Формирование фазового состава, структуры и свойств тонких пленок силицидов переходных металлов на кремнии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГ6 од

• ' и ¡\ 1 и^З

АКАДЕМ Ш НАУК УКРА1НИ IНСТИТУТ МЕТАЛ0Ф13ШШ

на правах рукопису МАКОГОН ЮРШ МИКОЛАбВИЧ

УДК - 539.216.2:621.793.536.425

ФОРМУВАННЯ ФАЗОВОГО СКЛАДУ, СТРУКТУРИ ТА ВЛАСТКВОСТЕИ ТОНКИХ ПЛ1В0К СИЖВДЦГВ ПЕРЕХ1ДНИХ МЕТАЛ1В НА КРЕМНИ

Спец!альи!сть 01.04.07 - Ф1зика твердого тиа

АВТОРЕФЕРАТ

дисертац! I на здобуття наукового ступзня доктора техШчних наук

Китв - 1993

Робота виконана в КиТвському пол1техн!чному 1нститут1 М1н1стерства 0св1ти УкраТни

Науковий консультант: доктор фIзико-математичних наук,

професор СЛ. Сидоренко

0ф1ц!йн! опоненти: Заслужений д1яч науки 1 техн1ки Укра1ни, доктор ф!зико-математичних наук, професор Л.С. Палатник член-кореспондент АТН УкраТни доктор техн1чних наук, М.1. Гречанюк доктор ф!зико-математичних наук, професор И.О. Васильев

Пров!дна орган!зац!я - 1нститут проблем матер!алознавства АН УкраТни

Захист в! дЗудеться "2.0" 1993р. о 14.00

на зас[давн! сгоц!ал1зованот ради Д 016.37.01 при 1нститут! металоф1зики АН УкраТни, (м.Китв, пр.Вернадського, 36, у конференц- зал! 1нституту металоф1зики АН УкраТни).

В1дгуки на автореферат у двох прим1рниках, що зав1рен! печаткою установи, просимо надсилати за адресою: 252680, ГСП, м.Ки1в, пр.Вернадського, 36, 1нститут металоф!зики АН УкраТни.

3 дисертаЩею можна ознайомитись в <31бл!отеЩ I нституту металоф!зики АН УкраТни.

Автореферат роз 1 слано 1993 р.

Вчений секретар сп8Ц1ал!зовано1 ради Д 016.37.01 кандидат Ф1 зико-математичних наук

Е.Г.Мадатова

1.3агалька характеристика робота

1.1 Ахтуальн1сть проблема. Прогрес у багатьох ключових гадузях знань, таких як обчислгаальна техн!ка, приладобудування, елекгрон!ка, в значв1й м1р! визначаеться використанням матер!ал1.в з новим комплексом властивостей. Серед них - тонк! гхл1вки сил!од-д!в шрех1даих метал!в, технологIя одержання яких розвиваеться у. зв'язку з завданнями далыпо! мШ1атюризац11 влэкгроннихприсхроIв, п 1 дещэнням стугоня 1 нтеграц! I м1кросхем, IX над!йност1, а такс» створенням нових прилад1в з покрашеними техн! ко-економ! чними. параметрами.

Сил1циди характеризуються пор1вняно низькими температурами тверцот!льних реакц1й утворзння, широким комплексом електроф 1 зичних властивостей в1д нап! впров! дникових до- металевих.

СшПвдци шрех!дних метал!в можна об'еднати у ■ дв! групи. В перила груп! електрооп!р сил!цвд1в зростае з! зб1лыпенням вм1сту кремн!я. Це викликано там, що алектричн! властивост1 визначаються ковалентним характером сил зв'язку. Високоомн! сюПциди хрому е базовим матер (алом для виготовлвння резистор 1в.

Друга група сил!цид1в шрех1дних метал!в- цэ силГциди, у яких з! збIлыпенням вмIсту кремн!ю влектрооп!р падав та спостер1гаеться метал1чниа характер електропров!даост1. В обох групах Шкавими е у першу чергу дисилЩвди, як к!ндав! продукта твердот1льних реакц!й "метал - кремн!й".

Дисил!циди тугоплавких метал!в у пор1внянн1 з тими пл!вками тугоплавких метал!в, ¡до традиц1йно використовуються та пол!кристал1чним кремп! ем, мають рад дареваг.як у плапГ комплзксу елекгроф!зичних властивостей, 1х часовог та температурно! стаб!льност!, стIйкост 1 до дп х1м!чно активних середовищ, так ! в аспект! сум!сност1 з загальаою технолог!сю виготовлэння- црилад(в, можлив!спо п!двищення ступеня I нтеграц! I м!кросхем. Гетероеп!такс!я сил!цвда на кремн! г та кремн!я на сил!цвд! в!даривае шрспективи трьохм!рнот 1 нтеграц! 1.

Основн! галуз! використання сил1цвд!в у м!кроелектрон!ц! -д!оди Шоттки, зони р-п переход!в, р!зн! элемента транзистор!в, невипрямляюч 1 омIчн 1 контакта, низькоомн! л!н!Т комун!кац!1 в !нтегральних схемах, резиставн! елементи з широким д!апазоном значень питомого електроопору I т.п. Висок! значения термоерс.

характеры! для деяких сил1цвд!в робить IX горсдактивними при використанн! як термоэлемент! в в датчиках 1нфрачервоного випром!нювзння, термогенераторах.

Фундаментален 1 доел I давняя, за допомогою яких вир!шуктгься завдання використання шпвок сил!одц1в, ор!ентовав1 на створенвя технологи одержання пл1вок з необх!днши електроф 1 зичними властивостями та експлуатац1йними характеристиками.

Спочатку з'ясовуються залежност! М1ж параметрами виготовлення та ф!зичними властивостями гшвкових структур, що одержан 1, у ди умовах. Знания цих законом1рностей, необх!дних для в!дтворюваного виготовлення пл1вкових елемэнт 1 в м1кроприлад!в з охггимальними властивостями, е найважливШою умовою використання- сил!цидно1 технолог!I.

Використання сшпцвдних пл!вок визначаеться стаб!льн!стю 1х елекгроф!зичних та експдуатац!йних характеристик тому, що близько 75% технолог! чних операц1й по виготовленню м!кроприлада зд!йснюеться Шсля того, як сил!цидна пл1вка вже сформована.

Нов 1 технолог!чн! проблеми, як! виникають у зв'язку з подальшою м!н!апоризац1ею прилад!в, пов'язан1 з електродофуз!ею та дифуз!ею елементного складу шивнових структур внасл1док нагр!вання п!д д!ею зростання густини струму через контакта! шющини до ГО7 А/см2. Оптим(зац!я електроф!зичних та механ(чних властивостей силЩвдних пл!вкових структур можлива на шляхах використання багатошаровог метал!зацИ, легування складу сил1цидаих пл1вок, використання !мпульсних метод!в терм!чно1 обробки.

Незважаючи на зростаичв в останн! роки число наукових публ!кац!й, що присвячен! досл!даенвю тонкошПвкових сил!цвд!в, та використання 1х у виробах м1кровлектрон1ки, загальн1 законом!рност1 процес!в формування структури, фазового складу та властивостей неможливо вважати такими, со установлен! в повн!й м!р!. Техн1чн! р!шення шэ в багатьох випадках випередаають розум1ння ф!зичних процес1в, що забозпечують одержання необх!дного комплексу ексвдуатац!йних харктеристик шПвкових робочих елемент!в.

Складност! в установленн! законом 1рностей твердофазних реакц!й сил 1цидоутаорення в основному пов'язан! з важкоконтрольованим впливом на ц! процеси р!зного роду дом!шок.

Сьогодн1 у зв'язку з дальшим розвитком м1кром1н1атюризац1I прш1ад1в, ступеня 1нтеграц!Т м!кросхем визначаеться тендвнЩя до використання матер!ал!в з меньшим вм 1 стом дом!пюк. Нанометров 1 розм!ри вшагакггь в1д технологи ще б!лып високо1 чистота матер!ал!в,що використовукггься, досконалост! кристал!в. однор!дност! пл!вок. Проте. висока чистота не завжди може ззбезпечувати високу як!сть, тому що не вс! домижи екв!валентн1 по тому впливу, який вони справлять на властивост! матер!ал!в,

Актуальним стае вивчення законом!рностей процес!в сил!цвдоутворення у тонких шпвках сил1цид1в, що одержан 1 в умоваг в 1 тчизняного виробниитва р!зними технолог!чними засобами внасл1док чого макггь р!зний ступ!нь чистота, фазовии склад, структуру та властивост1. Це дозволить, враховуючи функцюнальн! особливост! пл1вкового елементу, контролювати або обмежити негативний вплив загрязняючих дом1шок в-шпвц! на електроф!зичн! та експлуатац!йн! параметри м!кроприладу, м!кросхеми.

Необх1дн!сть промислового освоения нових сил!вдцних технолог1й, завдання Шдвищення контрольованностI процес!в формування структури та властивостей сил1цидних пл!вок обумовлюють важлив!сть та актуальнI сть фундаментальна досл!даень тонких пл1вок СИЛ1ЦВД1В перех!дних метал!в як матер! алознавчих основ нових технолог!й.

Досл!дження по тем! дисертацп виконувались в Китському пал!техн!чному !нстигут! з проблеми 1.3.3.3. "Реальна структура та ф!зичн1 властивост1 кристал!в" в рамках тем, що включен! в ресцубл!канський план найважлив!ших НДР на п1дстав!:

1.Розпорядження Ради М1н!стр1в УРСР & 199-р в!д 27.04.1975;

2.Розпорядаення Рада М!н1стр1в УРСР № 287-р в!д 15.05.1979;

3.Постанови Президп АН УРСР Л 251 в!д 20.07.1981;

4.Постанови Презвд! Т АН УРСР Ji 535 в!д 25.II.1983;

5.Наказу М!носв!ти Укра1ни J£ 78 в!д 21.03.1991;

в рамках ц!льово1 программ 7.1. "Нов! матер!али" зг!дно з постановок) Л 12 в!д 04.05.1992 Ком!тету з науково-техн!чного прогресу при каб!нет! М!н!стр!в Украгни, а також при виконанн! госдцогов!рних роб!т з п!дприемствами НЦ1 "Пульсар", ВО "ТОР" м.Москва, НД1 "Ор!он", НВО "М1кропроцесор" м.Ки!в, ВО "Родон" м.1вано-Франк!вськ, ВО "Гамма" м.Запор!жжя.

1.2 Мета та завдання досл1дження

Мета робота полягала в установленн! законом [рностей процес !в формування фазового складу, кристал1чно! струкгури та пов'язаною з цим зм!ною властивостей при твердот!льних реакц!ях в системах "шПвка пврех!дного металу-кремн 10", а також при кристал1зац11 аморфних скл!цидних шивок на кремни, одержаних в умовах промислового виробництва.

Для досягнення поставленно! мети необх[дно було вир 1 шита наступи! завдання:

1.Визначити фактори, як1 впливаюггь на розвиток процес!в сил!цидоутворення в системах "метал-кремн!й".

0ц1ниги роль кожного фактора в формуваян! кристал!чно1 струкгури сил1цидаих пл1вок.

2.Установити взаемозв'язок фазового, х!м1чного складу та структури сия!цидних плШок з 1х електроф!зичними властивостями, зокрема, електроодаром, т.к.о., термоерс, ексщуатац1йними характеристиками, з р!внем механ1чних напрут, ст!йк!стю до 6Ю-та електрох1м!чно1 корози, а також з вольт- амдарними характеристиками д1од!в на баз1 сшПцвдних пл!вок.

3.Визначига умови в!дгворюваного одериашзя шивок сил!цид1в перех!дних метал!в на кремни з покрав^зними елвктрофIзичними властивостями, п! двшценою температурно-часовою стаб!льн!стю експлуатац!йних характеристик дяя використання 1х як робочих елеменПв НВ1С, а також м!кроприлад!в р1зного функц1 опального призначення з б!льш високим ступеней !нтеграц!1, виготовлених к-МОН, п-МОН, р-МОН, б1полярн!й технолог!ями.

1.3 Доств1рн1сть результатов

Для вир!шення завдань, поставленних при виконанн! . дано.1 робота, вимагалось в!дпов!дне апаратурно - методичне забезпечення. Достов!рн!сть держаних ексгориментальних результат/в досл!даення забезпечувалась використанням сучасних метод1в ф!зико-х!м!чного анал!зу - рентгеноструктурного, електронно! м Г кроскоп! г та електронограф I т, резистометричного, опгичного, метод!в феромагштного резонансу, ядерно! гамма- резонансно!

спектроскоп!!, локально! Оже - электронноI спектроскоп!Г та вторинно IohhoI мас-спектрометрп. Результата над!йно в!дгворювались, чому сприяв контроль умов

осадкення ! терм!чно! обробки об'ект!в досл!дження, неодноразов! повтори експерименПв та вимфювань.

1.4 Наукова новизна робота

Формування фазового складу, структури та властивостей сил!цидних шар!в в тонких пл!вках (товщиною до "600 нм) перех!дних метал!в на кремнП в!дбувзеться при твердот!льних реакц!ях дифуз!йного фазоутворення (метал-кремн!й Шдкладки). В аморфних силЩидних шПвках, одержаних сшвосадаенням металу та кремн!ю, утворення кристал!чного стану визначаеться двома терм!чно активованими процесами : I- кристал1зац1ею, 2- дифуз!ею в пл!вку кремн!я п!дкладки. Фактори, як! визначають розвиток процес!в силщидоутворення в пл!вках, що одержан! в умовах "промислового вакууму"(1041а) наступи1 : х!м!чний слад вих1дного матер1алу, що випаровуеться, умови осадження та умови терм!чног обробки пл!вки, структурно-фазовий стан п!дкладки, дом!шки.

В системах "пл!вка металу - кремн!й" роль структурно-фазового стану кремн!я проявляеться в тому, що швидк!сть зростання силЩидних шар1в залежить в!д ор!ентац!1 монокристал!чного кремн!я, з р!зною швидкютю утворюються силщиди на пол!кристал!чному та аморфному кремнП.

Пропрей силщидоутворення залежать також в1д вм!сту дом!ппсових атомгв (0.C.N ! т.п.) як в осаджен!й шпвц! металу, так ! в кремн!ев!й шдкладц!. Установлено, що, в залежност1 в1д концентрацП дом!шок (в основному це О,С, вм1ст яких можо досягати 10 ат%), посл!довн!сть формування фаз та фазовий склад сил!цидних пл!вок можуть суттсво в!др!знятися в!д передЗачуваних д!аграмами фазовог р!вноваги для в!дпов!дних масивних матер!ал!в. Дом!шки <0,С) змШюють область 1снування пром!кних силЩидних фаз, не зм!нюючи тип реакц!I, зменшують II швидк!сть, можуть блокувати реакц!ю на стадп формування пром!иного силщвду (MogSi, Но5 Sl3 , Pt2Si,TlSi2C49 I т.п.). В систем1 "пл!вка титану-кремн1й" процесам силщидоутворення передуе виникнення метастаб!льного твердого розчину дом!шок - кисню, вуглеию, азоту [ т.п. в титан!, що

обумовлюс практично однакову шввдк!сть формування дисил!циду титану на кремн1евих Шдкладках р!зного типу {енерг!я активацн утворення Т1312С54 ~ 1.9 еВ).

Шд час зростання сшпцидного шару мае м1сце направлена дифуз!я дом!шкових атом!в, як! !снують в шивц! металу, до II поверхневих шар1в. Шдвщена концентрац!я дом!шок в цих шарах, оксида, карб!ди метал!в, як1 при цьому утворюються, галъмукггь подальший розвиток процес1в сил!цвдоутворення, але 1 стаклъ бар*ерами для взаемно1 дифузп кремн!я та металу наступного шару метал! зацП (Аи або А1). Як було показано на приклад! дюда Шоттки на основ! Мо512, збереження цих шар1в при виготовленн! д!од1в покращуе температурно-часову стаб!льн!сть експлуатаЩйних параметр1в.

Використання лазерного опром1нення з енерпею 8-90 Дж/см^ в режим! в!льно1 генерац!I дозволяе зформувати в системах "пл!вка металу-кремнIг" силЩидн! шари кристал1зац!ею з р!дко! фази.

Установлений вплив кисню на фазовий склад та електроф!зичн! властивост! пл!вок сил1цид!в зал!за та розроблен1 режими одергкання однофазних ил I во к високотемпературног «-фази ?еЭ12 3 з великш значениям коеф!ц!снта термоерс (~240мкВ/К).

Утворенню кристал!чного стану в аморфних сил!цидних пл!вках перешкодаае окислювальна залишкова атмосфера вакуумного в1дпалу. ДомИпков! атоми кисню, оксида! сполуки компонент х!м!чного складу пл1вки, блокують процес кристал!зац!I пл!вок складу Мо312 , ЙВ12 , Т1312 на стадИ формування пром!жно! метастаб!льно! модаф!кацп в!дпов !дао Мо312С40, №312С40, Т1512С49.

Використовуючи в1дпал пл!вок у серсдовищ! водаю, [мпульсн! метода терм1чно! обробки, можна одержати з аморфних пл1вок однор!дщ! кристал!чн! структури стаб!льних дисил!цвд!в МоБ12 С11в, «312С11в, Т1Б12С54 з низьким р!внем механ!чних напрут <10-70МПа> ! значениями електроопору в 1нтервал! 15-120 мкОм'см.

Установлено, що к!нетика процеса кристал!зац!I аморфних сил!цидних пл!вок залежить в!д ор!ентац!1 монокристал!чно1 кремн!сво1 шдкладки. Дифуз!я кремн!я п!дкладки п!д . час кристал!зац! I викликае формування силщидних фаз з вм1стом кремн!я б1льшим н!ж в осадаен!й пл!вц!. Цей ефекг найб!льше проявлясться на кремн!евих Шдкладках таких ор!ентац!й, на яких сшпцвдн! фази мають менший розм!р зерна, що св!дчить про велику роль

зернограничноI дифуз11.

Показано, що при кристал1зац| I шивок сил!цвд!в перех!дних метал1в в!дЗувасться направлена дифуз!я дом!шкових атом!в (О,С I т.п.) до повергнI пл!вки та до меж1 розпод!лу з кремн!евою п!дкладкою. Ефект герерозпод!лу для р!зних дом I шок в одн!й систем 1 "метал-кремн!й" проявляеться не в однаков!й м1р1. Б!лыпий масоперенос характерний для атом!в кисню. При кристал!зацп аморфних СИЛ1ЦИДНИХ пл1вок в умовах I мпульсного нагр!вання некогерэнтним св!тловим випром1нешям перерозпод!л дом!шкових атом 1 в в шПвках в!дбуваеться з аномально великою швидк1стю, яка зростае на чотири порядки (ефективний коеф!ц!ент дефузП дом Шок досягас значення "ИГ^см'Ус), пор1вншчи з швидк! стю, що характерна для процвс!в дифуз! I при традиц1йн!й терм!чн!й обробц!.

Показано, що атоми кисню в б!льш!й м!рI н!ж вуглещ) вшшвають на електроошр сил1цидног пл!вки, на р!вень механ1чних напрут.

Установлено, що при перевщенн! оптималъних температур в!дпал!в тонкопл!вковоI композит Г Р1;/Ш./51, на меж! розпод!лу силЩидних структур утворюються сегрегацИ атом!в вуглецю. Це супроводауеться пог!ршенням електроф!зичних параметр!в д!од!в на основ! складного смл!цвду Р^!^^! - зменшенням напруги пробою, шдвшценням струм 1 в виггоку.

Показано, що ефективним бар'ером для електро дифуз! I золота та кремн!я (при густинах струму до 104А/см2) в системах Аи/ШУИ/Б!, Аи/И/Я/Б! е сил!циди н!келя, що формуються в процес! експлуатацИ м!кроприладу. Установлено,- що шввдк!сть електрох!м!чног та бюкороз!! залежить в!д структурного стану пл!вок. По ст!йкост! до м!кокороз!1 сил!цвдн! пл!вки можна розтащувати у порядку зменшення: МоБ^, Т1512,Сг512.

1.5 Практична ц1нн!сть робота

Визначення та оц!нка фактор!в, як! вшшвають на розвиток твердот!льних реакц!й метал-кремн!й, дозволили установил* законом 1рност! формування структурно-фазових стан!в у гоивках сил!цид!в перехIдаих метал!в.

Це е основою для розробки режим 1 в одержання тонкоплШкових силЩидних структур з покращеними електроф!зичними властивостями та стаб!льними експлуатац1йними характеристиками, що

використовуються як робоч1 (активн! чи пасивн1) елементи р!зних даскретних м!кроприлад!в, iнтегральних схем м!кропроцесор1в з п 1 дввденвим ступенем 1нтвграцп, виготовлених з використанням К-МОН, n-МОН, р-МОН, 61 полярно! технолог 1й.

Результата робота використан! та впровадаен!: на п!дприемств! НД1 "Пульсар" - при розробц! технологи одержання ом!чних контакив, елеменПв з'еднаннь та д!од!в Шоттки з висотою бар*еру 0.8 -0.83 еВ для нап!впров1дникових прилад!в р!зного типу ; на п!дприемств! ВО "Гамма" - при розробц! базово] технологи формування д1од1в Шоттки на ochobI сшИциду платини, дисшпвдцу мол1бдену з метою розширення д!апазону температур ексвдуатац!I та п1 двицення стаб!льност1 транзисторно-лог I чних 1нтегральних схем (а. с. J6 4793452/25(021962); на п!дприемств1 ВО "ТОР" - при розробцГ оптимальних технолог! чних решим 1 в одержання стаб!льних елекгроф1зичних характеристик кристал!в д! одних матриць; на пГдприемствах НД1 "Пульсар", ЦДГ "Ор1он" - при розробках технолог!! одержання багатошарових контакт!в потужних НВЧ-д1од!в, як1 працюють в д!апазонах частот 10-400 ГГц (а.с. J£ 4741 776 25 <111 488)) ; на п!дприемств1 ВО "Родон" - при розробц! алюм1н!ево1 метал!зацП НВ1С (а.с. № 4793453/25 (021570)). Економ1чний ефект за пер 1 од з 1984 по 1990 роки становить б!лыпе 8 млн. крб.. Часткова участь автора - 1.6 млн. крб..

1.6 Осковн! результата робота

На об'ектах, одержаних в умовах промислового виробницгва, установлен! законом1рност1 процес!в формування фазового складу, струкгури та властивостей пл!вок сил1цвд1в перех!даих метал!в.

Визначення та оц!нка фактор!в, як! впливають на • розвиток твердот!льних реакц!й метал-кремн!й, виявлення ефекту масопереносу дом Iшкових атом!в з аномально великою швидк!стю в умовах 1мпульсного фотонного в I щалу дозволило прогнозувати тожшвт розвиток процзс!в дифузП та фазоутворення, визначати шляхи направленого формування фазового складу, струкгури, з метою одержання гиПвок з необх!дними ф1зичними властивостями та Шдвиценою темгоратурно-часовою стаб1льн!стю експлуатаЩ йних характеристик.

Використання цих пл!вок як функц!ональних елеменПв покращуе

електроф!зичн! пзраметри та эксплуатации! характеристики р!зних м1кроприлад1в, а тэкож Шдвищуе ступ1нь !нтеграцП м!кросхем.

1.7 Положения, як1 виносяться на захист

1.Формування фазового складу, структури та властивостей тонких {товщиною до бООнм) пл1вок сил!цид1в пзрех!дних метал!в на кремнП,як! одержукггься в умовах "промислового" вакууму (до 10~®Па), в1д5уваються п!д впливом настуших фактор!в: х!м!чного складу вих!даого матер1алу,и,о випаровуеться, умов осадаення та терм!чно1 обробки, структурно-фазового стану Шдкладки, дом!шок ; роль дом!шок, вм!ст яких в шПвках може досягати 10 ат%, в цьому випадку с дом!нуючою.

Дом!шки-забруднення, у залешост1 в1д концентрацП можуть зменшувати шввдкЮть твердот!льноТ реакцп "метал-кремнIй'\ блокувати II розвиток на стадп формування пром!жного сил!виду або метастаб!льно1 модиф!кацП фази - к!нцевого продукту перетворень в дан!й систем! ; внасл1док цього посл1довн1сть фаз, що формуються та фазовий склад шпвок можуть суттево в!др!знятися в!д передбачених д!аграмами фазово! р1вноваги для в1дпов1дних масивних матер! ал!в.

2. На к! нетику процес!в кристал!зац!I аморфних шар!в, що отримано сшвосадаенням металу та кремн1я, дифуз1йного фазоутворення в системах "пл1вка металу - кремн!й" кр!м дом!шок суттево впливае структурно-фазовий стан Шдкладки кремн1я.

Формування кристал!чно! структури силЩидних фаз у ШПвках металу на кремнП супроводкуеться направленною дифуз1ею дом1шкових атом!в до меж! розпод!лу "плIвка-п! дкладка" та до поверхн! пл1вки ; при кристал1зац11 аморфних сшпцидних шПвок в умовах 1мпульсного нагр!вання некогерентним св1тловим випром1ненням перерозпод!л домипкових атом!в проходить з аномально великою швидк!стю, яка зростае на чотири порядки (ефективний коеф!ц!ент дифузП досягае величини см^с), у пор1внянн1 з швидк1стю,

яка характерна для процес!в при традиц!йн1й терм!чн!й обробц!.

3. Використання в!дпалу пл!вок у середовищ! во дню, 1мпульсних метод!в терм!чно! обробки дозволяе зформувати з аморфних силЩидних пл!вок кристал!чн! струкури стаб!льних дисил!цид1в мол!бдену, титану, вольфраму, танталу з низьким р!внем механ!чних напрут (10-70 МПа) I значениями шггомого електроопору в

1втервал1 15-120 мкОм х см.

Р1вень механ!чних напруг, величина електроопору силЩидних пл1вок в б1льш!й м!р1 залежить в!д вм!сту атом!в кисню, н!ж вуглецю.

1.8 Апробац1я робота

Основн! результата та положения дасертацп допов! дались на конференц!ях та нарадах :

1. Ill - VII отраслевых научно-технических конференциях "Тонкие пленки" в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем" (г. Воронеж 1978, г. Тбилиси 1981, г. Нальчик 1983, г. Москва 1986, г. Махачкала, 1990).

2. Всесоюзных конференциях "Физика и технология тонких пленок", г. Ивано-Франковск, 1981 - 1983, 1990; IV Международной, 1993.

3. XI Всесоюзном межотраслевом семинаре "Технология и надежность элементной базы периферийного оборудования вычислительной техники", г. Ивано-Франковск, 1982 г.

4. Beitrage zur 4. WIssenschaitllche Tagung "Festkorperanaly-tik", 26 - 29 Junl 1984, Т. H. Karl-Marx-Stadt.

5. IV, VI, VIII, IX, XII, XIII Всесоюзных научно-технических совещаниях "Ноше материалы в микроэлектронике", г. Канев, 1983, г. Кацивели, 1985, 1991, г. Одесса, 1987, г. Дрогобыч, 1988, г. Рига, 1992.

6. I Всесоюзной школе-семинаре "Структурная и химическая неоднородность в материалах", г.Киев, 1990.

7. Всесоюзном семинаре "Получение и свойства тонких пленок", г. Киев, 1978.

8. II отраслевом семинаре "Технология и оборудование термоионного осаждения тонких пленок и покрытий в производстве изделий электронной техники", г.Киев, 1988.

9. Всесоюзной конференции "Аналитические метода исследования материалов и изделий электронной техники", г. Кишинев, 1991.

10. International Symposium "Hydromechanics and Heat/Mass Transfer in lilcrogravlty", Perm - Moscow, July 1991.

11. V Украинской конференции "Физика и технология тонких пленок сложных полупроводников", г. Ужгород, 1992.

12. V Украинская школа "Фазовые и структурные превращения в металлах и сплавах", п. Славск, 1992.

Апробац!я та впровадження результат!в роб!т проводилися на п!дприемствах НД1 "Пульсар", ВО "ТОР", м.Москва; ВО "Гамма", м.Запор!жжя; концерн "Родон", м.1вано-Франк!вськ; НД1 "Ор!он", ВО "МIкропроцесор", м.Китв.

Публ1кац11

По тем! дисертацИ опубл!ковано 79 роб1т у виданнях Укратни, Рос П. Н!меччини. Принципов! нововведения захищен! 3 авторськими св1доцгвами.

Перел!к основних опубл!кованих роб!т наведено в к!нц! автореферату.

Структура та об'ьм роботи

ДисертаЩя м1стить вступ, ш!сть розд!л!в, основн! висновки, перел1к цитованот л!тератури з 319 найменувань. Дисертац!я викладена на 355 стор!нках машинописного тексту, м!стать 110 малюнк!в та ЗГ таблицю.

Зм1ст роботи

У вступ1 обгрунтовуеться актуалън!сть вир!шення науково! проблеми досл!даення формування структури та властивостей тонких пл!вок сил1цид1в горех!дних метал1в, як матер!алознавських основ нових технолог]й, проанал1зовано стан питания,

сформульованI мета та завдання досл!джень, як! вир!шувалися для И досягнення. Охарактеризован! наукова новизна та практична ц!нн!сть результат!в роботи, приведен! основн! положения, як! виносяться на захист.

У першому розд1л! викладен! результата досл!дженнь процес!в сшПцидоутворення у тонких шлвках перех!дних метал! в на

кремшевих п!дкладках при терм!чно активованих твердофазних реакц!ях м!ж металом та крзмнЮм. Кристал1чна структура сшПцидних пл1вок формувалась п!д д!ею в!дпал1в у р!зних газових середовищах. Гонкопл!вков! системи, як! вивчались, метода, технолог 1чн1 параметри осадкення та терм!чно! обробки в умовах промислового виробницгва наведен! в таблицях I, 2.

Таблиця I.

УМОВИ ОДЕРЖАННЯ СИЛЩИДНИХ ПЛ1В0К I. Одношаров! шг!вки метаду

Метал - II, V, Сг, Ре, Со, N1, Zr, Nb, Mo, Та, W, Pt. Товщина 100 - 300 нм; шар Б1пол1. 1000 нм; Б1аморф. 600 нм. Шдкладка - кремн!ев1 пластини ор1ентац!й <III>, <100>, легован! бором (КДБ20, КДБ80), або фосфором (КЭФ20, КЭФ80). Тп= 300 - 600 К. Метода осадаення:

1) Елзктронно-променевий (Mo, Tl, N1, V, Та, Cr, ?е, Nb, W,

Zr):

Параметри осадаення - Рвак=1 х Ю-3-5 х Ю~3Па, V=I.5-3 нм/с, Тп=500-620 К.

2) ТермоЮннмй (TI, Мо):

—4 —5

Параметри осадаення - Рвак=1 * 10 - 5 * 10 Па, Ucm=200 -900 В, Ион=0.01-0.1 А, Тп=500-600 К, ступIнь !он!заЩ I 10-30%, V=I-3 нм/с.

3) Резистивне осадаення (Сг, Fe, Au, А.1):

—3 —5

Параметри осадкення - Рвак=10 - 10 Па, 7=1-10 нм/с, Тп=300-650 К.

4) 1онно-ш1азмов1 метода осадаення. Магнетронний (Мо, Та, 11, (Мсн-Si), (Ta+Si), (W+Si)): Параметри розпилення - РАг=4.5 х ю-1 Па, ирозр=300-500 В,

1розр=1-5 А, Тп=300-550 К, V=0.3-0.5 нм/с.

Продовження таблиц! I.

ТрЮдний (И, Мэ, (Сг+Б!), Р1;, Аи):

Праметри розпилення - РАг=1 х га"1-2 х 10-1 Па, У=0.2-1 нм/с. Катодаий (№>, Ът, Щ)\

Парамвтри осадаення - РАг=10-1 Па, ирозр порядку 10 кВ, 1розр порядку 0.2 А, У=0.2-0.3 нм/с, Тп=500-600 К.

II. Одношаров! пл!вки складу силЩиду

Ме+Э! (ИеБ12)

Ц экюс» ^

'Ж

СтехIометриганий склад: Т1£51, Ст3Э1 , Сг51, Сг512, Ио512 , ЯБ!^ , ТаБ^ .

Метода осадаення:

1) Електронно-променеве сШвосадаення (Мо+Б1).

2) Магнетроне розпилення м1шеней складу Т1Б1г , МоБ12 , И51 2, Та31 2.

Способи витотовлення м1шеней:

1) Методами порошково I металурпт (холодае пресування, га-ряче вакуумне сШкання) - ЫоБ12 , Т1312 , №51г , Сг3Э1 , Сг5й13 , СгБ^ .

2) СВС-спос1б (високотемпэратурний синтез, який самопоширюсться).

3) Мозатчн! м!шен! (особливо чист! метали та кремн!й).

III. Двохшаров! шх1вки

А1

Щ МеБ1 2 Щ

|т|

А1/МоБ1г /51, М/Т^!, /51, товщина А1 - 1000 нм; Аи/Со/Б1, Аи/ Со/5102 /51, Аи/Рг/51, Аи/МСг/Б!, Аи/Ш/51; Рг/М/БК), /Б1, Р1;/ N1/51, Ш/Рг/Б!.

IV. Багатошаров1 пл1вки

Аи/М/Мо/31, Аи/111/№/51, Аи/Рй/Мо/ТI/Б1, Аи/Ш/ И/Б!, Аи/Рй/Т1/51, Аи/ Рй/Сг/Т1/81, Аи/Сг/Рг/51, Аи/сгт/к/Б!.

Ие 1

Ие 2

Продовження таблиц! I.

Ие 1

Ие 2

Ие 3

Ие 1 Ие 2

Ие 3

Таблиця 2.

УМОВЙ ТЕРМ IЧН01 ОБРОБКИ СИЛ1ВДЩМХ ПШВОК

1.1) СтацЮнарний в!дпал в вакуум! Ю-2- Ю-4 Па, Т=600-13Ю К, т =0.5-2 год.

2) В!дпал у проточному гели.

3) Лазерне опром!нення (в!дпал) в режим! неда-рервно! хвил!, сканування по поверхн!,

т=4 мс, Р=10-90 Дж/см2.

II. I) СтацЮнарний в1дпал в вакуум! Ю~2-10~4 Па, Т=600-1400 К, т=0.5-1 год.

2) В1дпал у водн! (проточному), Т=700-1100 К, т=0.5-1 год.

3) 1мпульсний фотонний в!дпал,

в!дпал у аргон!, азот!, Т=?00-1400 К, т=0.1-100 ( Р=4 кВт.

Визначен! фактори, як! впливакггь на реакцН дифуз!йного фазоутворення, формування структури та електроф!зичн! властивост! сшИцидних пл!вок.

Установлено, що процеси сшицвдоутворення залежать в!д вм1сту дом!ткових атом!в. Джерелами дом!шок у шПвках е матер!ал, що

напилюсться (чистота м!шен1), залишкова атмосфера, або газове середовище установки для напилення та в1дпалу, а також матер!ал Шдкладки.

При осадженн! пл!вки металу захоплюються практично вс! основн! компонента залишково! атмосфери пристрою, що напилюс : О, С, N. I т.п. У пл!вках, як! досл!джувались, найб!льшу к!льк!сть дом 1 шкових атом!в становили атоми кисню та водню.

Загальний вм!ст дом!шок, у залежност! в!д способу отримання пл!вки, може перевищувати 10 ат%. Приймаючи до уваги багатостад!йну модель захоплення дом!шкових атом!в( ф!зична адсорбц!я, м!грац!я по поверхн!. зустр!ч з активним центром, дисоц1ац1я молекули та хемосорбц!я), можна пояснити низький вм!ст азоту в пл!вкзх "Хне б!льше десятих часток в!дсотка) високою енерг!сю дисоц!ацП молекул азоту.

У систем! "шпвка мол!бдену-кремн!ева п!даладка "утворенню кристал!чноТ структури дисил!циду мол!бдену - к!нцевого продукту твердот!льних реакц1й передуе формування пром1жних сил!цидних фаз:

XIд реакц1Т визначаеться дифуз1ею реагент!в в зону реакцП. Дом!шков! атоми вуглецю у матер! ал!, що напилюеться та захоплен! С, 0 при осадаенн!, не м!няють тип реакц! I

(товщина шару, я кий росте , пропорц!йна уГ"), але зменшують швидаЮть росту сил1цидного шару.

Вплив структурно-фазового стану кремн!евот Шдкладки проявлясться в р!зн!й швидкост! прот!кання твердот!льних реагсц!й утворення сил!цидних структур. В шПвках на монокристал!чному кремнП спостер!гаеться б!льша швидк!сть зросту сил!цидного шару, н!ж у пл!вках на пол!кристальному або аморфному кремнП. Кр!м того в систем! пл!вка мол!бдену - пол!кристал!чний кремн!й не утворюсться пром1жна фаза Мо531д. Така в!дм!нн!сть у розвитку твердот!льних реакц!й пов'язана не т!льки з структурно-фазовим станом Шдаладки, але й з р!зним вм!стом в них дом!шкових атом 1 в кисню - практично повна в!дсутн!сть кисню у монокристал!члому кремнП, до 2 ат% в пол!кристал1чному, а в аморфному кремнП вм!ст кисню залежить в1д ступеню вакууму при осадаенн! ! може перевищити 2 ат%.

Установлен! законом!рност! процес!в сил!вддоутворення в

пл1вках титану на кренн!евих п! дкладках з р!зним структурно-фазовим станом поверхн!: на монокристал!чних кремн!евих пластинах ор!ентац!1 <Ш>,<100>/ на пластинах з шаром аморфного (Б1 аморф.) або пол!кристал!чного (Б1 пол!) кремн!ю, легованих бором або фосфором. Тх можна зобразити схемою:

Т1/Б1(100); Т1/Б1 (аморф); Т1/Б1 (пол! ЬТКО.С.Б! ! т.п)метастаб. тв.розчин+Т^Б^без тэкст.+ЗЧБ!2С54 без текст. Т1/31 (111 )-* 34(0,0,51 ! т.п. )метастаб. тв. розчин-*Т15313текст.+51-> Т1512без текст.

Пл1вка титану мае акс!альну текстуру, Т1512формуеться без текстури, а пром!жний сил!цид Т1 росте ор!ентовано на

п!дкладках (III).

Структурно -фа зовий стан п1 дкладки, а також II легування не впливакггь на к!нетику росту сил!цвдних фаз титану.

Для одержання пл1вок дисил!циду титану на п! дкладках монокристал1чного кремн!ю з низькими значениями електроопору(™16 мкОм'см) оптимальною термообробкою е в!дпали в вакуум 1 не г!рше 1"Ю~3Па при 970-1070 К протягом 0.5 годани. В1дпал при температур! в гаде 1120 К супроводщуеться твердофазною реакцЮю ТЛЯ^ИБ!, що викликас п!двищення електроопору пл!вок. Дом!шков! атоми кисню (до 2 ат%) у шар! пол!кристал!чного кремн1ю стабШзують фазу Т1512 С54.

Твердот!льн1 реакц!I у пл!вц! н!келю на аморфному кремнП прот!кають за схемою:

Н^азо К^^1 51 >690 Л^'У^ЮЙО ^Ш^+НШ

При в!дпалах пл1вки н!келю на монокристал!чному кремнИ ор!ентац!й <100>, <Ш> не спостер!гаеться утворення пром!жного сил!циду N1381. Швидк!сть зростання шару сил!дад!в н!келю на БКЮО) приблизно в чотири рази б!льша, н!ж на п!дкладках 31<Ш>.

Дифуз!йне фазоутворення у ш!вках платини, осаджених на монокристал !чному кремнИ при в!дпалах в !нтервал! 820-870 К в вакуум! 3 х Ю~3-7 х 10~4Па прот1кають без утворення пром!жно! фази П./51->Р181. ПромIжна Р1Б12 утворюеться при тр!одному метод! осадження платини, коли попередн1й вакуум був не б!льше Ю_3Па.

Особлив!ста процес!в сил!цидоутъорення у Ш1!вках танталу на кремнИ е те, що перший пром!жний сил!цид Т14 5$! утворюеться у процес! осадження пл!вки на Шдаладки з р!зним структурно-фазовим

станом. При в!дпалах у вакуум! формування промIжних сил!цвдних фаз TagSi TaSl на полIкристал!чному кремни проходить при 870 К, що на 100 К вице, н!ж на монокристал!чному кремнП, проте у подалыпому взаемодифуз!я та фазоутворення 1нтенсивн1ше прот!кають на монокристал [чному кремнП. Пояснюеться це там, що кисень у шар! полIкристал1чного кремн!ю блокуе початков! стадП реакц!й, а подалыпому !нтенсивному розвитку процес!в сшпцидоутворення сприяе той факт, що пол1кремн!й мае др!бнозернисту структуру, у зв'язку з чим зростае роль зернограничнот дифузП, як основного шляху масопэреносу.

на SI(100) 770 К

Ta/Si -► Та+Та. „Si -► Та+Та. „Sl+Ta^Si-b

при осадженн! на Si(пол!) 870 К

на SI(100) 1270 К 1370 К

+Ta_SI_ -> Ta^Sl^+TaSi^, -► TaSL,

^ на Si(пол!) 970 К 2 ^

У зв'язку з тим, що об'ем элементарно! ком!рки дисил!цида мвнше, н!ж у в!дпов!дного металу, в сформованих шПвках дисил!цид!в TiSij .MoSlg ,TaSI2 е розтягуюч! напруги, величина котрих не перевищуе 80x1О7 Па. 1нверс1я типу пров!дност! для NISI знаходиться в район! 500К ; для сил!цид!в PtSI, TISig , MoSi2 В!ДП0В|ДН0 при 370К, 6I0K, 570К.

В!дсутн!сть впливу структурно-фазового стану п!дкладки на процеси сил! цидоутворення характерна т!льки для системи "пл!вка титану - кремн!ева п!дкладка". Анал1з ефекту збIльшення параметр!в кристал!чних граток титану п!сля осадження та в1дпал!в дозволили зв'язати це з утворенням метастаб!льного твердого розчину, концентрац!я якого зростала до температур початку формування сил1цидних фаз. У пл!вках 1нших метал!в, що досл1даувались (Mo.W.Nl) цього не було 1 нав!ть навпаки, дещо шдвищен! значення параметр!в кристал!чних граток у пл!вках, що були осадаен1, п!сля в!дпал!в зменшувались до значень харакгерних для масивного стану.

Досл!дження, як! проведено з допомогою Ожв-ежктронно ! спектроскоп! I показали, що при зростанн! сил1цидного шару мае м!сце направлена дифуз!я дом!шкових атом1в (О, С, N, Са, К, S, ! т.п.), як1 присутн! у пл!вц! металу, до H поверхневих шар!в. В результат! цього сформован! пл1вки дисил!цид!в мол!бдену, тагану, танталу ! т.п. макггь менше дом!шок, н!ж вих!дна пл!вка металу

(рис.1,рис.2).

Исходное состояние

Рис. I. Зм1на концентрацП елемент!в по товщин! шару титану 1 перех!дно! зони в структур! Т1(100 нм) 181<1П)КДБ п!сля осадаення електронно-променевим методом.

Отжиг 400°, 25 нин * (итгс

Рис. 2. Концентрзц!йний розпод!л елемент1в в тонкопл!вков!й Структур! £1(100 нм)/Б1(П1)КДБ П1сля вакуумного в!дпалу при 1070К протягом 0.5 год.

Зростання концентрац!г дом!шкових атом!в у поверхневих шарах шПвки мэталу, товщина яких може перевищувати 5 нм, приводить до створення оксвд 1 в металу, кремн!ю, кар5(д!в та перзшкодаас подаль-шим процесам утворення сшПцидних фаз. Шар шт!вки, що збагачений дом1шковими атомами е додатковим бар'ером дая небажано1 взаемодифузII металу верхнього шару метал!зац!I, наприклад, AI або Au та кремн!ю шдкладаи.

Покращення електроф ! зичних та експлуатац!йних характеристик д!од!в Шоттки на баз! дисил!циду мол!бдену можливе за рахунок зм!-ни технологи !х виготовлення. Досягнення цього можливе при виключенв! операц! I х!м!чного стравлювання шару мол!бдену, який не прореагував з кремн!ем.

Вплив енергетичних параметр!в осадження на процеси силщидоутворення було досл1даено на приклад! системи титан-кремн!й.

Установлено, що осадаення титану термоЮнним методом в умовах автоЮнного бомбардування кремн!ево1 монокристал!чно1 п!даладки впливае на розвиток фазових перетворень, формування структури та елзктроф!зичв! властивост! силщидно! пл!вки.

Зб!льшення питомот потужност! !онного бомбардування до 1.45 Вт/см2 викликае зр!ст зерна та розвиток акс!ально! текстури в осадаених пл1вках титану, а також прискорюе процес сшпцидоутворення при подальш!й терм!чн!й обробц! у вакуум! при 920К протягом 0.5 години.

Це в!дбувасться внасл!док того, що при Юнному бомбардуванн! мають м!сце процеси розпилення шару д!оксиду кремн!ю, а також нагр!вання п!дкладки до температур приблизно 67QK.

1нший механ!зм формування силЩидних структур при лазерному опром!ненн! в режим! безперервнот хвил!(!мцульсами м!л1секувдно! тривалост!). Було установлено, що при лазерному опром!ненн! з енерг!сю 8-90 Дк/см2 тонкопл!вкових систем W/Sl, Zr/Si, Re/Sl, Ta/Si, Mo/Si, Tl/Si, ïe/SI, V/Si на пов!тр! проходило розплавлення пл!вки та верхн1х шар!в кремн!ю, а також ïx ¡нтенсивне перем!шування. Подальше охолодження до к!мнатног температуря супроводжувалось кристал!зац1ею силЩидних фаз. 31 зб!льшенням енергП опром!нення у вказанному !нтервал! зростае к1льк!сть к!нцевого продукту рзакц!й метал-кремн!й - дисил!циду металу. Як було установлено за допомогою гамма-резонансно! спектроскоп!!, при

лазерному в!дпал1 в аргон! вдалося виключити утворення оксидних сполук та зформувати пл!вки дисшпцвду зал! за з високим значениям термоерс(=240 мкВ/К). Так! електроф!зичн! властивост! пл!вок обумовлен! утворенням та стаб!л!зац1ею при к!мнатн!й температур! високотемпературно! фази а-РеБ12 3 . Велике значения термоерс пов'язане з утворенням "псевдощ1лини" поблизу р1вня Ферм! або забороненоI зони. ЗПдно з моделлю зонно! структури фази а-РеБ12 3. 3<1- р!вн! Ре локал!зован1, а IX деяке уширення пов'язане з ковалентним зв'язком м!ж атомами Ре I 31. Р!вень Ферм! трохи никчий в!д верху валентно! зони внасл!док наявност! ваканс!й у положенн! атом!в Ре. Це призводить до метал¡чного типу пров!дност! та неповно! компенсаци сп!н!в р!зних ор!ентац!й для 3(1- стан!в атом!в Ре. Валентна зона в ?е512 утворена з-р-хвильовими функц!ями Ре, що перекриваються , до того ж 31- стани Ре мають максимум приблизно на 3 еВ нижче н!ж р!вень Ферм!, ширина ж валентноI зони в РеБ12 значно б!льша 1 становить 14-16 еВ. Зв!дси вит!кае, що при зменшенн1 концентрат I вакансIг у положенн! атом 1 в Ре валентна зона повинна заговнюватись, що приведе до зменшення густини стан1в на р!вн! Ферм! ЖЕ). В цьому випадку можна чекати р!зке зменшення пров!дност! »„[ЩЕр)]^. Для обчислення значень термоерс речовин,пров1дн!сть яких обумовлена електронами з енерпями поблизу Ер можна використовувати в! дому формулу для метал!в:

о _ кТ ( с1</ *|

3 е о I 6Е р. »

яка справедлива при кТ<<Ер, де Ер - енерПя Ферм!. Зв!дси виПкае, що низьке значения пров!дност! » та сильний нахил криво! густини стан!в ЩЕр.) поблизу р!вня Ферм! е сприятливими факторами, як! необх!дно враховувати при визначенн! шлях!в одержання матер!ал!в з високими значениями термоерс. Оц1нка показус, що висок! значения Б можуть бути отриман! при появ! вузьких, наприклад, акцепторних р!вн!в з шириною дЕ/кТ поблизу енергП Ферм!, як! можуть бути обумовлен 1 дефектами, такими як ваканс!!.

Пл!вки дисилЩиду зал! за з високими значениями коеф1ц!ента термоерс можуть бути використан! як термоелектричн! приймач! 14-випром!нювання. Маючи малу 1нерц1йн!сть, високу швидкод!ю внасл!док малих розм(р!в, не потребуючи використання криогенних

пристрслв, вони вже сьогодн! в ряд! випадк1в можуть зам 1нити так! неселективн! приймач! високо! чутливост1 як надпров!дн! болометри.

У другому розд1л1 проанал!зован1 основн! результата досл!дження та остановлен! законом1рност| процес!в кристал!зац!I аморфних сил Щидних пл!вок 11312; Т^^Ид; Сг3Б1; Сг31; Сг5313; Сг512; ТаБ12; ЯБ12; Мо5513; КсБ12> а також дисил1циду мол!бдену, легованого кобальтом, одержаних в умовах промислового виробництва (табл.1).

Установлено, що утворення кристал!чного стану визначаеться двома терм!чно активованими процесами: I- кристал1зац1ею, 2-дифуз1ею у пл1 вку кремн!я Шдаладки. Розвиток цих процес!в заложить в!д х!м!чного складу матер!алу, що напилюеться, умов осадаення та терм!чно! обробки, структурно-фазового стану Шдкладки.

Показано, що шпвки Т1Б12; МоБ12; И»12; СГдБ!; Сг5Б13; СгБ12; ТаБ^ , як! одержан! при розпилюванн! 1онно-плазмовими методами сил Щидних Шшеней, або електронно-променевим осадженням металу та кремн!ю (Т15313, Мо5513, Мо312 ) знаходяться в дифракц!йно -аморфному стан 1.

Процеси кристал!зац! г шПвок х!м!чних склад!в дисил!вдду мол!бдену та дисшпцвду вольфраму при в1дпал! у вакуум! 10_2-10~5 Па або у проточному вода! розвивавться в !нтервал! температур 870-1170К через утворення пром!жно! гексагонально! фази за схемою: Мо+Б! -> Ио512(гекс) С40 Ио312(тетр) С11в . да+Б! К'Б1г(гекс) С40- 7К1г(тетр) С11в

Легування пл!вок дисшпциду мол!бдену 1.2 ат% кобальту на БОК знижуе температурний !нтервал кристал1зац!!, не зм!нюючи посл!довност! фазових перетворень та практично не впливае на електрооп1р пл!вок.

Фазовому переходу з аморфного стану в кристал1чний перешкоджас окислювальна залишкова атмосфера вакуумного в!дпалу. При нагр1ванн! у вакуум! (10~2-10_5Па) пл!вок см1цвд1в перех1дних метал!в можлива ix дегазац!я - вид!лення азоту, водню, проте кисень поглинаеться внасл|док того, що пружност! пару при дасоц1ац!1 оксид!в майже вс!х метал!в нижче розр!дження, яке досягаеться в сучасн!й техн!ц1. 3 попршенням ступеню вакууму !нтервал кристал!зац!I змидуеться у напрямку б!льш високих температур. Дом!шков! атоми кисню, що захошпоються при осадженн!,

1 як! потрапши при в!дпал! , оксида! сполуки компонент!в шпвки, що утворюються спов!льнюють та можуть блокувати процес кристал!зац! I на стадИ формування пром1жно! гексагонально! модиф!кац!1 КоБХо (гекс), УУ512<гекс). Збер!гаеться деяка к!льк!сть аморфно! фази. Це в!дображуеться в б!льш високих значениях електроопору пл!вок, у пор!внянн! з електроопором пл1вок, як! були в!дпален! у вода! (Рис.З).

770 »0 970 «70 «70 1170 1370 Т, К

Рис. 3 Зм1на електроопору пл1вок МоБ^ (250 нм)/Б1 <100>КДБ20 (крив! I та 2) та ЯБ1£ (250 нм)/5К100ЖЭФ10 (крив! 3 ! 4) в залежност1 в!д температур в!дпал!в у вакуум! (витримка I год.) (крив! 2 I 4) I у водн! (витримка 0.5 год.) (крив! 113).

К!нетика процесу кристал!зац!I сил!цидних пл!вок р!зних склад!в (Б1:Ио=1-4) залежить в!д ор!ентац!1 кремн!евог пластини. Велика швидк!сть формування кристально! структури дисил!циду мол!бдену спостер!гаеться на п1дкладках ор1ентац!1 <Ш>.

Ди!>уз!я кремн!ю п!дкладки супроводжуеться утворенням дисил1циду мол!бдену у пл!вках, вих!дний склад яких п1сля напилення в!др!знясться в!д стехIометричного (Б1:Мо<2). Цей ефект також найб1льш повно виявляеться на п!дкладках 51(111). Визначено, що у пл!вках на Шдкладках такот ор!ентац!Т сшПцидн! фази, як1 формуються, мають менший розм1р зерна, н!ж в пл!вках на Б1 (100), у зв'язку з чим зростае роль зернограничноТ дифузП, як основного шляху масопереносу. Аналог!чний ефект можна досягти при

кристал!зацП пл1вок сил1цид!в мол1бдену на Шдкладках монокристал!чного кремн!я ор1ентацп <100>, легуючи IX бором (на Шдкладках 51(100)КДБ7.5/ 51(100)КДБ20). Це також корелюс з меншим розм1ром зерна сшпцвдних структур, що формуються в пл!вках.

Механ!чн! напруги в аморфних пл1вках сил!цид1в мол!бдену е розтягуючими 1 Iстотно залежать в1д сп1вв!даошення атомних часток (с) кремн1ю та мол!бдену, а саме: з1 зб!льшенням вм!сту кремн!ю напруги зменшуються. Р1вень напрут у сшПцидних пл!вках з кристал!чною структурою, що формовуеться на БК^,- вице н1ж в пл!вках, як! осаджен! на кремн!еву п!дкладку (в облает! малих значень с~1 ця р!зниця досягае 250%) ! становить в!дпов!дно 80хЮ7Па I 42хЮ7Па при с=2.6.

Кристал!зац!я аморфних пл1вок дисилЩиду вольфраму проходить з б!лыпими швицкостями на п!дкладках монокристал!чного кремн!ю ор!ентац1!<100>,легованих фосфором.

Фазовий склад пл!вок систем« Сг-31 р!зних х!м!чних склад!в на кремн!евих Шдкладках п!сля кристал!зац1т з аморфного стану може в!др1знятись в!д складу, який прогнозусться д!аграмою фазовот р!вноваги, так як внасл!док дифуз!! кремнИо п!дкладки можливе утворення сил!цидних фаз з б!льшим вм!стом кремн!ю, н!ж в вих!дному склад 1 пл1вки. Наприклад, у пл1вках стехЮметричного складу Сг3Б1 формуеться Сг^Ц, а у пл!вках, як! мають склад Сг5313 - Сг51.

За рахунок дифуз!I кремн!ю п!дкладки, що поповнюе деф!цит кремнИо в ток!й пл1вц!, дисилщид титаиу I дисил!цид мол!бдену утворюються п!сля вакуумного в!дпалу 1270К 0.5 години в аморфних пл!вках товщиною ГООнм, склад яких в!дпов!дно 51:11=1.5-1.7, а 51:Мо=*1.8 (що менше стехЮметричного).

Формування кристал1чних граток ЦБ1^054 у процес! кристал!зацП аморфних пл!вок дисилЩиду титана при вIдгталах у вакуум! 10_Л-Ю~5 Па в!дбуваеться при температур! вшце 820К через утворення пром 1жно1 фази 11512^49 з орторомб!чною структурою. Фазовий перех!д у вакуум 1 прот!кае пов1льн!и!е, н!ж у вода!, що також пов'язано з утворенням оксидних сполук матер!алу пл!вки.

Не спостер 1 гас.ться який-небудь вплив на процеси кристал1зац11 пл!вок ТIЭI^ ор1ентац!1 монокристал!чно1 п!дкладки та п легування.

Вм!ст дом!шкових атом!в (в основному це 0,С,Ы) в осаджених

амофних сшПцидних шПвках визначаеться умовами осадаення та в!дпалу 1 залежить в!д х!м!чного складу м!шен!, то розпилюеться. К1льк!сть домIшок у м!шен1 р!зна в залежност! в!д способ! в п внготовлення - методами порошково1 металургП, одержанням мбза!чно! м!шен! з собливо чистих складових - металу та кремн!и.

При кожному способ! одержання шпвки, вм!ст дом!шок в н!й б!лышй нш у в1дпов!дн!й м!шен!.

0же-анал!з показав, що у процес! кристал!зац!I аморфних пл!вок сил!цид!в шрех!дних метал!в сгостер!гаеться направлена дифуз!я домIшкових атом!в (О.С.Ы, ! т.п.) до поверхн! пл1вки та до меж! розпод!лу з кремн!евою шдкладкою. Це можна про!люструвати на приклад I кристал I зац! I пя! вки дисил! циду титану (рис. 4, рис. 5).

исходное состояние

Рис. 4. Концентрац!йний розпод!л елемент!в (Т1+,С+,0+,Б1+) по товщин! пл!вки Т1+51/5102 одержано! магнетронним розпилом

м!шен! (п!сля осадаення).

После ИФО

Рис.5. Зм!на кондентрацП элемент!в (Т1+,С ! О ! Б1+) по товщинI пл!вки Т1+Б1/510?/51 п1сля !мяульсиого фотонного в!дпалу.

Ефект перерозпод!ду для р!зних дом!шок в одн1й систем! метал-кремн1й проявляется не в р1вн!й м!р!: б!льший масоперенос при фазовому переход! з аморфного в кристал1чний стан пл1вки спостер!гаеться для атом!в кисню.

Установлено, що стаб!л!зац1 я при кристал1зацII плIвки метастаб!льно1 модиф1кац11 Т1512С49 пов'язана з п!двищеним (>3ат%) вм!стом атом!в вуглецю.

Дом Пиков! атоми у пл!вках дисил!цид!в перех!дних метал1 в впливають на тх електроф!зичн! властивост1 як в аморфному, так 1 в кристал!чному стан!. Наприклад, зб!льшення концентрац!I атом!в кисню супроводауеться зростаниям електроопору у пл!вках та зниженням величини напру г, що розтягукггь, як! можуть зм!нити знак I стати такими, що стискують.

Атоми вуглеизо у менш!й м!р!, н!ж атоми кисню, впливають на електрооп1р пл!вок, але зм!нюють електроф!зичн! властивост1 та експлуатац!йн! характеристики прилад!в, в яких стан меж! розпод!лу пл1вка-кремн1ева Шдкладка е визначальним фактором у формуванн! електроф!зичних властивостей. Так наприклад у дЮдах на баз! складного силЩиду Р^К^ зб!льшення струм!в витоку, зменшення напруги пробою (11звор<25 В при струм! 1мА) пов'язане з утворенням сегрегаШй атом!в вуглецю на межах розпод!лу силIцидних структур при перевищенн! оптамальних температур в!дпалу (870К).

Для пояснения явища направленоI дафузП дом!шкових атом!в можна використати ран!ше зроблен! Л.Н.Лариковим, В.М.Фальченком, В.Б.Бриком припущення про причини прискореного перерозпод!лу атом!в м!ж р!зними фазовими складовими при фазових перетвореннях та при зовнГшньому вплив!, що експериментально було установлено в !х роботах. Необх!дно враховувати взаемний вплив процес!в ди&узП та фазового перетворення з аморфного в кристал 1чний стан та приймати до уваги два фактора, як! впливають на ц! процеси: структурний та к!нетичний. Структурний фактор указуе на те, що дафузIйна рухлив!сть атом!в при фазових перетвореннях та зовн!шньому вплив1 залежить в!д структурного стану пл!вки - появи надм!рног к!лькост! дефект!в кристал!чних граток, як1 мають високу дифуз!йну активнЮть, а також в!д типу та морфологи продукту перетворення, котрий формусться на р!зних стад1ях фазового переходу, просторового розташування елеменНв структури. При в!дсутност! структурних характеристик, що властив! для кристалу, р1вень дифуз!йноТ рухомост! атом 1 в в цьому агрегатному стан! також будз в1др!знятись в!д 1х дифуз!йно! спроможност! у кристал!чн!й фаз1.

Юнетичний фактор указуе на особливост!, що пов'язан! з в 1 дхиленням в!д звичайного процесу дифузИ, який проходить зПдно з законом випадкових блукань та проявлениям направлено! дифузП, яка зд!йснюеться п1д впливом руппяно! сиди (аР) - енергетичним параметром, що визначаеться р!зн1стю в!льно1 енерги системи у р!зному агрегатному (або структурному) стан!.

Переважно направлене перем!щення дом!шкових атом!в на м!жфазн1й меж! проявляеться тим б!льше, чим у б!льш нер!вноважних умовах прот!кае процес масопереносу. ШвидкIсть цього перем|щення л!н!йна, <у>=1(дР) при дР<< теплово! енерги кТ , та екпоненЩйна - при дР>>кТ.

Шдгвердаенням цьому служить виявлений ефект аномально велико! швидкост1 направлено! дифузИ дом!шкових атом!в кисню, вуглецю при кристал!зац!I пл!вок дисил!циду Т1Б12в умовах 1мпульсного фотонного в!дпалу. Одного !мпульсу тривалЮтю 0.35с потужн!стю близько 30 №/см2 некогерентного св!тлового випром!нення в аргон! достатньо для кристал!зац!I аморфних пл1вок дисил!циду титану товщиною 100-200 нм. Ефективний коеф!ц!ент дифузИ кисню при цьому зростае до I Л^Ю^см^/с, що

на чотири порядка б!льше, и!к при формуванн! ц!еГ структури у пл!вц! титану на кремн!ев!й Шдкладц!.

3 урахуванням того, що глибина проникнення фотон!в в аморфн!й сил1цидн!й пл1вц1 складае дек!лька десятк1в нанометр!в, можна уважати, що теплова енерг!я 1мпульса ввд!ляеться не на повврхн1, а на глибин!, яка в1дпов1дае серединним шарам шПвки, де починаеться кристал!зац!я, поширюючись до поверхневих шар!в пл1вки та до меж! розпод!лу з Шдкладкою. Аномальне зростання швидкост1 направленого перемЩення домШкових атом 1 в можна пов'язати з б!льш нер I вноважними умовами процесу кристал1зац! I.

Скорочення часу в!дпалу при кристал1зац! I аморфних пл!вок за рахунок використання 1мпульсного некогерентного св1тлового випром!нення дозволяе обмежити вплив окислювальних компонент1в газового середовица та одергкати однор!дн1 кристал!чн! структури стаб1львих модиф!кац!й дисил!вдд!в перех1дних метал!в з електроопором та величиною механ!чних напрут меншими, н1ж при в1дпал! у вакуум! або в 1нертному газ1. Переваги, що отриман1 при 1мпульсному фотонному в1дпал1 можуть бути досягнен1 при в!дпал! пл1вок у вода!, або у надвеликому вакуум!.

У третьоиу розд1л1 мЮтяться результата досл!дження процес!в дифуз! I та фазоутворення у двохшарових пл!вкових метал !чних системах Pt/ïïl; Nl/Pt; Au/Со; Au/Mo, що одержан! посл!довним осадженням метал!в на монокристал!чн! кремн!ев! п!дкладки з шаром терм!чно вирощенного оксиду SiO? або без нього.

Установлено, що формування структури та властивостей сшПцидних пл!вок у двохшарових тонкошПвкових композиц!ях на S! проходить, в основному, в ход! двох процес!в - взасмодифуз! ! у метал!чвих пл!вках та дифуз ! 1 кремн!я в обидва осадаен! шари. На розвиток цих процес!в впливають умови осадаення ! терм!чно! обробки, структурно-фазовий стан п!дк.ладки, а також сп!вв!дношення товщин метал! чних пл!вок. Частково у процес! осадаення ! дал! при в!дпалах проходить утворення твердих розчин!в - необмежених (Pt-Ni) та обмежених (Аи-Со, Аи-Мо), утворення сшПцидних фаз у шПвц 1, яка прилягае до п1дк.»адки. Дал! дифуз! я кремн!ю призводить до прот!кання твердот!льних реакц!й у верхн!й метал!чн!й пл!вц!.

У систем! Pt/Ni/Si присутн!сть шару н!келю товщиною 10-30 нм актив!зуе процес си!цидоутвор»ння у пл!вц! платини, який завершуеться утворенням сил!циду PtSI при б!льш н!зьк!й

температур! (на IOOK), н1ж у пл!вц! платини на кремнП. Це пов'язано з там, що при взаемодифуз! I Pt, Ni, I Si утворення сил!циду платини з меншою енерПею активац! I проходить на меж1 розпод!лу NlnSl-Si, а також в самому шар! NigSI , який е першою пром!жною сил 1цидною фазою. Цьому сприяе те, що коеф!ц1ент дифузП платини в NioSl б!льший, н!ж в кремнП.

В надгонких шарах (платина 10 нм, н!кель 10 нм) у систем! Pt/Nl/Sl п!сля вакуумного в!дпалу 770К, 0.3 год. спостер1гаеться формування комплексного сил!циду Pt^N^ _XSI. У систем 1 !з зворотньою посл!довн!стю метал!чних шар1в NI/Pt/SI також утворюеться ця потр Iйна сполука за рахунок розчинення н!келю у сил1цид1 PtSi I по реакцИ PtSl+Ni+Si - P^NI^Si. Кр!м того, у сил!цид!в NISI i PtSi один тип кристал1чних граток - ромб!чний, а параметри незначно в!др!зняються один в!д одного. Контакт Pt^Ni^_xSl-SI являе собою контакт, що випрямляе. Параметри граток складного сил!циду Pt N^, Si зн!нюються л!н!йно у залежност! в!д концентраци обох метал!в.

Це робить можливим регулювання висоти бар'сру Шоттки за рахунок зм!ни сп!вв!дношення метал!чних компонент в комплексному сил!цид1. При цьому можна отримати пром!жн! значения висоти бар'сру м!ж величинами, як! характерн! для силЩиду платини *>в=0.85еВ 1 сил!циду н!келю *>в=0.66еВ.

Установлено, що ефект впливу дом 1 шок, що забруднюють залежить в!д умов осадження пл!вки, наприклад, в!д температури п!дкладки. На п!дкладках, що не п1д!гр!ваються у б!льш!й м!р1 проходить адсорбц!я дом!шок, таких як вуглець, кисень, пари води з залишкового газового середовища установки, що напилюе, н1ж на тих, що п1д!гр!ваються.

У подальшому, адсорбован! дом Пики грають роль бар'сру для дифуз!йних процес!в, що потребуе б!льш високих температур в1дпалу для прот!кання твердот!льних реакц!й сил!цидоутворення. Iohho-плазмове очищения п!дкладок сприяе утворенню силЩидних фаз у систем 1 н1кель-платина-кремнIй.

Установления законом!рностей процес!в дифуз1йного фазоутворення у б!метал!чних тонкопл!вкових системах Au/Co/SiOg , Au/Co/SI дало можлив!сть визначити, що оптимальними сп1вв!дношеннями товщин метал!чних шар!в, як! забезпечують стаб!льн!сть еле1Сгроф!зичних властивостей при вакуумних в!дпалах в

!нтервал1 370-870К, с с1Аи :йСо<10. При йАц :с!Со >10 електрооп!р ш1вково1 композицП зростае.

Шдзначаеться, що при в1дпал! у гел! I швидкЮть взаемодифузII Аи та Со зрйстае на порядок.

У четвертому розд1л1 представлен 1 результата оптам1зац1Т електричних та механ1чних властивостей контакт1 в м1кроприлад1в за рахунок використання багатошарових пл!вкових композиц!й на кремнИ та оксид1 кремн!я. Стаб1льн1сть електроф!зичних властивостей та експлуатац!йних характеристик багатошарово! метал!зацII визначаеться процесами взаемодифуз! I та фазоутворення в шарах при нагр!ванн! прилада п1д час його виготовлення та експлуатац!I.

Необх!дн! властивост! шПвкових композиц!й досягались вибором матер!ал!в пл!вок, як1 несуть певн! функцИ, головними з яких е: добра адгез!я по в!дношенню до кремн!ево! п!дкладки та до верхнього шару золота, запоб1гання дифуз 11 золота у кремн!сву Шдкладку. Кр!м того, багатошарова метал! зац! я повинна мата низький контактний електрооп!р та невелик! механ!чн! напруги (I - 5хЮ7Па).

Досл!дження дифуз!йних процес!в в багатошарових тонкопл!вкових (товщина кожного шару не перевищувала 100 нм) системах Аи/Со/Мо; Аи/И1/Мо; Аи/МСг/Мо на кремнII та оксид! кремн!ю при в!дпалах у вакуум! в !нтервал! 300-820 К та на пов1тр! при 670 К з витримкою до 2 год. показали, що в контактуючих шарах утворюються тверд! розчини, склад яких як1сно узгоджуеться з передбачуваним д!аграмами фазових р!вноваг в!дпов1дних масивних матер!ал!в. Процеси утворення сил!цидних фаз при цих температурах не в!дбуваються. В!дпали супроводаукггься р! зноман!тними зм!нами електроопору шПвкових композитй. В пл!вках Аи/Со/Мо I Аи/Л1Сг/Мо на кремн! I та 5102 електроошр практично не зм!нюсться, що у поеднанн! з низьким р1внем механ!чних напруг (~1хЮ7Па) дозволяс використовувати тх як стаб!льн! омнн! контакта.

Питаниями обмеження електродифуз! I у м!кроелектронних приладах, як! працюють при великих густинах струму, присвячен1 досл!дження процес!в дифуз! I та твердот!льних реакц!й у тонкошПвкових (товщина кожно! пл!вки 250 нм) системах Аи/М/№, Аи/И1/Т1, Аи/М1/Мо, Аи/Р(1/Мо/Т1, Аи/Рй/Т!, Аи/Рс1/Сг/Т1 на

монокристал!чних кремн!свих п!дкладках (51<Ш>).

А 7 ?

При п!двищенн! густини струму до 10-10 А/см через

контакта! площадки, наприклад у потужних НВЧ-д!одах, створюються умови не т1льки для дифузП внасл!док нагр!вання але ! для м1грац1Т матер1алу пл!вки п!д д!ею електричного струму. Стандартною моделлю умов робота е в1дпали багатошарово! метал1зацII на пов!тр1 при 650 К протягом сотень годин. 0ц1нкою над!йно! робота та застосування тонкопл1вкових композиц1й слугували в1дсутн1сть дифузП золота у п1дкладку, незначн1 зм1ни електроопору та низький р!вень механ!чних напрут.

Було установлено, що цим вимогам серед досл1дауваних тонкоплIвкових систем в!дпов1дакггь лише дв! - Au/Nl/W/Sld 11 > I Au/NI/TI/Sl<111>. Ефективним бар'ером для електродифуз11 золота стало формування сил!цид1в н!келя NigSi, NlgSi, I NISI у процес1 зерногранично! дифузП кремн!я п!дкладки у пл1вку н!келя. Деяк! метали, наприклад, хром прискорювали небажану дифузНо золота, у п1дкладку.

У п'ятоыу розд1л! розглянут1 результата досл1даення б!о- та електрохIмIчноI корозП пл!вок сил1цид1в титану, хрому, мол1бдену та IX двохшарових композиц1й з пл1вками алюм!н!ю на кремн 1 шит Шдкладкзх. Одним 1з шлях! в п! двищення над!йност! вироб!в електронно1 техн!ки е зменшення в!дмов нап!впров!дникових пристро1в та !нтегральних м!кросхем внасл!док короз1йного руйнування тонкопл 1вковоI метал!зацп п!д д!ею електрох!м1чно1 корозП та п!д впливом продукт!в життед!яльност! б!олог!чних агенНв - м!кроскоп!чних гриб!в (м!кокороз!я).

Проведен! досл!дження показали, що шПвки дисил1цвд1в мол!бдену I титану Шдлягакггь короз! I як в кислому так ! в лужному середовищ!. ШвидкIсть електрох1м!чноI та б!окороз!1 залежать в!д структурного стану шПвок. Швидк! сть електрох 1м1чно1 корозП пл!вок дасил!циду титану в лужному середозшд1 у кристал1чному стан! менша, н!ж в аморфному, а в пл!вках дисил!циду мол!бдену встановлена протилежна залежн!сть.

Установлено, що стаб!л!зуючий в!дпал (720К, 0.5 год.) зб!льшуе швидк1сть електрох1м1чноI короз!I пл!вкових композиц!й алюм1н!й/дисил1цид мол!бдена/кремн!й.

Пл!вки дисил!цид1в титану, мол!бдену, хрому у кристальному стан! б 1 льш ст!йк! до д! I м!кокороз!1, н!ж в аморфному. По стIйкостI до м!кокороз11 пл!вки дисил]цид!в можна розмIстити в наступн!й поел1довностI в порядку зменшення: MoSl2, TiSlo, CrSlg.

У шостому розд!л! наведен 1 приклади використання наукових результата досл!даення при удосконаленн! технолог!чних процес!в у виробнищЫ м!кроприлад!в. Галузь практичного використання одержаних в робот! наукових результат!в - !нтегральн! м!кросхеми виготовляються з допомогою п-МОН, k-МОН, р-МОН, б!полярно! технолог !й, а також дискрета 1 слабострумн! м!крощзилади та м!кропрш1ади, як! працюють при густинах струму >104А/см .

Використання та впровадаення у I984-I99I роках результат!в дасертац1йно! робота на п!дприемствах ВО "ТОР", 1Щ1 "Пульсар", Москва, HBO "Ор!он", Ки!в, ВО "Гамма" , Запор!жжя, концерн! "Родон", 1вано-Франк!вськ з урахуванням частково! участ! автора забезпечило економ!чний ефект 1.6 м!л!она карбованц!в.

У висновках узагальнен1 основн! науков! результата та нам!чен! шляхи подальших досл!даеннь в облает! дифуз!йного структуро- та фазоутворення у субм!кронних пл!вках сил!цид!в перех!дних _метал!в, прогнозування !х ф!зичних властивостей з урахуванням впливу дом1шкових атом 1в на електронну структуру сил!цидних фаз.

Визначен! напрями можливих пршиадяих розробок, основою для яких можуть бута одержан! в робот! результата.

0сновн1 висновки

1. Формування фазового складу, структури та властивостей пл!вок сил!цид!в перех!дних метал!в на кремни в умовах промислового виробницгва визначаються наступними факторами: х!м!чним складом вих!дного матер!аду, що випаровусться, умовами осадаення шПвки та терм!чно! обробки, структурно-фазовим станом п!дкладки, дом1шками(табл.3).

2. У систем! "гШвка метаду - кремн!ева п!дкладка" (кремн!й монокристал!чний, ор!снтац!й <100>, <Ш>, легований бором або фосфором, пол!кристал!чний та дифракц!йно-аморфний) структурно-фазовий стан п!дкладки впливае на к!нетаку терм!чно активованих твердот! льних реакц1й сил!цидоутворення, як! прот1кають з утворенням пром!жних фаз.

Таблиця 3.

II ШЧККЙ СКЛАД ншшшс пйейаи

г[ уюнн осття

1Етади омл*[нна

тии имиоги япитри ЦП«,

онучи оииш

■;ыГ|[Р1Чм йхици им

!К«Ц 1МШ1

Р„ (По)

■U1U.II 0Щ»ЕИИ

V (т/с!

МШМК1 11ИМТ1И

11 -г "¿г*

ТЦШКГМ ЩкМ» Т(К1

Ттш

терм'шно! обробки

ЗшукшййшГ гаи

ПЦКААДКИ

£

<и>

I

$кШ>"

I ш

1

5.111:

1

ИГ

диши

а*"""

3. Дом!шков! атоми (О.С.И.Са ! т.п.), як! потрапили в шПвку металу при осадаенн!, зменшують швидк!сть, але не зм!яюють

тип реакцП, яка визначаеться дифуз!ею реагент!в в зону реакцП

(СЬ^т).

У пл!вц1 титану на кремни, де тьердофазним реакц! ям сил!цидоутворения передуе утворення метастаб!льного розчину титан-домIшковI атоми (О,С ! т.п.)- кремн!й, спостер!гаеться практично однакова швидк!сть твердофазних реакц!й на кремн!евих п!дкладках з р!зним структурно-фазовим станом поверхн!. Дом!шков! атоми кисню у П1 дкладках пол!кристального або дифракц!но-аморфного кремн!ю перешкодаають розвитку лроцес!в формування сил!цидних структур, стаб!л!зуючи пром!ш! фази.

4. При зростанн! силЩидного шару мае м!сцз направлена дифуз!я дом!шкових атом!в (0,С,Са,5, ! т.п.),як! присутн! в пл!вц1 металу, до I! поверхневих шар!в. В результат! цього у сформованих

шПвках дисил!цид!в перех!дних метал!в менша концентрац1я домIшкових атом1в, н!ж у пл1вц1 металу.

5. При лазерному опром!ненн! тонкопл!вково1 системи "метал-кремн!ева Шдкладка" в режим! неперервно? хвил! в д!апазон! енерПй 8-90 Дж/см2 сшПцидн! структури утворюються кристал!зац1ею з р!дко1 фази. К!льк!сть сил!циду, що утворюеться, пропорц!йна енергИ опром!нення.

6. Формування кристал!чноТ структури в аморфних пл!вках сш!цид!в перех!дних метал!в визначаеться двома терм!чно активованими процесами: I- кристал!зац!ею, 2- дифуз!ею у шПвку кремн!я шдкладки. Переходу з аморфного в кристал!чний стан перешкоджають дом!шков1 атоми кисню, вуглецю, оксида 1 сполуки компонент х!м!чного складу пл!вки,що блокують процес кристал!зац!I пл]вок складу MoSi2, WSi2, T1SI2 на стад!г формування пром!жноГ, метастаб1лыю! модиф1кац!Т в!дпов!дно MoSi2C40, WSi2C40 та T1S12 С49.

Скорочення часу в!дпалу при кристал!зац!I аморфних сшПцидаих шПвок за рахунок використання теплових !мпульс!в некогерентного св!тлового випром!нешя дозволяв обмежити д!ю середовица, що окислюе, та одержати однор!дн! кристал!чн1 структури стаб!льно! модиф!кац!1 дисил!цид!в MoSI^CUb, WSI2C11b, TlSi2 С54 з низьким р!внем механ!чних напруг (10-70 МПа) та значениями електроопору в !нтервал! 15-120 мкОм'см. Переваги, як! одержуються при !мдульсн!й тешгов!й обробц!, досягаються при в!дпал! шг!вок у середовищ1 водаю.

7. Дифуз!я кремн!ю Шдкладки в аморфну сил!цидну пл!вку викликае формування кристал1чних сил!цидних фаз з вм!стом кремн!ю б!льшим, н!ж в осаджен!й Ш1!вц!.

8. К1нетика процесу кристал!зац!I сил!цидних пл!вок з аморфного стану залежигь в!д ор!ентац!1 монокристал!чпо! кремн!ево1 п!дкладки та Т! легування.

9. В процес! кристал!зац!! з аморфного в кристал!чний стаи шПвок сил!цид!в перех!дних метал!в спостер!гаеться направлена дифуз!я дом!шкових атом!в (О,C,N, ! т.п.) до поверхн! шПвки та до меж! розпод!лу з п!дкладкою. В умовах !мпульсного фотонного в!дпалу направлена дифуз!я приймае характер масопареносу з аномально великою швидкЮтю, яка зростае на

(ефективний коеф!ц1ент дифуз! I досягас величини

пор! вн янн I з! швидк I стю, яка характерна для процэс!в при традиц!йн!й терм!чн1й обробц!. Величина масопереносу не однакова для р!зних дом1шкових атом1в.

10. Р!вень механ!чних напруг, величина електроопору сил!цидних mrlBoK у б!льш!й м!р! залежать в!д атом!в кисню, н1ж вуглецю. СегрегацП атом!в вуглецю, як! утворюються на меж1 розпод!лу сил1цидних структур при формуванн! комплексного сил!циду PtjNl^ _xSi викликакпъ пог!ршення вольт-амдарних характеристик дЮд!в Шоттки.

Шдвицена концвнтрац!я дом Шкових атом! в в поверхневих шарах сшЦцвдноГ пл!вки може бути додатковим бар'ером для небажанот дифузи атом!в метал!в верхнього шару (Ац,А1) в кремн1еву Шдкладку, стаб!л!зуючи експлуатац!йн! характеристики д!од!в Шоттки.

11. Установлено, що багатошаров! тонкошг1вков! композитт Au/Co/Mo ! Au/NiCr/Ho можуть бути використан! як стаб!льн! до 820К контакта на кремн! I та S10?,, a Au/Nl/Tl ! Au/Nl/W - у контактних системах на кремн! i, як! працоють при п!двиш,ених густанах струму (до I04 А/см2). Ефективним бар'ером для електродифуз П матер !алу контакту служать зформован! шари сил!швд!в NigSI, Ni^Sl, NISI у пл!вках н!келю.

Основн! результата дасертац!I опубл!кован 1 в наступних роботах:

1. Дошшев Б.Г., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Электроногра-фическое исследование интерметаллических фаз в пленках ГI/"1/51 //Получение и свойства тонких пленок. - 1979. - Киев: ИПМ АН УССР. - С.165 - 167.

2. Дошшев Б.Г., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Ренгенографи-ческое исследование термически обработанных конденсатов Рь, N1 па

//Металлофизика. - 1979. - т.II, № I. - С.112 - 117.

3. Донишев Б.Г., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Применение оптического метода при исследовании диффузионных процессов в пленках Р1,/Ш, осаэденных на кремний//Физика твердого тела. - 1980. -Киев-Донецк. - вып. 10. - С.66-70.

4. Белоус М.В., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Исследование

влияния термообработки на свойства молибденовой металлизации, полученной термоионннм методом//Получение и свойства тонких пленок 1981. - Киев: ИПМ АН УССР. - С.87 - 90.

5. Донишев Б.Г., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Исследование влияния термообработки на электрофизические свойства конденсатов Co/S10, Co/Sl, Au/Co/Sl, Au/Co/SЮ2//йзвестия АНСССР, серия Неорганические материалы. - 1981. - т.17, i 9. - C.I627-I629.

6. Макогон Ю.Н., Рудой Ю.Н., Сидоренко С.И. Применение метода ферромагнитного резонанса для исследования и контроля термической обрабоки пленок Ni/Pt, Ni на кремнии или окиси кремния //Известия АН СССР, серия Неорганические материалы. - 1983. - т.19, Ji 2. - С.330-332.

7.Донишев Б.Г., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Резистометри-ческое исследование пленочных композиций на кремнии // Электронная техника, серия Материалы. - 1984. - вып.5(190). - С.39-44.

8. Kuznecov М.А., Makogon Ju.N., Sldorenko S.J. Röntgeno-graphlsche Messungen von Jparmungen In clunnen drücken Molybden-Schlchten//WIsseiL3cha;ftllche Tagung "Fes tkörperanaly tili", 1984, TH Karl-Marx-Stadt, Tagungsberichte, Heit 6, S. 180-182

9. Болтовец H.C., Макогон Ю.Н., Яременко H.H. и др. Силици-дообразование в системе вакуумно-конденсированный молибден - кремний //Известия АН СССР, серия Неорганические материалы. - 1985. -Т.21, № 2. - 0.254-257.

10. Макогон Ю.Н. .Сидоренко С.И., Яременко H.H. и др. Об улучшении свойств металлизации Mo-Au на кремнии и Si0a//HoBne материалы для микроэлектроники. - 1984. - Киев: ИПМ АН УССР. - С. 5868.

11. Белоус М.В., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. и др. Фазообра-зование в пленках вакуумно-конденс.ированного N1 на кремнии //Доклады АН УССР, серия А Физ.- мат. и техн. науки. - 1986. - Л 2. -С.70-73.

12. Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Условия формирования апи-таксиальвых силицидов никеля в системе вакуумно-конденсированный N1 - монокристалл кремния //Металлофизика. - 1987. - т.9, Ji I. -С. 128-130.

13. Белоус М.В., Макогон D.H., Сидоренко С.И. и др. Механические напряжения в пленках Ко и Мо512//Силициды, получение, свойства, применение. - 1986. - Киев: ИПМ АН УССР. - С.124-128.

14. Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И., Яременко H.H. и др. Многослойная металлизация с тугоплавкими металлами на кремнии и окиси кремния //Известия АН СССР, Неорганические материалы. - 1987. -Т.23, № 2. - С.247-250.

15. Белоус М.В., Коптенко В.М., Макогон D.H. Твердотельные реакции в конденсатах Мо и Mo+Sl, осажденных на кремний и двуоксид кремния //Физика и химия обработки материалов. - 1987. - i 3. -С.89-92.

16. Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Исследование диффузии в системе вакуумный конденсат кобальта - массивная подложка методом ФМР //Физика твердого тела. - 1987. - вып.17. - С.75-79."

17. В.М., Макогон D.H., Сидоренко С.И., Яременко H.H. и др. Образование силицидов в пленках титана на кремнии //Известия АН УССР, ИЬталлы. - 1988. - J6 3. - С.156-159.

18. Августинов В.Л., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. и др. Роль примесей при формировании тонких пленок силицидов молибдена //Материалы и новые технологические процессы в микроэлектронике. -1989. - Киев: ИПМ АН УССР. - С.66-69.

19. Крутько A.A., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Исследование твердотельных реакций при взаимодействии пленки титана с поверхностью <III> кремния в процессе отжигов 870 - 1270 К //Физика и химия обработки материалов. - Г989. - JS 3. - С.94-99.

20. Крутько A.A., Макогон D.H., Сидоренко С.И. Влияние парциального давления кислорода на фазовый состав и концентрационное распределение элемнентов в конденсатах TI + Si, осажденных на окисленные пластины монокристаллического кремния// Физика и химия обработки материалов. - 1989. - J6 3. — С.100-104.

21. Вербицкий В.Г., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. и др. Влияние подложки на фазовые превращения в конденсатах T1+S1/S1 //Известия АН СССР, серия Металлы. - 1989. - J6 3. - C.I7I-I72.

22. Гершинский А.Е., Макогон D.H., Сидоренко С.И. и др. Влияние примесей на кинетику взаимодействия пленок молибдена с кристаллами кремния //Электронная техника, серия 2. - 1989. -вып.2(199). - С.55-58.

23. Макогон D.H., Остапчук А.И., Сидоренко С.И. и др. Структура, свойства и применение силицидов Pt, Ni, Mo, Со //Металлофизика. - 1990. - т.12, J6 I. - С.56.

24. Литвинова Т.В., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. и др. Твер-

дотелышо реакции в тонкопленочных системах Au/Ni/Mo, Au/Nl/W, осажденных на кремнии//Физика и химия обработки материалов. -

1989. - № 5. - С.108-111.

25. Донишев Б.Г., Макогон D.H., Сидоренко С.И. Применение оптического метода при исследовании диффузионных процессов в пленках Pt/Ni, осажденных на кремний //Физика твердого тела. - 1980. -выпЛО. - C.GS-70.

26. Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И., Яременко H.H. Роль примесей при формировании тонкопленочных силицидов молибдена //Физика и химия обрабоки материалов. - 1990. - Л 3. ~ С.60-63.

27. Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Фазообразование в тошгапле-ночной системе титан - кремний//Новые материалы микроэлектроники. - 1988. - Киев: МЫ АН УССР. - С.60-63.

28. Дворина Л.А., Макогон D.H., Сидоренко С.И. Физико-химические основы технологии тонких пленок силицидов как элементов интегральных схем с повышенными быстродействии, степенью интеграции и надежностью //Силициды (получение, свойства, применение). - 1990. - Киев: ИПМ АН УССР. - С.4-12.

29. Литвинова Т.В., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. и др. Исследование межслойного взаимодействия в тонкопленочных системах Au/Pd/Mo/Ti и Au/Nl/Ti на кремнии//Известия АН СССР, серия Металлы. - 1990. - № 3. - С.166-168.

30. Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Влияние термической обработки на фазовый состав пленок Mo + S1, полученных соосаадением и магнетронным распылением //Известия АН СССР, серия Металлы. -

1990. - JS 3. - С.153-157.

31. Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И., Базарный Ю.А. и др. Исследование диффузии в тонких пленках Au/Pd/Il, Au/Pd/Cr/Tl на крем-нии//Известия АН СССР, серия Неорганические материалы. - 1990. -Т.26, Jf 12. - С.246Г-2466.

32. Макогон D.H., Рождественский Г.Ф. Сидоренко С.И. и др. Формирование диодов Шоттки на основе силицида платины //Электронная техника, серия 6. - 1990. - вып.8(253). - С.5369.

33. Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Концентрационно-фазовые неоднородности в пленках силицидов ряда переходных металлов //Структурная и химическая микронеоднородность в материалах. - 1991. -Киев: ИПМ АН УССР. - С.17-20.

34. Макогон Ю.Н. Влияние термообработки не фазовый состав

пленок титана на кремниевых подяожках//Извесгия АН СССР, серия Неорганические материалы. - 1991. - т.27, № I. - С.18-24.

35. Бретшнайдер В., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. и др. Формирование сшшцидных фаз в пленках Cr + S1/SI (100)//Известия АН СССР, серия'Металлы. - 1991. - J6 3. - C.I86-I9I.

36. Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Влияние ориентации подложки из монокристаллического кремния на фазообразование в тонких пленках молибен + кремний //Неорганические материалы. - 1992. -Т.28, J6 5. - С.942-946.

37. Крутько A.A., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Исследование твердотельных реакций при взаимодействии пленки титана с поверхностью <100> кремния при отжиге в интервале 870 - 970 К //Электронная техника, серия Материалы. - 1991. - № Z. - С.3-6.

38. Качурина Е.Е., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. Формирование кристаллической структуры пленок MoSl2, легированных кобальтом //Неорганические материалы. - 1992. - т.28, i 8. - C.I653-I657.

39. Беспалов Г.А., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. и др. Особенности структурных превращений в пленках титан-кремний//Металлофизика, АН Украины. - 1992. - т. 14, Л 4. - С. 7480.

40. Макогон D.H., Сидоренко С.И. Фазообразования и напряжения в тонких пленках системы Мо-51//Металлофизика. - 1991. - т. 13, JE 7. - С.122-129.

41. Макогон Ю.Н., Нищенко М.М., Сидоренко С.И. и др. Термоздс тонких пленок PeSl2, сформированных при лазерном воздействии//ФММ. - 1992. - JE 3. - С.73-77.

42. Макогон Ю.Н. Образование метастабильной структуры С49 в пленках дисилицида титана. Неорганические материалы. - 1992. -Т.28, № 8. - C.I646-I652.

43. Бойко С.Н., Макогон Ю.Н., Нищенко М.Н. и др. Влияние лазерного облучения на фазовый состав тонкопленочных систем переходный металл - кремний//Неорганические материалы. - 1993. - Т.29, Ji I. - C.II2-II5.

44. Макогон Ю.Н., Осталчук А.И., Сидоренко С.И. и др. Роль примесей (0, С) при формировании кристаллической структуры пледа* дисилицида титана//Маталпы. - 1993. - Ji 2. - С. 187-192.

45. Макогон Ю.Н., Назаренко В.Н., Остапчук А.И. и др. Формирование диодов Шоттки на основе, дисилицида молибдена с улучшешшм!

характеристиками. Неорганические материалы. - 1993. - т.29, №4. -С.1-3.

46. Качурина Е.Е., Макогон D.H., Сидоренко С.И. Исследование закономерностей процесса кристаллизации пленок дисилицида титана. Металлы.-1993.- « 2.-С.67-71.

47. Макогон D.H., Качурина Е.Е. Исследование процесса кристаллизации пленок дисилицида вольфрама на кремниевых подложках. Неорганические материалы. - 1993.- т.29,- № 3.-С.355-357.

48. Литвинова Т.В., Макогон D.H., Сидоренко С.И. Механизмы диффузии и стабильность свойств тоякоплеиочных систем Ii-Nl-Au. W-Ni-Au, Mo-Nl-Au на кремнии. Металлы.- 1993. -JB.- С. 205-209.

49. Качурина Е.Е., Макогон D.H., Сидоренко С.И. Исследование процессов кристаллизации пленок дисилицида молибдена. Металлы.-1993.- ЯЗ.- С. 214-220.

50. Биднык Д.И., Макогон Ю.Н., Сидоренко С.И. и др. Способ изготовления тонкопленочного элемента/7Авторское свидетельство J£ I723I50, заявка № 4806272 от 27.03.1990. Положительное решение от 18.07.1991.

51. Болтовец Н.С., Макогон D.H., Сидоренко С.И. и др. Способ изготовления многослойной контактной металлизации //Авторское свидетельство № I7I5I29, заявка JS 4741776 от 22.08.1989.

52. Биднык Д.И., Бойко С.И., Макогон D.H. Способ изготовления МОП-интегральной схемы //Авторское свидетельство № 1736300, заявка J6 4793452 от 21.02.1990.