучение преследовало две цели:

• установление общих закономерностей атомных процессов при коадсорбции чужеродных атомов Двух различных типов на атомарно-чистой поверхности кремния,

• получение конкретной количественной информации о формировании двумерных ПФ (сплавов, соединений) при коадсорбции атомов двух типов

Естественно, что фундаментом таких исследований являются, с одной стороны, знания о структуре и свойствах моноадсорбатных ПФ и, с другой стороны, знания о структуре и свойствах соответствующих объемных соединений. Конечно, ни то и ни другое не позволяет однозначно предсказать структуру и свойства соответствующей трехкомпонентной ПФ. Исследование коадсорбции элементов моноадсорбатные системы которых хорошо изучены, является более предпочтительным. Поэтому в настоящей работе были выбраны такие адсорбаты, как Н, Ag, Аи, А1 и N. постоянно вызывающие большой интерес исследователей.

Оправданность и важность такой постановки проблемы связана с нескольким аспектами:

1. Значительный интерес для физики поверхности представляет выяснение влияния формирующихся ПФ на процессы на поверхности при коадсорбции и общих закономерностей такого влияния. Здесь открываются возможности управления процессами формирования межфазных границ, контроля процессов диффузии, элитаксии и т.д.

2. Изучение процессов коадсорбции позволит классифицировать все возможные процессы на поверхности. Основные из них: формирование новых двумерных сплавов и соединений, вытеснение одной ПФ другой, замещение атомов одного типа атомами другого типа ("смена партнера").

3 Проведенные исследования позволят получить конкретную информацию о кинетике формирования, структуре и составе межфазных границ, структуре и свойствах ПФ, диаграмм состояния, а также выяснить характер поверхностных процессов, происходящих при коадсорбции

4 Получение результатов по влиянию формирования ПФ при коадсорбции на процессы на поверхности кремния представляют значительный интерес для практических приложений как в области уже существующей технологии полупроводниковых приборов, так и Для нанотехнологии. Проведение таких исследований

позволило бы ответить на ряд вопросов, возникающих при использовании тонкопленочных структур: об их температурной и концентрационной устойчивости, диффузионном размытии, механизме роста, пассивирующих свойствах и т.д.

Постановка задачи

Исследования, составившие содержание данной работы, посвященные перечисленным выше аспектам проблемы определения общих закономерностей атомных процессов при коадсорбции атомов на атомно-чистой поверхности кремния, подразумевает постановку следующих задач:

1. Развитие методов экспериментального исследования ПФ и поверхностных процессов.

2. Построение фазовых диаграмм (диаграмм состояния) различных систем адсор-бат/кремний, которые представляют собой геометрическое изображение областей существования равновесных ПФ при разных значениях концентраций ад-сорбатов и температуры.

3. Исследование общих закономерностей влияния ПФ на характер атомных процессов при коадсорбции (диффузии, десорбции и т.д.).

4. Определение механизмов роста тонких пленок (в том числе эпитаксиальных), выяснение состава пленок, кинетики роста, и роли формирующихся поверхностных фаз.

Научная новизна

Работа содержит новые экспериментальные и методические результаты, наиболее важными из которых являются:

• способ неразрушающего контроля толщин тонких пленок на поверхности кремния с помощью спектроскопии характеристических потерь энергии электронами;

• исследование закономерностей взаимодействия атомарного водорода и аммиака с поверхостными фазами А1 и Ag на поверхности 51(111);

• количественные характеристики взаимодействия атомарного водорода с ПФ Ag на 51(111);

• исследование закономерностей формирования двумерных сплавов и их структуры в системе А1/Аи/51(111), построение диаграммы ПФ существующих в этой системе;

• исследование формирования двумерных химических соединений и их структуры в системе А1/51(111)8х8-М;

• исследование закономерностей формирования поверхностных фаз в системе 1М-5|(111) и М-Б|(110) при термическом взаимодействии МНз с кремнием;

• исследование кинетики и механизма электронно - стимулированнои нитриди-зации Si(100) в атмосфере NH3;

Научная и практическая ценность работы

Научная и практическая ценность работы определяется получением новой информации о закономерностях взаимодействия коадсорбированных атомов на поверхности кремния. Исследования по формированию трехкомлонентных ПФ на кремнии, попытка классификации процессов коадсорбции, представляют значительный интерес для физики поверхности, так как понимание взаимодействий "адсорбат-подложка" и "адсорбат-адсорбат" и механизма формирования сверхтонких эпмтзксиальных пленок на кремнии позволит создавать слои с заранее заданными свойствами.

Агломерация ПФ AI и Ag на поверхности Si(lll) и изменение структуры поверхности при взаимодействии с атомарным водородом представляет интерес для создания "самоорганизующихся структур". В этом направлении исследовано взаимодействие атомов золота и алюминия на чистой поверхности кремния (111) и получен ряд новых трехкомлонентных ПФ, которые не формируются в моноадсорбатных системах Al/Si(lll) и Au/Si(lll).

Разработан способ создания поверхностной структуры Si(lll)lxl с помощью коадсорбции атомов металла и атомарного водорода.

Выращенная тонкая эпитаксиальная пленка нитрида алюминия (AIN) на кремнии представляет собой новый перспективный материал для микроэлектроники.

Разработан способ низкотемпературной нитридизации поверхности кремния в атмосфере аммиака при облучении поверхности электронами.

Разработан метод низкотемпературной очистки поверхности кремния от тонких слоев нитрида кремния.

Предложен и реализован новый способ неразрушающего контроля толщин тонких пленок на поверхности кремния с помощью метода СХПЭЭ.

Защищаемые положения

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Процессы при коадсорбции атомов на монокристаллической подложке определяются ПФ формирующимися в соответствии с диаграммой состояния При этом характер протекания атомных процессов при коадсорбции атомов на поверхности и формирование ПФ зависит от относительных скоростей адсорбции, десорбции и поверхностной диффузии Двух адсорбатов.

2. В случае отсутствия в системе подложка-адсорбаты устойчивой трехкомлонент-ной ПФ в зависимости от относительной энергии взаимодействия атомов, формирующих поверхностные фазы, коадсорбция приводит к смене одной поверхностной фазы другой, т.е. формированию энергетически более выгодной поверхностной фазы при Данной температуре и концентрации адсорбата. Такой процесс наблюдается при взаимодействии атомарного водорода с поверхностными фазами AI и Ag.

3. Формирование новых трехкомпонентных ПФ, со структурой, отличной от структур, которые образуются в моноадсорбатных системах, происходит при коад-сорбция атомов А| и Аи на поверхности Si(lll). В этом случае оба адсорбата имеют близкие анергии взаимодействия с подложкой.

4. В ситуации, когда энергия взаимодействия адсорбатов друг с другом велика по сравнению с энергиями взаимодействия адатомов с подложкой, при коадсорб-ции реализуется механизм "смены партнера". Так при напылении AI на ПФ Si(lll)8x8-N и последующем отжиге происходит разрыв связей Si—N и образование химических связей AI-N с образованием двумерной эпитаксиальной пленки с ПФ AIN.

5. При адсорбции соединений на поверхности процесс диссоциации (термический или электронно - стимулированный) приводит к образованию ПФ. Так при термическом или электронном воздействии на поверхности кремния в атмосфере аммиака происходит формирование ПФ Si—N. Механизм роста слоев определяется возможностью формирования ПФ при данных условиях.

Апробация работы

Результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались на Всесоюзной конференции по использованию современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле (г.Хабаровск, 1981), XVIII, XIX и XXI Всесоюзных конференциях по эмиссионной электронике (г.Москва, 1981; г.Ташкент, 1984; г.Ленинград, 1990), 7 Международной конференции по ионной имплантации в полупроводниках и других материалах (г.Вильнюс, 1983), Всесоюзном симпозиуме по физике поверхности твердых тел (г.Киев, 1983), VI Всесоюзном симпозиуме по вторичной электронной и фотоэлектронной эмиссии и спектроскопии поверхности твердых тел (г.Рязань, 1986), Всесоюзной конференции по диагностике поверхности (г.Каунас, 1986), II и VI Международных конференциях по структуре поверхности (г.Амстердам, 1987; г.Шанхай, 1993), 1-ой Всесоюзной конференции по физическим и физико-химическим основам микроэлектроники (г.Вильнюс, 1987), III Всесоюзной конференции по физике и тех-нопогии тонких пленок (г.Ивано-Франковск, 1990), XIII Американской конференции по росту кристаллов (г.Вэйл, США, 1990), I и II Российско-Японском семинаре по поверхности полупроводников (г.Владивосток, 1993; г.Осака, Япония, 1995), 1-й и 11-й Международных конференциях по физике низкоразмерных структур (г.Черноголовка, 1993, г.Дубна, 1995) III Международном симпозиуме по эпитаксии атомных слоев и поверхностным процессам (г.Сендай, Япония, 1994), 14-ой Европейской конференции по физике поверхности (г. Лейпциг, Германия, 1994), На семинарах Университета г.Осака, (г.Осака, Япония, 1992, 1995); Института электроники (г.Хамаматцу, Япония, 1992); Университета Васеда (г.Токио, 1995).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано около 54 печатных работ основные 24 из которых опубликованы в конце автореферата.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы. Общий объем диссертации составляет 190 страниц, включая 72 рисунка, б таблиц и список литературы из 300 наименований.

Краткое содержание работы Введение

Во введении приведена общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы, основные задачи и выносимые на защиту положения, дано краткое изложение содержания диссертации по главам, описаны основные представления о поверхностных фазах и основные закономерности процессов коадсорбции.

Основные представления о поверхностных фазах

Согласно современным представлениям, при нанесении моно - и субмонослойных пленок на поверхность в равновесных условиях происходит формирование поверхностных фаз. Как правило, под поверхностной фазой понимают сверхтонкую пленку (с толщиной порядка нескольких атомных слоев), находящуюся в равновесном состоянии с кристаллической подложкой и обладающую составом, структурой и свойствами, которые отличаются от таковых для объемных материалов, как подложки, так и ПФ, либо от объемного соединения, которое образуется из атомов вещества, формирующего ПФ, и подложки, если такое существует. Другими словами, ПФ есть особая приповерхностная область твердого тела со своей электронной и кристаллической структурой и электронными свойствами.

ПФ могут отличаться друг от друга типом составляющих их атомов, типом кристаллической структуры, энергией связи, работой выхода поверхности, электропроводностью и т.д. Геометрическая структура ПФ является одной из важнейших характеристик, необходимых для идентифицикации конкретной ПФ. Поэтому ПФ обозначают в соответствии с их периодичностью по отношению к кристаллической подложке.

Каждая ПФ существует в определенной температурной области и определенном интервале концентраций адсорбата. Хотя "хорошо" упорядоченной ПФ соответствует определенный состав, т.е. определенная концентрация адсорбата, она остается стабильной по отношению к некоторым изменениям ее состава из-за наличия таких структурных дефектов, как вакансии или адатомы, атомные ступени. Однако, если изменения состава (или температуры) превышает некоторый предел стабильности данной ПФ, может образоваться другая ПФ. Этот процесс обычно имеет место в некоторой локальной области концентрации и температуры (области гомогенности ПФ)

Хотя присутствие инородных атомов и не является обязательным для формирования ПФ (примером может служить чистая поверхность кремния S¡(111)7x7) в любом случае атомы подложки Si играют существенную роль Это касается как структуры, так и свойств ПФ. С одной стороны, упорядочение атомов адсорбата происходит в

потенциальном рельефе подложки кремния. С другой стороны, атомы кремния неизбежно участвуют в формировании ПФ, т.к. даже в случае, когда самый верхний слой атомов не содержит атомов кремния, должна происходить перестройка (или релаксация) нескольких ниже лежащих слоев кремниевой подложки. Таким образом, процесс формирования, структура и свойства ПФ определяются взаимодействием атомов адсорбата друг с другом, взаимодействием атомов адсорбата с подложкой и взаимодействием между собой приповерхностных атомов кремния.

ПФ проявляют себя во многих процессах. Наиболее очевидным примером является процесс роста тонких пленок по механизму Странски-Крастанова (CK). Первая стадия этого процесса включает в себя формирование двумерной пленки адсорбата (или слоя Странски-Крастанова), которая по существу и есть поверхностная фаза. На этой стадии процесса с увеличением концентрации адсорбата часто происходит последовательное формирование нескольких ПФ. В конце концов, после формирования "последней " ПФ с максимальной концентрацией происходит рост трехмерных островков. Другим ярким примером может являться поверхностная диффузия или десорбция атомов, когда на поверхности формируется ряд ПФ при различной концентрации адсорбата. В этом случае каждая ПФ характеризуется своими (отличающимися для каждой из них) свойствами и, естественно, различными величинами коэффициента диффузии по этим фазам, энергиями активации десорбции, адсорбци и т.д. Детальная информация по конкретным системам может быть найдена в монографии [1], которая обобщает результаты исследований, выполненных вплоть до 1994 года.

Основные закономерности процессов коадсорбции

Если двухкомпонентные ПФ (один адсорбат) на кремнии, в настоящее время достаточно хорошо исследованы, то трехкомпонентные ПФ, (когда на поверхности кремния присутствуют одновременно два адсорбата) исследованы достаточно слабо. Добавление второго адсорбата может существенным образом изменить ситуацию на поверхности и существенно усложняет характер поверхностных процессов. Ниже приведено рассмотрение различных случаев коадсорбции, основанное на сопоставлении энергий взаимодействия атомов адсорбатов с подложкой и Друг с другом. В зависимости от соотношения этих энергий результат коадсорбции атомов и характер атомных процессов должен быть различены.

В наиболее общем случае структура границы раздела будет определяться взаимодействиями между атомами адсорбата и подложки. Если для одного адсорбата на поверхности подложки направление процесса определяется энергиями взаимодействия атомов: адсорбат - адсорбат И(а1. о1), подложка - подложка Е{х. .ч) и адсорбат — подложка /v((/',.s) то, если мы имеем два адсорбата на поверхности, это приводит к появлению взаимодействия атомов второго адсорбата с подложкой, друг с другом, и с атомами первого адсорбата, т.е. Л'(г/2. ••>), П(а2.а2) и /:.'(«',о2). При этом важное значение приобретает соотношение энергий взаимодействия атомов адсорбатов с подложкой и Друг с другом.

Как стало понятно в результате выполнения настоящей работы, коадсорбция атомов на поверхности кремния может приводить к вытеснению одного адсорбата Другим, образованию двумерных сплавов, замещению одного адсорбата другим адсорба-

том в химическом соединении и диссоциации соединений на поверхности. Рассмотрим, как соотношение этих энергий влияет на процессы коадсорбции.

• Если /:'(а1. >) > /'.'(«Л.») и /.'("'. с") мала (те. энергетически не выгодно образование трехкомпонентной ПФ адсорбатов и а2), то энергетически более выгодно образование поверхностной фазы адсорбата я1. При этом если /:,'(«*. и-) не очень мала, то это может привести к образованию островков адсорбата а2 В таком случае мы будем говорить о том, что адсорбат а' вытесняет адсорбат а2. Такой случай иллюстрирует глава 2, в которой описано взаимодействие атомарного водорода с ПФ металлов.

• Если Е(а'.я) /Г(<72. ), т.е. оба адсорбата имеют близкие энергии взаимодействия с подложкой и если эти адсорбаты не образуют химического соединения т.е. энергия £,'(«'. </2) мала, то в результате при коадсорбции таких атомов может происходить формирование совместных ПФ или двумерных сплавов. Этот случай иллюстрирует глава 3, в которой описана коадсорбция золота и алюминия на поверхности 51(111).

• Если энергия взаимодействия адсорбатов друг с другом Е(а'.п2), велика по сравнению с энергиями взаимодействия адатомов с подложкой

Е(а\а2) > Е(а\а2) > Е(а2..-.).

то в этом случае атомам адсорбата выгоднее образовать химическое соединение друг с другом. Более того, если один из адсорбатов сам образует химическое соединение с подложкой, а энергетически более выгодно соединение со вторым адсорбатом, то добавление второго адсорбата может привести к замещению атома подложки в химическом соединении другим адсорбатом. Т.е., если первоначально имелось соединение .чг;1 и мы добавили адсорбат а2, то в результате может образоваться соединение а'а2 или

Ж11 + и2 -> л -+- «'а2.

Такой случай наблюдался нами при взаимодействии А1 с пленками нитрида кремния и описан в главе 4.

• Если изначально имелось соединение двух адсорбатов </'</г, то в результате взаимодействия такого соединения с подложкой может происходить его диссоциация и формирование как совместных ПФ так и ПФ образованных отдельными адсорбатами Диссоциация таких соединений может происходить как на нагретой подложке, так и при электронной бомбардировке При этом, если энергия связи одного из адсорбатов с подложкой больше чем другого, например £(</'..•.) > Е(а2.*), то может происходить его десорбция. В результате на поверхности остается только ПФ второго адсорбата. Такой процесс представляет интерес для формирования ПФ таких адсорбатов, образования которых затруднено при его непосредственном взаимодействии. Этот случай иллюстрирует

глава 5, в которой описано формирование пленок нитрида кремния при термическом и электронно-стимулированном взаимодействии аммиака с поверхностью кремния.

Следует отметить некоторую условность приведенного выше энергетического рассмотрения. Реальная картина гораздо более сложна. За рамками данного рассмотрения осталась, например, зависимость энергии связи от концентрации атомов, что, естественно, приводит к изменению характера взаимодействия коадсорбированных атомов на поверхности при увеличении заполнения поверхности. Тем не менее, такое скорее качественное рассмотрение оказывается полезным при анализе процессов при коадсорбции.

Глава 1

В первой главе рассматриваются физические основы методов электронной оже - спектроскопии (ЭОС), спектроскопии характеристических потерь энергии электронами (СХПЭЭ) и дифракции медленных электронов (ДМЭ). Приведены методики исследования поверхности и обработки экспериментальных Данных, описано экспериментальное оборудование.

Рассмотрено влияние электронного пучка на состав исследуемой поверхности. Показано, каким образом электронный пучок может вносить нежелательные изменения состава поверхности при проведении анализа с помощью методов ЭОС, СХПЭЭ и

ДМЭ.

Предложен и реализован новый способ неразрушающего контроля толщин тонких пленок на кремнии с помощью СХПЭЭ. Показаны преимущества анализа методом СХПЭЭ перед традиционным методом ЭОС, которое состоит в том, что глубина анализа в случае использования метода СХПЭЭ может непрерывно изменяться.

Эксперименты проводились в условиях сверхвысокого вакуума на установке, оснащенной системой ДМЭ, анализатором энергии электронов, прецизионным манипулятором для перемещения образца, системой очистки образца. Серебро, алюминий и золото напыляли как правило с вакуумно-отожженной вольфрамовой спирали. Разработанная и изготовленная система напуска рабочих газов позволяла проводить дозированный напуск в рабочую камеру. Для диссоциации молекулярного водорода использовали вольфрамовую спираль накаленную до 1800°С. Использовали образцы кремния с проводимостью 0,1-10 П см размером 15x5x0.4 мм1 После предварительной химической очистки образцы отжигались в условиях сверхвысокого вакуума при температуре 1250°С для получения атомарно-чистой поверхности. Температуру образца (350-1250°С) измеряли с помощью яркостного пирометра (выше 850°С) либо по изменению удельной проводимости кремния (ниже 850°С). Величину покрытия определяли с помощью ЭОС. Детально рассмотрено получение количественной информации о толщине пленок и основные приближения для определения длины свободного пробега электронов и фактора обратного рассеяния. Приведены калибровочные кривые для определения толщины пленок.

Глава 2

Во второй главе рассматриваются структурные и морфологические превращения происходящие при взаимодействии атомарного водорода и аммиака с поверхностными фазами Ag и А| на поверхности 5|(111).

При исследовании адсорбции А1 на поверхности 51(111) обнаружено, что механизм роста А1 на 51(111) изменяется при изменении температуры. При комнатной температуре рост А1 подчиняется закону Франка-Ван дер Мерве, т.е. послойному. При температуре 400°С механизм роста изменяется и следует закону Странски-Крастанова. При температуре подложки 500-700°С после завершения формирования ПФ 51(111)"--фаза"-А1 коэффициент прилипания А1 становится равным нулю, то есть при высоких температурах наблюдается насыщающее покрытие А|. Величина этого покрытия составляет = 0.6 МС.

Взаимодействие атомарного водорода с ПФ Ag на поверхности 51(111) приводит к замещению связей кремний-металл связями водород-кремний, то есть к вытеснению металла. При этом происходит агломерация металлических пленок и формирование металлических островков. Этот процесс сопровождается изменением структуры поверхности приводя к формированию ПФ 5|(111)1х 1—Н(А5).

При взаимодействии атомарного водорода с ПФ Ag происходит уменьшение интенсивности оже-пика Ag МЫЫ 351 эВ в зависимости от экспозиции. Это изменение интенсивности оже-пика серебра при экспозиции в атомарном водороде связано с изменением морфологии исходной пленки Ag. С использованием модельных вычислений были получены количественные характеристики агломерации пленок серебра для начальных покрытий в диапазоне 0,2-1,2 МС. Основные результаты таких расчетов приведены на рис. 1 (а) и (Ь). При увеличении начального покрытия от 0,2 до 1,2 МС средняя высота островков Ag увеличивается от 1 до 5 МС Ац рис. 1 (а). При этом доля поверхности, покрытая островками, составляет 0,25 и не зависит от начального покрытия рис. 1(Ь). Схематическая иллюстрация агломерации Ag показана на рис. 2. Недавно была опубликована работа посвященная исследованию взаимодействия атомарного водорода с ПФ серебра на поверхности 51(111) с помощью сканирующей туннельной микроскопии. Результаты непосредственного наблюдения формы островков при взаимодействии с атомарным водородом показали, что при этом отношение высоты островка к его диаметру остается постоянным. Размеры островков практически постоянны. Таким образом, результаты этой работы показывают, что все основные предположения заложенные в модель для расчета количественных характеристик пленок серебра при взаимодействии с атомарным водородом справедливы и модельные расчеты с использованием данных ЭОС дают верную картину явления. Принимая во внимание величину отношения высоты островка к его диаметру измеренную в этой работе мы получили величину краевого угла равную 30°.

Если взаимодействие атомарного водорода с ПФ Б1( 111)>/3х \Z3-Ag приводит к агломерации пленок серебра и изменению структуры поверхности, то есть:

БКПЦч/З х УЗ- АВЛ' 51(111)1 х 1 - Н(Аб). то отжиг ПФ 5|(111)1х 1—Н(Ай) приводит к десорбции водорода, распаду островков

Е- Ю

с О а=10

Л □ а=20

д а=30°

^^ - » а=40"

" „V .. Л й а=50"

!!

•А О Л-

о <5- ^ о

□ [I*

- ^о о

^ о "а«

• 1 о "" О

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

начальное заполнение (МС)

Рис. 1. Результаты решения уравнения для экспериментально полученных величин 1л3/1$, Для различных начальных покрытий Аб 0О и краевого угол а. (а) высота островков Ag Л; (Ь) общая область, покрытая островками Ag; (с) плотность островков Ag п

и формированию исходной ПФ металла с исходной структурой, то есть:

БЦШЦ х 1 - Н(А6) 111)л/3 х\/3-А5.

Таким образом, в системе Аё/Н/51(111) при комнатной температуре ПФ 51-Н является более устойчивой в то время как при более высоких температурах более устойчивой является ПФ Б!(111)\/Зхч/3-Аё. В результате процесс агломерации пленок серебра при взаимодействии с атомарным водородом обратим.

Взаимодействие атомарного водорода с ПФ А1 на поверхности 51(111), также как и для Ag, приводит к замещению связей кремний-металл связями водород-кремний, то есть к вытеснению металла. При этом происходит агломерация металлических пленок, формирование металлических островков и изменение структуры поверхности. Однако, поведение системы Н/А1 /Б(( 111) отличается от Н/Ае/Б1(111):

1. Скорость агломерации атомов А1 не зависит от давления водорода и определяется только временем взаимодействия. Это указывает на то, что лимитирующей стадией процесса агломерации пленок А1 при взаимодействии с атомарным водородом является подвижность атомов А1. Для пленок Ag скорость агломерации определяется экспозицией в атомарном водороде.

2. В результате взаимодействия с атомарным водородом, приводящего к агломерации пленок, и последующего отжига, приводящего к восстановлению исходной

- 10

(.) =0.3М1.

до адсорбции после адсорбции

Рис. 2. Схематическая иллюстрация агломерации однородного слоя Ag, вызванной взаимодействием с атомарным водородом для случая постоянного краевого угла для различных начальных покрытий Ag

структуры поверхности, общее количество атомов А1 на поверхности уменьшается. Были рассмотрены возможные причины такого поведения:

(a) формирование летучих соединений гидрида А1 (А!Н3, А^Нб),

(b) десорбция атомов алюминия в результате нагрева поверхности,

(c) реакция атомов А1 с не контролируемыми загрязнениями.

Определены параметры десорбции А1 с ПФ 51(111)\/Зх\/3-А1 (Еёе% = 3.8 ± 0.1 эВ и (¿^ = 1.9 ■ 10"16 с). Детальный анализ показал, что уменьшение заполнения поверхности связано с высокой химической активностью атомов алюминия, которые реагируют с неконтролируемыми загрязнениями на поверхности.

3. Процесс восстановления исходной структуры поверхности при термическом отжиге после взаимодействия с атомарным водородом отличается для А1 и Ag Для Ag распад островков и восстановление исходной структуры поверхности происходит одновременно с десорбцией водорода (см. рис. 3), то есть

51(111)1 х 1 - Н(Аб) $¡(111)4/3 х УЗ - Аё.

Для А1 сначала происходит десорбция водорода с образованием поверхности 5|(111)1 х 1—(А1), покрытой островками А1, а затем, при увеличении температуры, происходит распад островков и восстановление исходной структуры поверхности. То есть:

$¡(111)1 х 1 - Н(А1) $¡(111)1 х 1 - А1 5!(111)\/3 х ч/з - А1.

Si(lll)x/3*i/3-Ag

Si(lll)V3><V3-AJ

(a)

8ЦШ)1*1-Н(А1)

: s¡

Sl(lll)7x7

(C)

Si

... _H

.-- -Ag, Al ' -Si

(d>

(e)

' Si Si(lll)V3*V3-Al

БЦ111)7*7

' Si

Рис. 3. Схематическая иллюстрация агломерации однородного слоя А1 и Ag, вызванной взаимодействием с атомарным водородом, и последующего отжига при различных температурах

Таким образом результаты гидридизации поверхности кремния, покрытой ПФ Si-Al и Si—Ag, весьма сходны. При относительно невысоких температурах, более энергетически выгодной является ПФ Si-H. При повышении температуры ПФ Si—Н разрушается и энергетически выгодным становится образование ПФ Si-Me. Отличие в поведении систем H/AI/Si(lll) от H/Ag/Si(lll) связано с более высокой химической активностью атомов Al по сравнению с атомами Ag, их меньшей подвижностью на поверхности и меньшей скоростью десорбции.

В результате взаимодействия аммиака с поверхностью Si(lll)\/3x \/3-А1 происходит агломерация Al как и при взаимодействии с атомарным водородом. Это связано с диссоциацией молекул NH3 на этой поверхности с образованием атомарного водорода. Оценено, что для полной агломерации пленок Al достаточно 0,1 МС водорода на поверхности. В отличии от Al для ПФ Ag на поверхности Si(lll) никакого ее взаимодействия с аммиаком не обнаружено.

Глава 3

В третьей главе рассматривается формирование новых структур и сплавов при коад-сорбции атомов Al и Аи на поверхности Si(lll) и атомные процессы сопровождающие формирование межфазной границы Al/Au/Si(lll).

Известно, что Al на поверхности Si(lll) образует следующие поверхностные фазы v/Зх x/3-R30°, v/7xx/7-/?19.1° и "-,-фазу", в то время как Аи - 5x1 (5x2) и уДх\Д

P(V3*V3). 1.0

О Q. <D ТЗ

ф"

w

V,

tsî IN

5x2l x

7x7

зУЗхЗч/З

2x2

"y-phase"

5 0 -ffy-fi 1.0

0Д, as deposited (ML)

2.0

Рис. 4. Схематическая фазовая диаграмма системы (А1, Аи)/Б1(111) при 600°С. Заштрихованные области соответствуют сосуществованию соседних структур

и 6x6.

При коадсорбции А1 и Аи на поверхности 51(111) в диапазоне температур подложки 400-700°С происходит формирование упорядоченных двумерных сплавов. При этом происходит формирование трех новых ПФ:

1. 5|(111)"полосы" х2—(А1, Аи),

2. 5г(111)2х2—(А), Аи) и

3. 5|'(111)3\/3 х Зч/3-(А1, Аи).

Эти поверхностные фазы не наблюдаются в моноадсорбатных системах А1 /51( 111) и Аи/5г( 111). На рис. 4 приведена фазовая диаграмма системы (А1, Аи)/Б1(111) построенная в координатах "Покрытие А1 (0д|) - Покрытие (0ди)".

В широком диапазоне покрытий А1 и Аи происходит формирование упорядоченного Двумерного сплава переменного состава А^Аи с 0.5< г <2.0. Этот сплав имеет структуру Б1(111)2х2—(А1, Аи). Как следует из диаграммы ПФ 2х2-(А1, Аи) наблюдается если покрытие А1 ((-)д|) достигает примерно 1/2 покрытия Аи (Оди). Эта фаза существует на поверхности если Од| < 20ди после чего она замещается "-¡-фазой" А| На рис. 5 приведена зависимость нормированного пика Аи (/ди(43 эВ)) в зависимости от времени напыления А1. А1 напыляли на различные ПФ Аи с различным начальным заполнением Аи. Интенсивность /ди(43 эВ) падает до нуля при увеличении времени напыления А|, причем, чем больше начальное заполнение Аи, тем больше требуется напылить А1 до полного исчезновения пика Аи. Такое поведение связано с тем, что А1 вытесняет однородную пленку А1^Аи с поверхности, образуя "-.—фазу" и островки А1>Аи, которые занимают достаточно малую долю площади. Островки А12Аи дают малый вклад в интенсивность /(„(43 эВ), что связано с малой длиной свободного пробега электронов.

Таким образом, добавление избыточного А1 к ПФ 111 )2х2—(А1, Аи) имеющей стехиометрический состав А^Аи, приводит к распаду однородной пленки А^Аи на

1. островки, имеющие состав А12Аи, и

Al coverage (ML)

/л (43eV)

Рис. 5. Зависимость ^ (69e1^)+/д (68eV) ПРИ напылении Al на ПФ

Au/Si(lll) для трех начальных заполнений Аи. Температура подложки

С00°С

2. пленку AI, которая образует "-(-фазу".

Переход от ПФ 2х2-(А1, Аи) к "7-фазе"-А1 является обратимым. Термодесорбция AI из последней из них приводит к формированию ПФ 2х2-(А1, Аи) а затем, при дальнейшей десорбции AI, к появлению всех предыдущих структур в обратной последовательности.

Предположено, что ПФ 3\/3 х 3v/З—(AI, Аи) образована атомами AI имеющими решетку 3x3 на ниже лежащей ПФ Si(lll)v/3xv/3-Au.

Глава 4

В четвертой главе представлены результаты исследования взаимодействия алюминия с ПФ азота Si(lll)8x8-N. Показано, что при термическом отжиге AI вытесняет Si из химической связи Si-(\l приводя к образованию нитрида алюминия (AIN). То есть Si3N4 + AI —> Si + AIN.

Для детального исследования процессов, происходящих на поверхности, использовали ступенчатую процедуру напыления алюминия: на предварительно полученную ПФ Si(lll)8x8-N напыляли 1 МС алюминия, затем образец прогревали в течение 10 минут. Цикл напыление-отжиг повторяли до тех пор, пока происходили изменения в оже-спектрах и картинах ДМЭ.

Обнаружено, что химические и структурные превращения при взаимодействии алюминия с ПФ азота Si(lll)8x8-N определяются температурой прогрева образца после напыления алюминия. Исходя из полученных экспериментальных данных определено несколько диапазонов температур, в которых конечный результат реакции различен (см. Таблицу 1).

1. Предложен и реализован новый способ неразрушающего контроля толщин тонких пленок на поверхности кремния с помощью метода СХПЭЭ. Показано преимущество анализа методом СХПЭЭ перед традиционным методом ЭОС, которое состоит в том, что глубина выхода электронов попадающих в анализатор в случае использования метода ХПЭЭ может непрерывно изменяться.

Изучено влияние электронного пучка на состав поверхности. Определены условия, при которых электронный пучок вызывает химические реакции на поверхности и десорбцию с поверхности, т.е. является разрушающим.

2. Взаимодействие атомарного водорода с ПФ Ag на поверхности 51(111) приводит к замещению связей кремний-металл связями водород-кремний, то есть к образованию ПФ Б!—Н. При этом происходит агломерация металлических пленок и формирование металлических островков. Этот процесс сопровождается изменением структуры поверхности приводя к формированию ПФ 5!(111)1х 1—Н(А£).

Получены количественные характеристики процесса агломерации ПФ Ag на поверхности 51(111) при взаимодействии с атомарным водородом. Результаты анализа показывают, что при увеличении начального покрытия от 0,2 до 1,2 МС средняя высота островков увеличивается от 1 до 5 МС Ag. При этом доля поверхности, покрытая островками составляет 0,25 и не зависит от начального покрытия.

Процесс агломерации пленок серебра при взаимодействии с атомарным водородом обратим. Отжиг ПФ 51(111)1х 1—Н(А£) приводит к десорбции водорода, распаду островков и формированию исходной ПФ металла с исходной структурой.

Таким образом, в системе А5/Н/51(111) при относительно низкой температуре (< 500°С) ПФ Н является более устойчивой в то время как при более высоких температурах более устойчивой является ПФ 51(111)ч/Зх\/5^^.

3 Взаимодействие атомарного водорода с ПФ А1 на поверхности 51(111), также как и-для А&, приводит к замещению связей кремний-металл связями водород-кремний, то есть к формированию ПФ Н. При-этом происходит агломерация атомов А1, формирование металлических островков и изменение структуры поверхности. Однако, поведение системы Н/А1/51(111) отличается от Н/Ае/51(111):

(a) Скорость агломерации атомов А1 не зависит от давления водорода и определяется только временем взаи модействия. Это указывает на то, что лимитирующей стадией процесса агломерации пленок А1 при взаимодействии с атомарным водородом является подвижность атомов А1. Для пленок Ag скорость агломерации определяется экспозицией в атомарном водороде.

(b) В результате взаимодействия с атомарным водородом, приводящим к агломерации пленок, и последующего отжига, приводящим к восстановлению исходной структуры поверхности, общее количество атомов А1 на поверхности уменьшается. Детальный анализ показал, что это связано с высокой

химической активностью атомов алюминия, которые реагируют с неконтролируемыми загрязнениями на поверхности.

(с) Процесс восстановления исходной структуры поверхности при термическом отжиге после взаимодействия с атомарным водородом отличается для А1 и Ag. Для Ag распад островков и восстановление исходной структуры поверхности происходит одновременно с десорбцией водорода, то есть:

51(111)1 х 1 - Н(Ае) 5К111)ч/3 х >/3-А8.

Для А1 сначала происходит десорбция водорода с образованием поверхности Б1(111)1х 1—(А1), покрытой островками А1, а затем, при увеличении температуры, происходит распад островков и восстановление исходной структуры поверхности. То есть:

51(111)1 х 1 - Н(А1) 51(111)1 х1-А!7-^ 51(111)^ х ч/З - А1.

Таким образом в целом поведение систем Н/А1/51(111) и Н/А2/5|(111) весьма сходно. При температурах < 500°С ПФ 51—Н является более устойчивой, в то время как при более высоких температурах более устойчивой является ПФ 51(111)-Ме. Отличие поведения системы Н/А1/51(111) от H/Ag/Si(lll) связано с более высокой химической активностью атомов А1 по сравнению с атомами Ag, их меньшей подвижностью на поверхности и меньшей скоростью десорбции.

4. В результате взаимодействия аммиака с поверхностью 51(111)\УЗх л/3—А1 происходит агломерация А1, как и при взаимодействии с атомарным водородом. Это связано с диссоциацией молекул NN3 на этой поверхности с образованием атомарного водорода. Оценено, что для полной агломерации пленок А1 достаточно 0,1 МС водорода на поверхности. В отличии от А1 для ПФ Ag на поверхности 51(111) никакого взаимодействия с аммиаком не обнаружено.

5. При коадсорбции А1 и Аи на поверхности 51(111) в диапазоне температур подложки 400-700°С происходит формирование упорядоченного двумерных сплавов, которые имеют структуру отличную от структур наблюдаемых в моноад-сорбатных системах А1/Б|(Х11) и Аи/Б|( 111). Построена диаграмма ПФ существующих в системе (А1, Аи)/Б1( 111) в осях "Покрытие А1"-"Покрытие Аи". Обнаружены три новые ПФ в системе (А1, Аи)/51(111)

(a) 51(111)"полосы" х2-(А1, Аи),

(b) Б1( 111)2х2—(А1, Аи) и

(c) 51(111)3^3 х Зч/3-(А1, Аи).

Эти поверхностные фазы не наблюдаются в моноадсорбатных системах как А1/51(111) так и Аи/51(111).

В широком диапазоне покрытий А1 и Аи происходит формирование упорядоченного двумерного сплава переменного состава А1хАи с 0.5< .г <2.0. Этот сплав

имеет структуру Si(lll)2x2-(AI, Au). Доказано, что добавление избыточного AI к ПФ Si(lll)2x2-(AI, Au) имеющей стехиометрический состав AI2Au, приводит к распаду однородной пленки AI2Au на

(a) островки, имеющие состав AI2Au, и

(b) пленку AI, которая образует фазу".

6. Химические и структурные превращения при взаимодействии алюминия с ПФ азота Si(lll)8x8-N удобнее всего описывать в связи с экспериментально определенными диапазонами температур, в которых конечный результат реакции различен:

(a) После напыления AI при комнатной температуре не наблюдается никакого химического взаимодействия между AI и Si(lll)8x8-M. Об этом свидетельствует отсутствие химического сдвига оже-пика AI LVV (68 эВ).

(b) При отжиге тонкой пленки алюминия (^ 1 МС) на ПФ Si(lll)8x8-N при температурах менее 700°С алюминий вытесняет кремний из связи кремний-азот (уменьшается амплитуда оже-пика Si LVV 84 эВ), в результате чего формируется неупорядоченная пленка нитрида алюминия. Об этом свидетельствует появление в оже-спектре пика AI LVV 59 эВ, который характеризует химическую связь AI-N, и неупорядоченная картина ДМЭ.

(c) При отжиге тонкой пленки алюминия (zx 1 МС) на ПФ Si(lll)8x8-N при температурах 700-800°С алюминий вытесняет кремний из связи SiN и образует двумерный нитрид алюминия. По мере повторения циклов напыление-отжиг толщина слоя нитрида алюминия увеличивается (интенсивность пика AI LVV 59 эВ возрастает), а толщина слоя нитрида кремния уменьшается (интенсивность пика Si LVV 84 эВ падает). С увеличением содержания в пленке нитрида алюминия поверхностная структура Si(lll)8x8-N замещается поверхностной структурой Si(111)7х7—AIN, которая соответствует сжатой на 4% плоскости (0001) объемного нитрида алюминия.

(d) При проведении циклов напыление-отжиг (при температурах выше 800°С) экспериментальные данные показывают, что алюминий вытесняет кремний из связи кремний-азот и образует нитрид алюминия, который десорбиру-ется с поверхности кремния. Таким образом, подобная процедура может служить способом низкотемпературной очистки поверхности кремния от нитрида кремния.

7. Исследован механизм формирования слоев нитрида кремния при термической (850-1100°С) нитридизации поверхности кремния (111) в атмосфере аммиака. Поверхностная фаза Si( 111)8х8—N растет в островках, толщина которых приблизительно равна 5.5 А. После завершения формирования поверхностной фазы Si(lll)8x8-N начинается послойный рост объемного нитрида кремния.

8. Исследована нитридизация поверхности Si(110) аммиаком (NH3) в интервале температур 560-1050°С при давлении аммиака (10"®-10-® Тор.). Показано, что

взаимодействие происходит в 2 стадии: начальная, быстрая стадия до 500 L экспозиции, и вторая, более медленная, достигающая насыщения при больших значениях экспозиции. Механизм роста нитрида кремния при термической нитридизации Si(110) в атмосфере аммиака определяется температурой процесса. При высоких температурах нитрид кремния растет в виде трехмерных островков, а после заполнения ими поверхности механизм роста меняется на послойный. При низких температурах нитридизация практически с самого начала происходит как послойный процесс во всем диапазоне экспозиций. В результате реакции исходная структура поверхности Si(110) постепенно превращается в структуру нитрида кремния с гексагональной симметрией и вектором элементарной ячейки, равным 2.85 Д.

9. Изучена кинетика нитридизации поверхности Si(100) в чистом аммиаке под воздействием электронного облучения с энергией 2.5 КэВ в условиях СВВ и КТ. Показано, что электронное облучение стимулирует химическую реакцию образования нитрида кремния, протекающую на поверхности кремния при взаимодействии с NH3. Установлено, что скорость роста нитридной пленки пропорциональна потоку электронов и увеличивается с ростом Давления аммиака в исследованном диапазоне давлений. Данные оже-анализа позволяют считать полученные пленки нитридом кремния стехиометрического состава SÏ3N4, а их качество - близким к пленкам нитрида кремния, полученным прямой термической нитридизацией. Показано, что диссоциация аммиака происходит на поверхности образца, и скорость образования нитрида кремния пропорциональна заполнению поверхности молекулами аммиака. Определена скорость электронно - стимулированной нитридизации. Столкновение одного электрона с поверхностью приводит к образованию и 4-10"^ связей Si—N.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

[1] Lifshits V. G., Sarani n A. A., Zotov A. V. Surface Phases on Silicon. — Chichester: John Wiley & Sons, 1994,- 454 p.

[2] Лифшиц В.Г., Саранин А.А. Электронно-стимулированная адсорбция молекул СО на поверхности Si(lll)7x7. // Украинский физический журнал. - 1982.27,- N 8 - С. 1213-1216.

[3] Lifshits V.G., Saranin A.A. Electron irradiation effect on the surface composition of Ar+ ion bombarded Si-nitride and Si-oxinitride. // Solid State Communications. -1984,- 50,- N 10 - P. 925-928.

[4] Лифшиц В.Г., Котляр В.Г., Саранин А.А. Формирование пленок нитрида кремния при имплантации ионов азота в Si(lll) по данным ЭОС и спектроскопии ХПЭ. // Поверхность. - 1984,- N 12 - С. 76-84.

[5] Лифшиц В Г.. Саранин А А., Храмцова Е.А. Исследование адсорбции заки си азота и кислорода на поверхности Si( 100)—2х 1 методами ЭОС и СХПЭЭ // Поверхность - 1987,- N 8,- С. 33-38.

[6] Лифшиц В.Г., Котляр В.Г., Саранин А.А., Храмцова Е.А. Поведение тонких слоев Si на Si^Ni при термическом отжиге. // Поверхность. - 1990,- N 9,-С. 150-152.

[7] Саранин А.А., Лифшиц В.Г. Изучение тонких окислов кремния методом электронной оже-спектроскопии и спектроскопии характеристических потерь энергии электронов. // Поверхность. - 1986,- N 2,- С. 48-56.

[8] Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Храмцова Е А. Формирование поверхностной структуры Si(lll)8x8-IM при взаимодействии Si(lll)7x7 с аммиаком. // Письма в ЖТФ. - 1990,- 16,- N 24 - С. 51-54.

[9] Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Храмцова Е.А. Химические и структурные превращения в системе AI/Si(lll)-(8x8)N. // Письма в ЖТФ. - 1991,- 17,- N 22,-С. 45-50.

[10] Тарасова О.Л., Котляр В.Г., Саранин А.А., Храмцова Е.А., Лифшиц В.Г. Электронно - стимулированная нитридизация Si(100) в атмосфере аммиака. // ЖТФ.

- 1993,- 63,- N 11,- С. 154-163.

[11] Khramtsova Е.А., Saranin A.A., Lifshits V.G. Formation of the Si(lll)8x8-N structure by reaction of NH3 with a Si(lll) surface. // Surface Science. - 1993 -280,- N 1/2 - P. L259-L262.

[12] Lifshits V.G., Saranin A.A., Khramtsova E.A. Formation of the Si(lll)-(8x8)-N surface structure by the interaction of the Si(lll)-(7x7) with ammonia. // Sov. Tech. Phys. Lett. - 1990,- 16,- N 12,- P. 945-946.

[13] Saranin A.A., Khramtsova E.A., Lifshits V.G. Effect of NH3 adsorption on the atomic structure of Si(lll)\/3x v/3-AI and Si(lll)\/3x \/3-Ag surfaces. // Surface Science.

- 1993,- 296,- N 2,- P. L21-L27.

[14] Khramtsova E.A., Saranin A.A., Lifshits V.G. Chemical and structural transformations in the Al/Si(lll)8x8-N system. // Surface Science. - 1993,- 295,- N 3,- P. 319324.

[15] Saranin A.A., Khramtsova E.A., Lifshits V.G. Agglomeration of submonolayer Ag films on Si(lll) induced by the interaction with atomic hydrogen. // Surface Science. -1993 - 297 - P. 353-358.

[16] Saranin A.A., Khramtsova E.A., Lifshits V.G. Interaction of atomic hidrogen with Si(lll)\/3x \/3-Ag and Si(lll)v/3x i/3-AI surfaces: LEED and AES results. // Physics of Low-Dimensional Structures. - 1994,- 6,- P. 55-68.

[17] Saranin A.A., Khramtsova E.A., Lifshits V.G. Interaction of the atomic hydrogen with Si(lll)v/3xv/3-AI surface: LEED and AES results. // Surface Science. - 1994 -302,- N 1/2,- P. 57-63.

[18] Tarasova O.L., Kotlyar V.G., Saranin A A., KHramtsova E.A., Lifshits V.G. Electron-stimulated nitridation of Si(100) in pure ammonia. // Surface Science. - 1994310,- N 1/3 - P. 209-216.

[19] Zotov A.V., Khramtsova E.A., Ryzhkov S.V., Saranin A.A., Chub А.В., Lifshits V.G. LEED-AES reexamination of the Al/Si(lll) "-¡-phase". // Surface Science. -1994.316,- N 1/2 - P. L1034-L1038.

[20] Khramtsova E.A., Zotov A.V., Saranin A.A., Ryzhkov S.V., Chub А.В., Lifshits V.G. Growth of extra-thin ordered aluminum films on Si(lll) surface. // Applied Surface Science. - 1994,- 82/83,- N 1/4,- P. 576-582.

[21] Saranin A.A., Tarasova O.L., Kotljar V.G., Khramtsova E.A., Lifshits V.G. Thermal nitridation of the Si(110) by IMH3: LEED and AES study. // Surface Science. -1995,- 331/333,- N 1- P. 458-463.

[22] Khramtsova E.A., Saranin A.A., Chub А.В., Lifshits V.G. Al and Au binary surface phases on the Si(lll) surface. // Surface Science. - 1995- 331/333,- N 1-P. 594-599.

[23] Саранин А.А., Тарасова О.Л., Котляр В.Г., Храмцова Е.А., Лифшиц В.Г. Термическая нитридизация Si(110) в атмосфере аммиака. // Письма в ЖТФ. -1995,- 21,- N 4,- С. 11-20.

[24] Лифшиц В.Г., Саранин А.А., Сашина Е.А. Способ измерения толщины тонких пленок на подложках. // А.С. N 1245042, 31 июля 1984.