Квазихимическое взаимодействие при формировании приповерхностных легированных слоев и кристаллизации пленок в газофазных процессах диффузии и роста тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

76 ОД

• 8 ОКТ 1996

На правах рукописи

КОРОЛЕВ АЛЕКСЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

Квазихимическое взаимодействие при формировании приповерхностных легированных слоев и кристаллизации пленок в газофазных процессах диффузии

и роста

Специальность 02.00 04 - физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

Москва -1996

Работа выполнена в Таганрогском государственном радиотехническом университете

Научный консультант:

эаслуж. деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Сеченов Д.А.

Официальные оппоненты:

заслуж. деятель науки и техники РФ, доктор химических наук, профессор Глазов В.М.

доктор физико-математических наук Александров П.А.

доктор химических наук Минаев B.C.

Ведущая организация:

НПО "Электроника", НИИ электронной техники г.Воронеж

Защита диссертации состоится "_"_1996 г.

в_час на заседании диссертационного совета Д.053.02.03 при Московском институте

электронной техники (технический университет)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГИЭТ

Автореферат разослан "_"_1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Раскин А.А.

бы идя ХАРАКТЕРИСТИКА Д1 ¡СП-РТАЦИОННОП РАБОТЫ -

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Характерной особенностью базовых процессов формирования полупроводниковых структур (диффузия, имплантация, рост, окисление и т.д.) является их осуществление в приповерхностной области обрабатываемой подложки. Это обусловлено, во-первых, дальнейшей миниатюризацией формируемых структур, когда.их. свойства начинают определяться уже несколькими атомными слоями и, во-вторых, преимущественным использованием нетермических источников активации процессов формирования. структур (лазерное и ультрафиолетовое излучение, электрическое поле, ионные и электронные пучки и др.), когда энергетическое воздействие локализуется в приповерхностной области обрабатываемой подложки.

Закономерности протекания приповерхностных процессов радикально отличаются от аналогичных закономерностей в объёме твёрдой фазы. Экспериментальные трудности, возникающие . при, определении этих закономерностей, невольно усиливают значимость теоретических представлений о взаимодействии приповерхностных слоёв твёрдой фазы с конденсатом, в первую очередь в газофазных (парофазных) процессах диффузии и роста. Это в значительной мере повышает роль исследований приповерхностных процессов, без знания закономерностей которых невозможно развитие и такого перспективного направления в технологии микроэлектроники как нанотехнология.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Взаимодействие приповерхностных слоев твёрдой фазы с конденсатом в процессах диффузии и роста имеет: в основном, квазихимическую природу. Многообразие видов этого взаимодействия и сложный характер каждого из них определяет потребность в количественной теории квазихимической связи в многоатомных системах.

В рамках теории хемосорбции подробно описан переход атомов примеси из газовой (паровой) фазы на поверхность полупроводника. Теория диффузии даёт детальное описание перемещения примесных атомов в его объёме. Однако в обеих теориях отсутствуют представления о промежуточной стадии массопереноса примеси в рассматриваемой двухфазной системе - о .переходе примеси с поверхности полупроводника в его приповерхностный слой. Отсюда вытекает необходимость создания описания внедрения

хемосорбированной примеси в структуру полупроводника в начальной фазе процесса диффузии.

Существующие представления о гетерогенном зародышеобразова-нии носят феноменологический характер и потому не позволяют судить о механизме формирования зародыша новой фазы, а также о его структуре. В связи с этим возникает необходимость построения теоретических представлений о структурировании зародыша на начальной стадии процесса роста.

Распространение в последнее время нетермических способов активации базовых процессов формирования полупроводниковых структур определяет необходимость расширения теоретических представлений о влиянии, в частности, постоянного электрического поля и УФ-излучения на диффузию примеси и рост плёнок. Выбор в качестве объекта исследования низкотемпературных активируемых процессов закономерен с позиции эволюции современной микроэлектроники: традиционные термические методы формирования полупроводниковых структур с их высокой энергоёмкостью и низкой избирательностью воздействия исчерпали свои возможности. Более того, в них заложен недостаток принципиального характера: размеры создаваемых полупроводниковых структур становятся сравнимыми с длиной свободного пробега теплового фонона.

Все" перечисленные аспекты представленной проблемы и определили направление исследования "Квазихимическое взаимодействие при формировании приповерхностных легированных слоев и кристаллизации плёнок в газофазных процессах диффузии и роста ", основными задачами которого являются :

1. Построение количественной теории квазихимического взаимодействия в многоатомных системах.

2. Построение теории преддиффузионного состояния хемосорбиро-. ванной примеси.

3. Построение теории предзародышевого состояния хемосорбированного конденсата.

4. Развитие теоретических представлений о влиянии постоянного

электрического поля на диффузию примеси в приповерхностном ••' слое полупроводника.

5. Развитие теоретических представлений о влиянии УФ-излучения

на рост плёнок на поверхности полупроводника.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Для полупроводников типа построена теория хемосорбционного комплекса , через формирование которого реализуются газофазные (парофазные) процессы диффузии и роста. В рамках этой теории развита стохастическая модель элементарного акта образования хемосорбционного комплекса: определены вероятность перехода атома конденсата из адсорбированного в хемосорбированное состояние, и константа скорости этого перехода как квазихимической реакции первого порядка. Построена квантовая модель квазихимической связи между атомом конденсата и атомами, составляющими поверхностный активный центр полупроводника: определена суммарная энергия связи в хемосорбционном комплексе и величина его поляризации. Сформулированы условия образования гомео- и гетерополярного хемосорбционных комплексов. Построена релаксационная модель перегрева в окрестности хемосорбционного комплекса при его образовании: рассчитаны температурное поле в области локального перегрева, а также размёры этой области и время диссипации энергии, выделяемой в элементарном акте образования хемосорбционного комплекса.

Развиты теоретические представления о формировании приповерхностных легированных слоев при газофазной (парофазной) диффузии. На основании теории хемосорбционного комплекса разработан механизм образования вакансии в окрестности гетерополярного хемосорбционного комплекса и построена квантовая модель его распада как элементарного акта перехода атома примеси из гетерополярного хемосорбционного комплекса в образовавшуюся вакансию. Создана кинетическая модель накопления атомов примеси в окрестности гетерополярного хемосорбционного комплекса, интерпретируемого как начальная стадия процесса диффузии.

Развиты теоретические представления о кристаллизации плёнок при газофазном осаждении конденсата. На основании теории хемосорбционного комплекса разработан механизм активации адатома конденсата в окрестности гомеополярного хемосорбционного комплекса и развита решёточная модель взаимодействия в системе "адатом конденсата - гомеополярный хемосорбционный комплекс". Построена квантовая модель формирования зародыша новой фазы как

элементарный акт присоединения адатома конденсата к гомеополярному хемосорбционному комплексу, интерпретируемого как начальная стадия процесса роста.

Развиты теоретические представления о влиянии постоянного электрического поля на диффузию примеси в приповерхносном слое полупроводника типа А'Ч Разработаны механизмы активации электрическим полем адсорбции и гетерогенной диссоциации молекул примеси. На основании теории хемосорбционного комплекса построена квантовая модель образования гетерополярного хемосорбционного ■ комплекса в электрическом поле. Создана нелинейная модель диффузии -примеси в приповерхностном слое полупроводника при воздействии электрического поля.

Развиты теоретические представления о влиянии УФ-излучения на рост плёнок на поверхности полупроводника типа А'Ч Разработаны механизмы активации УФ-излучением адсорбции и гетерогенной диссоциаций молекул конденсата. На основании теории хемосорбционного комплекса создана динамическая модель образования гомеополярного хемосорбционного комплекса при воздействии излучения. Построена релаксационная модель формирования и роста плёнки конденсата под влиянием излучения.

НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Теория хемосорбционного комплекса, через образование и последующий распад которого осуществляется внедрение примеси в полупроводник, а через образование и последующий рост - зародышеобразование на его поверхности, позволяет с единых позиций дать количественное описание начальной стадии газофазных (парофазных) процессов диффузии и роста. Полученные результаты могут быть использованы при разработке и оптимизации этих технологических процессов, предсказании параметров формируемых структур.

Созданная теория допускает формулировку количественных критериев возможности реализации того или иного из рассматрииваемых процессов и их интенсивности в зависимости от характера квазихимического взаимодействия конденсата с поверхностью полупроводника. Применение этих критериев обеспечит целенаправленный поиск и выбор наиболее благоприятных по отношению к полупроводникам типа А'У реагентов в процессах диффузии и роста.

Построенная теория даёт возможность развить существующие представления о механизме взаимодействия активирующего воздействия нетермической природы (электрическое поле или УФ-излучение) с материалом подложки, что предполагает обоснованную оценку параметров этого воздействия.

Изложенные в диссертации теория, модели и методы решения могут использоваться в соответсвующих разделах физической химии поверхности твёрдого тела и физико-химических основах современной технологии микроэлектроники.

СТРУКТУРА И ОБЪЁМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа, помимо введения, представляющего её общую характеристику, содержит пять глав, которые посвящены изложению результатов теоретического исследования по теме диссертации, а также список литературы, из 102 наименований. Полный объём составляет 166 стр., в том числе 8 таблиц и 26 рисунков.

Во второй главе для полупроводников типа А'У построена теория хемосорбционного комплекса, через образование которого и последующий распад или последующий рост, осуществляются внедрение примеси в полупроводник или зародышеобразование на его поверхности соответственно. На её основе проведён расчёт вероятности образования хемосорбционного комплекса, состоящего из адатома конденсата и атомов поверхностного активного центра, а также константы скорости образования этого - комплекса как квазихимической реакции нулевого порядка.

Проведён квантовохимический расчёт суммарной энергии связи в хемосорбционном комплексе, а также величины его поляризации, проявляющейся при формировании этой квазихимической структуры. Как следствие теоретических представлений о поляризации хемосорбционного комплекса сформулированны условия образования гомео- и гетерополярного комплексов в зависимости от её величины. В заключительной части второй главы определена величина перегрева в. окрестности хемосорбционного комплекса, возникающего вследствие локального выделения энергии при его образовании,, а также размеры области перегрева и время релаксации избыточной теплоты в приповерхностном слое полупроводника.

Исследованию формирования приповерхностных легированных слоёв при газофазной (парофазной) диффузии примеси посвящена

третья глава. На основе теоретического описания, построенного во второй главе, разработан механизм образования вакансии в окрестности гетерополярного хемосорбционного комплекса, и проведён квантовохимический расчёт вероятности и энергии активации перехода атома примеси из этого комплекса в образованную вакансию. В рамках синергетического подхода описана эволюция накопления примеси в области гетерополярного хемосорбционного комплекса, рассматриваемого как начальная фаза процесса диффузии.

В четвёртой главе диссертации представлены результаты исследований кристаллизации плёнок при газофазном (парофазном) осаждении конденсата. В первой части этой главы описан механизм активации адатома конденсата в окрестности гомеополярного хемосорбционного комплекса, основанный на теоретических представлениях, изложенных во второй главе. В следующей части главы 4 определён потенциал взаимодействия адатома конденсата с этим комплексом, и проведён квантовохимический расчёт вероятности присоединения адатома конденсата к гомеополярному хемосорбционному комплексу, интерпретируемого как элементарный акт образования зародыша (элементарной ячейки) новой фазы. На основании этих представлений описана эволюция формирования элементарной ячейки новой фазы, рассматриваемого как начальная стадия процесса роста.

Пятая и шестая главы посвящены исследованию влияния нетермических источников активации на газофазные (парофазные) процессы диффузии примеси и роста плёнок. В пятой главе представлен механизм активации постоянным электрическим полем адсорбции молекул примеси и их гетерогенной диссоциации. На основании теории хемосорбционного комплекса проведён квантовохимический расчёт его образования в условиях электрического поля. В заключительной части этой главы в соответствии с этими представлениями описана диффузия примеси в приповерхностном слое полупроводника, находящегося в постоянном электрическом поле, и проведена оценка адекватности построенного описания.

Шестая, заключительная глава содержит описание механизмов активации УФ-излучением адсорбции и гетерогенной диссоциации молекул конденсата. На основании теории хемосорбционного комплекса

дано описание его формирования и роста плёнки конденсата при УФ-излучении, и проведена оценка адекватности построенногоописания.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ

1. Квазихимическое взаимодействие адатомов конденсата с поверхностными атомами полупроводника в составе активного центра (элементарной ячейки) может быть адекватно описано в рамках теории хемосорбционного комплекса. Основной феноменологический параметр теории - константа скорости квазйхимической реакции образования хемосорбционного комплекса - может быть определён из модельных представлений и экспериментально. В рамках этой теории может быть рассчитана энергия квазихимической связи в этом комплексе, а также степень его поляризации, величина которой определяет различную природу хемосорбционного комплекса (гомео- и гетерополярность).

2. Выделение энергии в окрестности хемосорбционного комплекса при его образовании, в зависимости от его природы, приводит либо к его росту, либо его распаду. В первом случае происходит формирование зародыша новой фазы в виде её элементарной ячейки на поверхности полупроводника, во втором - внедрение атома в его кристаллическую решётку. Вероятность осуществления каждого из этих элементарных актов, а также их энергия активации, могут быть рассчитаны с учётом конкретной конфигурации хемосорбционного комплекса и определяются формой потенциала взаимодействия адатома конденсата и атомов поверхностного активного центра.

3. Начальной стадии диффузии примеси в полупроводник соответствует последовательность элементарных актов образования и распада гетерогенных хемосорбционных комплексов, в результате которой

. происходит накопление примеси в приповерхносном слое полупроводника и создание градиента концентрации. Начальной стадии роста плёнки конденсата отвечает формирование на гомеополярных хемосорбционных комплексах её элементарных ячеек, результатам чего является структурирование конденсата на поверхности полупроводника. Эволюция накопления примеси и структурирования конденсата описана в рамках синергетического подхода.

4. Влияние постоянного электрического поля на диффузию примеси в приповерхностном слое полупроводника с позиции теории хемосорб-

ционного комплекса сводится к возрастанию концентрации гетерополяр-ных комплексов и их ослаблению, что , в конечном счёте, приводит к увеличению скорости диффузии. Воздействие поля определённой напряжённости допускает энергетически эквивалентное снижение фоновой температуры диффузионного процесса. Распределение концентрации примеси в' приповерхностном слое полупроводника в этом случае отлично от фиковского распределения.

5. Влияние УФ-излучения на рост плёнки конденсата с точки зрения теории хемосорбционного комплекса сводится к возрастанию концентрации гомеополярных комплексов, их упрочнению, и ,в итоге, к возрастанию скорости роста. Воздействие УФ-излучения определённой частоты также допускает энергетически эквивалентное снижение фоновой температуры процесса. Распределение плотности кристаллической плёнки по её толщине в этом случае отлично от однородного распределения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Введение. Во введении определено значение теоретических представлений о взаимодействии приповерхностного слоя твёрдой фазы с конденсатом в исследованиях газофазных (парофазных) процессов диффузии и роста. Обосновано применение при проведении этих технологических процессов различных активирующих воздействий нетермической природы. Содержится описание и взаимосвязь задач, возникающих .при исследовании квазихимического взаимодействия атомов конденсата с поверхностными атомами твёрдой фазы, направление работы, используемые теоретические методы. Представлены также основные положения и выводы диссертации, характеризующие научную новизну и практическую ценность её результатов.

Глава 2. Теория хемосорбционного комплекса для полупроводников типа А'у. Во введении второй главы, наряду с кратким обзором основных работ по исследованию хемосорбции вещества поверхностью твёрдой фазы Дж. Шриффера, Дж. Слэтера, Аппельбаума, Хаммана и др. показано, что основной недостаток теории хемосорбции связан с её отрывом от теории химической связи. Перспективным направлением развития современной теории хемосорбции является рассмотрение локальных взаимодействий с учётом их многоэлектронного характера. Поэтому актуальным является построение количественной теории квазихимической связи в многоатомных системах с учётом их конкретной конфигурации.

В основу описания образования хемосорбционного комплекса типа "адатом конденсата - поверхностный активный центр" были положены следующие представления. В общем случае, элементарный акт перехода атома из адсорбированного состояния в хемосорбированное соответствует его перемещению из одной потенциальной ямы в другую, которые разделены потенциальным барьером. Полная энергия адатома определяется как энергией его теплового возбуждения, так и энергией квазихимического взаимодействия адатома с активным центром поверхности. Существует отличная от нуля вероятность образования квазихимической связи между адатомом и активным центром, определяемая соотношением полной энергии адатома и высотой потенциального барьера активного центра.

В качестве математической основы сформулированной • задачи было использовано уравнение Планка - Фоккера, которое в предлагаемой интерпретации можно записать в следующем виде:

а\\'(х,ь) а

и--—- = и —

с!Ь с!х

аи(х)

с!х

\\'(хД)

+ 0

с!"\У(Х, I) с1х2

(1)

Здесь \у(хД) - плотность вероятности перехода атома из физсорб-ционной потенциальной ямы в хемосорбционную потенциальную яму ; и(х) - функция пространственного распределения энергии квазихимического взаимодействия адатома с активным центром, то есть форма потенциального барьера ; и - подвижность адатома ; Р - коэффициент диффузии ; Величина сШ(х)/с1х. представляет собой силу, действующую на адато^ со стороны активного центра.

В предположении, что высота потенциального барьера значительно превышает энергию теплового возбуждения адатома, величина полного потока вероятности. ] будет определяться выражением

и — лу + икТ—= -] (2)

ах ах

Первое. рлагаемое в уравнении (2) соответствует потоку вероятности перехода адатома через потенциальный барьер вследствии его квазихимического взаимодействия с активным центром. Второе слагаемое характеризует поток вероятности перехода в результате теплового возбуждения адатома.

При допущении, что кривая пространственного распределения энергии квазихимического взаимодействия у подножия барьера и у его вершины имеет полиномиальный вид, для j было получено

а2и ( е.

¡■т^-Й' (3)

где е0 - высота потенциального барьера ; а - параметр, характеризующий форму барьера; Т - температура : к - константа Больцмана.

Из решения (3) следует, что поток вероятности имеет размерность обратного времени [ с -1 ], и может быть истолкован как константа

скорости квазихимической реакции образования хемосорбционного комплекса адатом - активный центр.

Качественный анализ решения (3) показывает непротиворечивое поведение величины при изменении определяющих параметров : при увеличении высоты потенциального барьера е0 константа скорости } уменьшается ; при повышении энергии теплового возбуждения атома к'Г или его подвижности и - возрастает.

Для определения величины энергии связи в образованном хемосорбционном комплексе был использован полуэмпирический метод ППДП (полное пренебрежение дифференциальным перекрыванием). Интегралы кулоновского отталкивания электронов принимались равными нулю для функций типа срцФи (и * и), где фд и <ри - атомные орбитали. Интегралы перекрывания атомных орбиталей также считались нулевыми для ц и. В результате значительно сократилось количество вычисляемых интегралов межэлектронного взаимодействия, что позволило решить задачу Хартри - Фока для рассматриваемого ' хемосорбционного комплекса, под активным центром которого подразумевалась элементарная ячейка с координационным числом 4.

Энергия связи адатома А с активным центром В была представлена в виде

где г'д - энергия атома А в хемокомплексе ; сдв - энергия взаимодействия атома А с атомами активного центра В ; г- д- энергия атома А в адсорбированном состоянии.

Матрица электронной заселённости (плотности) в развиваемом подходе была упрощена путём перехода к базису валентных орбиталей ("валентное приближение") : кроме диагональных элементов Рцц и Рии матрицы электронной плотности, отличны от нуля лишь те недиагональные элементы, которые отвечают максимальному перекрыванию орбиталей адатома и атомов активного центра.

Основываясь на этих допущениях, диагональные элементы операторов Гамильтона и Хартри - Фока, отвечающие энергии атома А в хемокомплексе (первое слагаемое в (4)), были представлены как

Е — ед + елн Ед .

л

(4)

Р£=и* +|РлАА+4(РА-2в)уА . (6)

Здесь и^ц - матричный элемент орбитали чу, соответствующий кинетической и потенциальной энергии валентного электрона атома А в поле остова атома В ; РА - полный заряд валентных электронов атома А; гв -заряд остова атома В ; уАА и уА- соответственно интегралы электрон-электронного взаимодействия валентных электронов атома А между собой и с электронами остова атома В.

Недиагональные элементы операторов Гамильтона и Хартри -Фока, соответствующие энергии взаимодействия атома А с атомами, активного центра В (второе слагаемое в (4)), были записаны как

Н*В = РАВ6АВ, (7)

С=Рав йдв-^Олв- (8)

Здесь рАВ - параметр связи атомов А и В; 6АВ - максимальный интеграл перекрывания атомов А и В ; уАВ - интеграл межэлектронного взаимодействия атомов А и В ; РАВц"'- отличный от нуля недиагональный элемент матрицы электронной плотности Р.

Рассматривая хемосорбционный комплекс как систему с замкнутой электронной оболочкой, энергия связи в хемокомплексе была представлена в виде :

Е = +Р)-еА° . (9)

Сюда входят только те матричные элементы операторов Н и Р, которые определены в (5) - (8).

Если адатом является "собственным" атомом активного центра, все эффективные заряды атомов равны нулю {¿в - Рд=0). Энергия связи ато,ма А с поверхностным активным центром В для полупроводников типа А'у в этом случае была определена а виде:

£ = 4^+7^-27^+80^-8,°. (10)

Если адатом отличен от атомов активного центра, то он вызывает смещение электронной плотности в системе атомов хемокомплекса. Для полупроводников типа A'V с жёсткой двухэлектронной ковалентной связью такой процесс интерпретировался как перемещение "центров тяжести" электронных мостиков ков'алентных связей в направлении атомов с большей электроотрицательностью. При перераспределении электронной плотности происходит дополнительное выделение энергии, представляющей собой энергию поляризации хемосорбционного комплекса.

Для определения энергии поляризации было сделано допущение, которое постулировало постоянство двухэлектронного характера химической связи, т.е. для связи j между адатомом и атомом активного центра принималось + Р1ии = 2 ( PJ^ и Piuu обозначают электронные заселенности атомных орбиталей <Рц и <ри , направленных вдоль ковалентной связи j ). Величина поляризации при этом трактовалась как отклонение электронной заселённости орбитали срц от 1, соответствующей неполяризованному состоянию:

axj = P;-I. (П)

Величина энергии поляризации (для j-ой связи ) представляет собой изменение взаимодействия электронов двухэлектронной ковалентной связи в результате смещения "центра тяжести" электронного мостика :

AEJ Л^-гр^да . (12)

Полная энергия связи в случае поляризованного хемокомплекса определяется как сумма энергии связи неполяризованного состояния и энергии поляризации, определяемые соотношениями (10) и (12) соответственно.

Оценка величины поляризации по выражению (11) показала, что, если ДХ-1, хемосорбционный комплекс можно считать гомеополярным, что реализуется для большинства химических элементов, используемых при получении плёнок в процессах роста. Если же ЛХ»1, хемокомплекс следует относить к гетерополярным системам, и осуществляется это для химических элементов преимущественно III и V групп периодической системы при получении легированных слоев в процессах диффузии.

В заключительном разделе этой главы рассмотрен вопрос о разогреве области полупроводника, прилегающей к хемосорбционному

комплексу в результате диссипации энергии, высвобождаемой при образовании хемокомплекса и его поляризации. Процесс выделения энергии носит импульсный характер и отличается локальностью протекания. Исходя из того факта, что фононная составляющая теплопроводности в полупроводниках является доминирующей, было рассчитано температурное поле в области локального разогрева, а также размеры этой области и время диссипации энергии, выделяемой в элементарном акте образования и поляризации связей в хемокомплексе. Определение температурного поля свелось к решению гиперболического уравнения теплопроводности при наличии точечного источника тепла на поверхности полупроводникового кристалла :

оТ(хл) а2т(х,1) ). а:т(хл>

~~аГ" г~аг_ = с7 (13) ,

Здесь Т(хД) - температурное поле в окрестности хемокомплекса ; тг -время релаксации теплового потока ; X - ■ коэффициент теплопроводности; Су - удельная теплоёмкость.

Мощность источника тепла в момент времени 1 = 0 в точке х = О, приведённая к 1 моль вещества поверхности полупроводника, определяется соотношением

Р = , (14)

где 14А - число Авогадро; - сумма энергий связи и поляризации в . хемокомплексе, определённая из выражений (10) и (12).

Максимальное отклонение температуры от фоновой наблюдается при I = 10-1° с при х = 10-8м. На расстоянии 5-10-6 м ({ = 2-10-Ю с) температура совпадает с равновесным значением.

Глава 3. Формирование приповерхностных легированных слоёв при газофазной диффузии примеси. В третьей главе теория хемосорбционного комплекса применена к описанию формирования легированого слоя в его окрестности. В вводной части этой главы проанализированы последствия выделения тепла вблизи гетерополярного хемосорбционного комплекса в элементарном акте его образования. Они сводятся к следующему.

Для полупроводников типа А1^. имеющих атомную решётку, основными электронными состояниями, образующими химическую связь, ■ являются р - состояния (р - орбитали). Поглощение фонона ближайшим к хемокомплексу атомом в узле кристаллической решётки приводит к переходу его р - электрона из валентной зоны в зону проводимости. Поскольку первая зона образуется связывающими орбиталями, а вторая - разрыхляющими, то подобный переход приводит к уменьшению -кратности связи атома решётки с хемокомплексом, то есть к её ослаблению. Кратность связи а в данном представлении характеризуется как параметр взаимодействия электронных состояний атомов её образующих.

В соответствии с формулой, определяющей длину химической связи в кристалле полупроводника, •

^ = Е гт ехр

а(1 - а")

(15)

а

где !т - тетраэдрические радиусы (а = 0.089), уменьшение кратности связи обусловливает увеличение её длины, что эквивалентно получению импульса атомом, отдавшим свой электрон.

Полученный импульс может оказаться достаточным для смещения этого атома из узла кристаллической решётки вплоть до разрыва химической свяи с хемосорбционным комплексом и образования вакансии.

Во второй части третьей главы представлены результаты исследования распада гетерополярного хемосорбционного комплекса. Определена вероятность перехода атома примеси из гетерополярного хемо-комплекса в образовавшуюся вблизи него вакансию. Квантовый расчёт этой величины проведён в представлении, что положение атома примеси в хемокомплексе соответствует его нахождению в "дополнительном" узле кристаллической решётки 0 = 0), и атом примеси может совершить скачок только в соседний свободный узел 0 = 1).

Используя выражение для статистического оператора р применительно к системе атом примеси хемокомплекса - вакансия, можно записать

^¿(2при-1)Н0| . • (16)

^¿[Ро,Н;,-р-,Н0,] ■ • (17)

Здесь р01 и ри • независимые матричные элементы оператора р, определяющие вероятность перехода атома примеси из узла \ = 0 в узел \ =1; Н01 и Н*0, - матричные элементы гамильтониана ; п - число разрываемых при переходе атома связей.

Матричный элемент гамильтониана определяется по формуле

н„1 = (ч'„|нк) , (18)

где < ч/01 и I \1»1> - волновые функции атома примеси в узлах 1 =0 и } = 1 соответственно. Вид этих волновых функций можно представить как

£ р р

|йо>р(пр -

ПроЗрЬ I I Пр > . (19)

2кТ ] V Л

Здесь Ъ - статистический интеграл ; пр - фононные числа для р -нормальной моды ; с»р - частота колебаний р - нормальной моды ; I пР> -координатная часть волновой функции р - нормальной моды. Выражения для < у01 и I были получены из (19) в предположении, что пр - пр = 0 и 1. Гамильтониан Н из (18) был записан для парных взаимодействий

Н = и(Я, - И0) = } и(с) ехр^И, - И0)] сЦ (20)

о

Здесь и(К,-110) - парный потенциал взаимодействия вакансии 0 = 1) с атомом примеси 0 = 0) ; и(£) - Фурье - образ потенциала и(КгЯ0) ; Л]-110=110+(Г| - г0), где 11° - расстояние между узлами 1 и 0 ; г, и г0 -смещения атома примеси в узлах 1 и 0 соответственно;

• Выражение для матричного элемента Н01 было получено при разложении г, - г0 по нормальным модам с подстановкой (20) и соотношений для волновых функций < I и I в (18).

Из выражения для 110, была получена формула для энергии "активации Еа перехода атома примеси из хемосорбционного комплекса в

ближайшую вакансию, то есть Еа его распада р £

где т - масса атома примеси ; Лр - сдвиг р - нормальной моды при переходе атома примеси из узла 0 в узел 1.

В заключительной части главы рассмотрена эволюция накопления примесных атомов в кристаллической решётке полупроводника вблизи хемокомплекса.

Появление каждого внедрённого атома примеси является результатом образования и последующего распада хемокомплекса. Образование хемокомплекса подчиняется уравнению квазихимической реакции типа'

А + В = ЛВ. - ДН , (22)

где Л -атом примеси ; В - активный центр поверхности полупроводника ; АН - тепловой эффект реакции образования хемокомплекса. Возникающий вследствие протекания реакции (22) локальный перегрев приводит к генерации вакансий в окрестности хемокомплекса :

к, .

+ 1 . (23)

к,

где Б - узельный атом кристаллической решётки полупроводника ; I -собственный междоузельный атом ; V - вакансия ; к, и к2 - константы скоростей квазихимических реакций типа (23). Образовавшаяся в окрестности хемокомплекса вакансия инициирует квазихимическую . реакцию типа

к,

АВ + У^ + А,. , (24)

к,

где А5 -атом примеси в узле кристаллической решётки ; к3, и к4 -константы скоростей квазихимических реакций типа (24).

1 ( йо^Л 2 4 + СХ1Г1?г7'51'т!т;

2

(21)

Используя синергетический подход Шлёгля, для к!,к2,к- и к4 были составлены следующие выражения

мадс;. . (25)

кг=4лХи(0х.+0,) . (26)

к,=4лХм.Оу , (27)

. (28) Здесь ХУ1 - расстояние между вакансией и междоузельным атомом ; ХАу- расстояние между атомом примеси в хемокомплексе и вакансией ; Бу и ■ коэффициенты диффузии вакансий и собственных междоузельных атомов ; С°у,- С°5, С°АВ, С0Д8, - равновесные значения концентраций вакансий, узельных атомов, хемокомплексов и примесных узельных"атомов соответственно.

Концентрация СД5 определяется из эволюционного, уравнения накопления атомов примеси, встраивающихся в кристаллическую решётку полупроводника вблизи хемокомплекса

асА5

—— к,С3 — к,СуС( — к5СлвСч, + кЛСА^ , (29)

Попадание атома примеси в узел кристаллической решётки в окрестности хемокомплекса ещё не означает дальнейшую миграцию примесных атомов по вакансионному механизму. Накопление примеси в приповерхностном слое полупроводника обеспечивает необходимый для осуществления дальнейшей диффузии концентрационный градиент.

Глава 4. Кристаллизация плёнок при газофазном осаждении конденсата. В четвёртой главе диссертации изучается влияние квазихимического взаимодействия на формирование зародыша новой ■ фазы в виде элементарной ячейки на гомеополярном хемосорбционном комплексе. В первой части четвёртой главы представлен .механизм электронного взаимодействия адатома с гомеополярным хемосорбцион-ным комплексом в условиях локального перегрева его окрестности. В рамках этого механизма анализируется два возможных варианта хода потенциала взаимодействия на расстояниях между адатомом и хемокомплексом, на которых возможно осуществление электронного обмена. В первом варианте отсутствует активационный барьер и вероятность присоединения адатома к хемокомплексу не будет зависеть

ни от температуры в области локального перегрева, ни от кинетической энергии адатома. ~ — --------- -

Для второго варианта хода потенциала взаимодействия характерно наличие активационного барьера. Поэтому вероятность присоединения адатома к хемокомплексу должна зависеть от температуры поверхности. Следует также ожидать, . что вероятность захвата адатома хемокомплексом, будет уменьшаться с увеличением кинетической энергии адатома.

I Таким образом, характер изменения потенциала взаимодействия между адатомом и гомеополярным хемокомплексом должен оказывать влияние на кинетические характеристики зародышеобразования.

Вторая часть главы четыре представляет результаты определения величины потенциала взаимодействия в системе адатом - гомеополяр-ный хемокомплекс. Использование классической решёточной модели в предположении о парном характере взаимодействия и с учётом колебаний адатомов позволило получить второе приближение для величины потенциала :

и(2' = и,0> + 1ф(г, - а,)*£ а,) = и01 + £ Ч/(г, - 3,). (30)

1

Функции и1"' и и'" в (30) представляют собой соответственно нулевое и первое приближения энергии взаимодействия в рассматриваемой системе ; ф(г; - а|) - изменение энергии взаимодействия адатом -хемокомплекс при смещении ¡- го адатома относительно хемокомплекса; Ч'(П * а0 - изменение энергии взаимодействия адатом - адатом при смещении \ - го адатома относительно хемокомплекса ; гр^.у,^,) - вектор, характеризующий положение I - го адатома ; а|=(х0ьУоь2оь) - вектор, характеризующий положение I - го минимума энергии взаимодействия (положение 1 -го хемокомплекса).

В третьей части четвёртой главы представлен механизм роста элементарной ячейки новой фазы на гомеополярном хемокомплексе. Начальная фаза рассматриваемого процесса предполагает образование химической связи между адатомом конденсата и атомом, входящим в состав хемосорбционного комплекса. Под химической связью подразумевается взаимодействие пары атомов, существенно снижающее энергию фрагмента элементарной ячейки по сравнению с энергией системы не связанных между собой атомов. Энергию химической связи определяли через энергию взаимодействия электронных оболочек

атомов с учетом в потенциальной функции оператора Гамильтона Н только кулоновского взаимодействия электронов. Решение электронного уравнения

Нч/=Еч/ (31)

было записано в следующем виде : '

Е = еа + еах + Ех . (32)

где Е - энергия химической связи адатома и атома в хемокомплексе ("хемоатома"); еа- электронная энергия адатома ; еах- энергия электрон -элекронного взаимодействия адатома и хемоатома ; сх - электронная энергия атома в хемокомплексе. При условии еах«0 абсолютное значение еах можно рассматривать как характеристику кратности образующейся химической связи.

В предлагаемой интерпретации энергия всей элементарной ячейки, сформировавшейся на ранее образованном хемокомплексе, определялась следующим выражением :

Е^'Е^ + ЕЕ* , (33)

< *

где Е| -энергия 1 - Той химической связи, определяемая соотношением (32); Е^ - энергия химической связи пары атомов, не. входящих в состав хемокомплекса. Второе слагаемое в (33) складывается из энергии электрон - электронного взаимодействия пары атомов и электронной энергии каждого из них. Выражения, полученные для Е, и Е^ допускают наличие дефектов в растущей элементарной ячейке.

Глава 5. Активация диффузии лримеси в приповерхностном слое полупроводника типа А постоянным электрическим полем.В

данной и следующей главах диссертации представлены результаты теоретического и экспериментального исследования влияния нетермических источников активации на базовые процессы формирования полупроводниковых структур. В пятой главе исследуется газофазный (парофазный) процесс диффузии примеси в приповерхностном слое полупроводника типа А|У в постоянном электрическом поле.

Несомненно, что воздействие электрического поля не ограничивается только активацией непосредственно диффузии примеси в полу-

проводнике ; его активирующее влияние распространяется и на адсорбцию примесных молекул, и на их диссоциацию. - --- - ~ -------

При адсорбции молекул примеси на центрах адсорбции поверхности полупроводника, имеющих некоторый поверхностный потенциалф

происходит взаимодействие диполя адсорбента (постоянного или индуцированного) с электростатическим полем адсорбата. При ориентации диполя нормально к поверхности энергия взаимодействия адсорбат -

адсорбент С>аа может быть вычислена с помощью выражения Х°

где х0 - расстояние между центром диполя и центром поверхностного атома кристаллической решётки адсорбента ; <ра- потенциал центра адсорбции ; ц - дипольный момент адсорбированной молекулы.; Ид -число Авогадро.

Величина потенциала (ра зависит от интегрального влияния близлежащих к данному адсорбционному центру поверхностных атомов полупроводника и определяется еыраженим Фа=ке, где к -коэффициент этого влияния, е - заряд электрона, выраженный в эВ. При действии внешнего поля, знак возникающего на поверхности полупроводника потенциала ф5 будет или совпадать, или несовпадать со знаком фа :

ф8 = ке + фа (35)

Из выражения (35) следует, что внешнее электрическое поле не только изменяет энергетические характеристики имеющихся поверхностных центров адсорбции, но и создаёт новые центры.

Расчёт энергии взаимодействия адсорбат - адсорбент в электрическом поле показал что величина раа для полярных молекул примеси может достигать значений, превышающих нижнюю границу энергетического эффекта хемосорбции ; для неполярных молекул это происходит при действии достаточно сильных электрических полей. Данные расчёта подтверждают предположение Дж. Блока и А. Задерны о том, что внешнее поле может вызвать образование регулярных химических связей между адсорбируемыми примесными молекулами и поверхностными атомами.

Анализ механизма гетерогенной диссоциации полярных и неполярных адмолекул примеси показал, что степень их диссоциации в

значительной мере зависит от ориентации диполей адмолекул (то есть от знака поверхностного потенциала полупроводника) и их пространственной структуры. Каждому типу поверхностного потенциала соответствует своя последовательность стадий диссоциации адсорбированной молекулы. Кроме того, электрическое поле заметно снижает энергию активации диссоциации и существенно увеличивает плотность потока диссоциации на поверхности полупроводника ; равновесие в реакциях диссоциации при этом смещено в сторону её продуктов.

Во второй части этой главы рассмотрено поведение хемосорб-ционного комплекса в постоянном электрическом поле. Как было отмечено в главе V, переход атома из адсорбированного состояния в хемосорбированное, как правило, связан с преодолением потенциального барьера.

Изменение его величины связано с деформацией неадиабатических термов начального (адсорбированного) и конечного (хемосорбированного) состояний атома ец в электрическом поле.

Как было показано в гл.2 квазихимические связи в хемосорб-, ционном комплексе поляризованны. Электрическое поле будет усиливать или ослаблять дипольный момент хемокомплекса в зависимости от своего направления. Эффективный дипольный момент хемокомплекса, в свою очередь, приводит либо к понижению, либо к повышению высоты преодолеваемого барьера в электрическом поле в зависимости от знака р| дт.1сц\.

Безразмерная вероятность неадиабатического перехода атома имеет вид

а(8):=^|(1|/г|у|у|/.}|2рг(Б) , ' (36)

где ц/^ и ^ - волновые функции атома в начальном и конечном состояниях соответственно ; V - оператор неадиабатичности, (оператор возмущений) ; р( - плотность конечных состояний атома.

Значение матричного элемента в формуле (36) в основном определяется поведением волновых функций вблизи точки

пересечения неадиабатических термов. Выражение для вероятности перехода было получено при разложении термов по ч до членов первого порядка. В соответствии с этим выражением потенциальный барьер экспоненциально уменьшает вероятность перехода атома в

случае "притягивающего" поля (р| ЫщI <0), и, наоборот, увеличивает в случае "отталкивающего" поля (р|(У,1Сц\>оу. " "" "

В третьей части пятой главы приводится теоретическое описание диффузии примеси в приповерхностном слое полупроводника при воздействии внешнего электрического поля. Учет дефектности структуры полупроводника осуществляется введением в уравнение "диффузии с дрейфом" члена, описывающего кинетику связывания диффундирующей примеси посредством образования примесных кластеров или её поглощения дефектами кристаллической решётки. Исходя из случайного характера пространственного распределения примесных и структурных дефектов и их энергетической неоднородности, функция стока примеси аппроксимируется полиноминальным соотношением.

Поведение примеси на поверхности полупроводника соответствует представлениям теории хемосорбционного комплекса, и выражается с помощью прямоугольной изотермы сорбции (вырожденый тип изотермы Ленгмюра).

Результатом решения сформулированной нелинейной краевой задачи явилось пространственно - временное распределение концентрации примеси в структуре полупроводника при термополевой активации ее массопереноса.

Особенность полученных кривых заключается в том что каждая из них содержит область постоянной и область переменной концентрации. Область постоянной концентрации примеси соответствует той части приповерхностного слоя легируемого полупроводника, в которой уже достигнуто равновесное значение концентрации (в отличие от области переменной концентрации, где оно ещё не достигнуто). 4

Подобный вид пространственно - временного распределения концентрации примеси позволил заключить, что кинетика массопереноса под действием постоянного электрического поля носит фронтальный характер. Продвижение фронта равновесной концентрации (расширение области постоянной концентрации) происходит с постоянной во времени скоростью и линейно зависит от скорости дрейфа.

Очевидно,что фронтальный характер кинетики массопереноса обусловлен взаимодействием примеси с электрическим полем, а также её иммобилизацией на дефектах кристаллической решётки. Влияние поля сказывается в основном на низко - и среднеэнергетических фракциях примеси ; именно эта её часть определяет существование и продвижение области постоянной' концентрации, тогда как

высокоэнергетическая часть примеси формирует область переменной концентрации.

Анализ результатов моделирования показал, что значение коэффициентов диффузии, при фоновой температуре 573-773 К соответствует температурному интервалу 1173-1473 К. Это обьясняется локальным разогревом, приповерхностного слоя полупроводника при образовании хемосорбционных комплексов, усиленному воздействием электрического поля.

В области низких температур дрейфовая составляющая массопереноса примеси, определяемая напряжённостью поля, превалирует над диффузионной составляющей, зависящей от температуры ; в области высоких температур роль поля в суммарном массопереносе существенно снижается.

В заключении шестой главы представлены экспериментальные данные по исследованию термополевого легирования кремния бором, фосфором, мышьяком и алюминием. Оказалось, ' что толщина легированного слоя зависит от полярности и величины приложенного напряжения, длительности и температуры процесса. Сравнение полученных результатов позволило установить идентичность механизмов формирования тонких легированных слоёв бора и фосфора, мышьяка и алюминия.

Сопоставление экспериментальных концентрационных профилей различных примесей, полученных методами ОЖЭ - спектроскопии и РФЭС, с теоретическими кривыми, подтверждает правильность построенной теории и разработанных на её основе моделей.

Глава 6. Активация роста плёнок на поверхности полупроводника типа А УФ-излучением. В заключительной седьмой главе' диссертации представлены результаты исследования влияния фотонного излучения в ультрафиолетовом диапазоне длин волн на процессы зародышеобразования и роста пленок. В первой части данной главы предложен механизм гетерогенной диссоциации многоатомных молекул в условиях излучения. Изложена методика расчёта энергии активации диссоциации для молекул, распадающихся по гомолитическому (радикальному) механизму с учётом их геометрической формы. На примере разложения молекул тетраэтоксисилана (ТЭОС) показано, что энергия активации диссоциации может быть снижена воздействием УФ - излучения почти в 3 раза. Проведённая оценка

вероятности реализации каждой из возможных схем диссоциации молекулы ТЭОС позволила определить наиболее вероятную из них : -

(С2Н50)481->4С2Н,0'+"8Г. ^¡-О]4

В скобках после уравнения реакции указаны тип и количество разрываемых связей.

Результаты расчёта энергии активации диссоциации свидетельствуют о незначительной, её зависимости от длины излучения, что подтверждает предположение о преимущественном поглощении энергии излучения поверхностными активными центрами по сравнению с поглощением в газовой фазе.

- ^Наибольшее снижение энергии активации диссоциации наблюдается в коротковолновой части спектра излучения. Рассчитанные значения энергии активации диссоциации молекул ТЭОС при УФ-излучении сравнимы с данными по энергии артивации пиролитического разложения тетраэтоксисилана, что адекватно снижению температуры в этом процессе на 200-600 градусов.

В следующей части главы 6 содержатся .результаты моделирования элементарного акта образования гомеополярного хемосорбционного комплекса при фотонном излучении. Система адатом конденсата -■ поверхностный активный центр представлена в виде ангармонического осциллятора. Тогда активируемый излучением переход адатома из адсорбированного состояния в хемосорбированное можно уподобить переходу осциллятора из режима вынужденных колебаний с большей амплитудой в режим колебаний с меньшей амплитудой соответственно.

Гамильтониан ангармонического осциллятора при наличии внешней активации был записан в каноническом виде :

т, Р пш„Х , X ...,

Н = — +-0— + Ь — + (37)

2т 2 4

При составлении выражения (37) предполагалось, что энгармонизм мал и частота активирующего излучения и близка к собственной усреднённой частоте колебаний атома конденсата и атомов поверхностного активного центра и0 , связанных между собой адсорбционными силами.

Решение кинетического уравнения для функции распределения р осциллятора

$ + {H,S}-YS(p) = 0 ,

(38)

где S(p) - интеграл столкновений (у - коэффициент трения), проводилось методом итераций с использованием эффективного гамильтониана Н*. не содержащего явно времени. Стационарная функция распределения получилась в виде

которых был определён при решении уравнения (38); е0 - значение энергии колебаний, соответствующее большей амплитуде ;Т -температура ; ш - масса осциллятора.

Время перехода между вынужденными колебаниями с большей и меньшей амплитудами определяется значением квазиравновесной функции (39) при £=ер где е, - значение энергии, соответствующее меньшей амплитуде колебаний. Показатель экспоненты в (39) по величине равен отношению энергии колебаний осциллятора к тепловой энергии.

Третий раздел данной главы содержит изложение концепции беззародышевого формирования плёнок, применимой в тех 'случаях, когда гетерогенная диссоциация молекул конденсата носит радикальный характер и активация процесса осуществляется излучением. В рамках этой концепции совокупность радикалов в пределах адсорбционного слоя рассматривается как система кинетических образований, находящихся в потенциальном поле возбуждённой поверхности. Перенос радикалов в этом поле определяется их концентрацией, структурой и величиной потенциала межмолекулярного взаимодействия. При описании диффузии радикалов в адсорбционном слое была учтена конечность скорости их перемещения введением времени релаксации диффузии.

На основании подобных представлений плотность потока радикалов может быть определена из соотношения Онзагера

(39) ,

где ф(е) и ц/(е) - некоторые функции изменения энергии колебаний, вид

где Ь - кинетический коэффициент энергодиффузии ; Е - интегральная энергия взаимодействия ; Э - коэффициент диффузии ; п - плотность радикалов ; х - координата в направлении, нормальном к поверхности подложки ; тр - время релаксации.

Первый член выражения (40) описывает энергодиффузию или конвективную диффузию (дрейф радикалов в потенциальном поле возбуждённых излучением поверхностных активных центров), причиной которой является градиент интегрального потенциала взаимодействия радикалов с активными центрами й с другими радикалами. Второй и третий члены (40) определяют перенос радикалов под действием градиента концентрации с учётом релаксационного характера их перемещения.

Вид кинетического коэффициента Ь был установлен с помощью представления о перемещении радикала как об энергетически выгодной его ориентации по отношению к активному центру :

Ь = , (41)

8л ш1

где а0 - параметр инерции радикала ; т - его эффективная масса ; 1 -мгновенный радиус вращения радикала; >. - длина его свободного пробега.

Потенциальное поле, в котором находится радикал, было представлено как суперпозиция двух полей : поля возбуждённых поверхностных активных центров, описываемое экспоненциальным потенциалом Борна - Майера и поля взаимодействия радикалов между собой в виде функции парного взаимодействия :

Е = -6п-Е0схр^-£) . (42)

Здесь 8 - удельная энергия взаимодействия радикалов ; К - характерная длина поля активных центров (толщина адсорбционного слоя) ; Ео -энергия взамодействия радикала с активным центром.

Численное решение уравнения диффузии гиперболического типа, получающегося подстановкой (41) и (42) в (40), проводилось сеточно -характеристическим методом ; пределы варьирования параметров определялись из физических предпосылок. Результаты расчётов

получены в виде кривых распределения плотности образующихся плёнок по толщине.

В заключительной части последней главы представлены . результаты экспериментального исследования кинетики осаждения диэлектрических покрытий БЮг при воздействии УФ-излучения в результате фотолиза ТЭОС. Анализ экспериментальных данных подтверждает предположение, что свыше 400 С увеличение температуры не влияет на скорость роста плёнки ЭЮ2, поскольку в этом температурном интервале фотонная активация процесса осаждения превалирует над термической. Зависимость скорости роста от времени процесса носит квазилинейный характер ; изменение температуры подложки вызывает только сдвиг кинетической кривой по оси ординат при её неизменном виде. Снижение температуры приводит к возрастанию концентрации дефектов во всём обьёме плёнки, и в частности, в её приповерхностном слое. Все приводимые данные по экспериментальному исследованию кинетики роста плёнок подтверждают результаты моделирования, тем самым обеспечивая достоверность заложенных в них теоретических представлений о ростовых процессах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

I

1. Предложено аналитическое описание элементарного акта перехода атома конденсата из адсорбированного состояния в хемосорбированное. Получено выражение для константы скорости квазихимической реакции образования хемосорбционного комплекса.

2. Определена величина энергии связи в хемосорбционном комплексе как результат решения задачи Хартри - Фока.

3. Определена величина поляризации хемосорбционного комплекса в рамках задачи Хартри - Фока.

4. Сформулированы условия образования гомео- и гетерополярных хемосорбционных комплексов.

5. Предложено аналитическое описание эффекта "локального разогрева" окрестности хемосорбционного комплекса вследствии его образования.

6. Предложен механизм образования вакансии вблизи гетеропо-лярного хемосорбционного комплекса.

7. Построена квантовая модель распада гетерополярного хемосорбционного комплекса с внедрением атома примеси в структуру полупроводника.

8. Предложено аналитическое описание эволюции накопления примеси в окрестности гетерополярного хемосорбционного комплекса.

9. Рассчитан, потенциал взаимодействия адатома конденсата с гомеополярным хемосорбционным комплексом.

10. Построена квантовая модель образования и роста зародыша в виде элементарной ячейки новой фазы на гомеополярном хемосорбционном комплексе.

11. Определено влияние постоянного электрического поля на адсорбцию примеси поверхностью полупроводника. Электрическое поле не только изменяет энергетические характеристики имеющихся центров адсорбции, но и создаёт новые центры. Величина взаимодействия адсорбат-адсорбент в электрическом поле для полярных молекул превышает нижнюю границу энергетического эффекта хемосорбции.

12. Предложен механизм гетерогенной диссоциации многоатомных полярных и неполярных молекул примеси в электрическом поле.

13. Разработана квантовая модель образования хемосорбционного комплекса в электрическом поле.

14. Построена нелинейная модель диффузии примеси в приповерхностном слое полупроводника при воздействии внешнего электрического поля. Обнаружен эффект фронтальности распределения примеси по толщине приповерхностного слоя.

15. Определено влияние УФ-излучения на. гетерогенную диссоциацию многоатомных молекул.

16. Разработана динамическая модель образования хемосорбционного комплекса при воздействии излучения.

17. Разработана концепция "беззародышевого" формирования плёнки, справедливая при радикальном характере фотолиза молекул конденсата. Получены численные решения распределения плотности в образующихся плёнках.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ

Результаты работы докладывались и обсуждались на : Областном семинаре "Упрочнение деталей машин и технологического инструмента сваркой и наплавкой" (г.Ростов-на-дону, 1974), Всесоюзной конференции "Современные методы отделки волокнистых материалов" (г.Душанбе, 1980), I Всесоюзной конференции "Электрохимическая анодная обработка металлов" (г. Иваново, 1988), Республиканском семинаре "Новые материалы и технологические процессы микроэлектроники и прецизионной металлургии" (г.Ижевск, 1988), Зональной конференции "Прогрессивная технология изготовления печатных плат" (г.Пенза, 1989), I Международной конференции "Актуальные проблемы фундаментальных наук" (г. Москва, 1991), IX Всесоюзном семинаре "Химическая информатика" (г. Черноголовка, 1991), Школе-семинаре "Автоматизация проектирования РЭА и СБИС" (САПР СБИС-92, п.Славское, 1992), XXII Всероссийской конференции по эмиссионной электронике (г. Москва, 1993), Областной конференции, посвященной Дню Радио (г.Ростов-на-дону: 1993), I Всероссийской конференции с международным участием "Актуальные проблемы твёрдотельной электроники и микроэлектроники" (г. Таганрог, 1994), III Всероссийской конференции с международным участием "Вакуумная наука и техника" (г. Москва, 1994), II Всероссийской конференции с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" (п. Дивноморское, 1995).

Научные проекты, подготовленные по материалам диссертационной работы, были признаны победителями на двух Всероссийских конкурсах Грантов по направлению "Фундаментальные проблемы микроэлектроники" (г.Санкт-Петербург, С-ПЭТА, 1992г. и г.Зеленоград, МГИЭТ, 1993г.).

Практические результаты диссертационной работы апробированы и внедрены в НИИ МВС при ТРТУ (г.Таганрог).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах :

1. Жорник А. И., Королев А.Н., Меленевский И.П. Некоторые особенности, режима в сварочной ванне при сварке плавлением. - Тез. докл. Обл. НТС "Упрочнение деталей машин и технологического инструмента сваркой и наплавкой". - Ростов-на-дону, 1974. - С.32-34.

2. Королев А.Н., Кричевский Г.Е. Математическое описание кинетики процесса фиксации красителя волокнистым материалом. - Тез. докл. Всесоюз. НТК "Современные методы отделки волокнистых материалов". - Душанбе, 1980. - С. 44-45.

3. Королев А.Н., Кричевский Г.Е. Обобщенное математическое описание процесса периодического крашения". - Изв. вузов. Химия и хим. тех-гия, 1980, №6. - С.52-56.

4. Королев А.Н. Математическое описание кинетики фиксации красителей в процессах крашения и печатания как результирующей явлений диффузии и сорбции. - Гл.6 в мои. Кричевского Г.Е. "Диффузия и сорбция в процессах крашения и печатания". - М.: Легкая индустрия, 1981. - С.175-196.

б.Реутский В.А., Олтаржевская Н.Д., Королёв А.Н. Кричевский Г.Е. / Исследование диффузии красителей в. системе полимер-полимер и метод её оценки,- Изв.вузов. Химия и хим. тех-гия. -1983- №7, С.886-888.

6. Королев А.Н., Кричевский Г.Е. Кинетика процесса непрерывного крашения. - Изв.вузов. Химия и хим. тех-гия, 1983, №9. - С.1114-1117.

7. Королев АН., Кричевский Г.Е. Молекулярно-кинетический механизм массопереноса красителя в элементарных волокнах. - Изв. вузов. Химия и хим. тех-гия, 1986, №2. - С.916-919.

8. Королёв А.Н., Милешко Л.П. Распределение температуры в анодных оксидных плёнках. - Тез.докл. I Всесоюзной конференции "Электрохимическая анодная обработка металлов". - Иваново, 1988. - С. 201.

9. Сорокин И.Н., Милешко Л.П., Сеченов ДА., Королев А.Н. Термодинамический анализ анодных реакций взаимодействия металлов и полупроводников с компонетами электролитов. - Тез.докл. Всесоюз. НТК "Электрохимическая анодная обработка металлов". - Иваново, 1988. - С.128.

10. Королев А.Н., Милешко Л. П. Расчет температурных профилей в оксидных пленках при анодировании металлов и полупроводников. -Тез докл. Респ. НТС "Новые материалы и технологические процессы микроэлектроники и прецизионной металлургии". - Ижевск, 1988. - С. 128130.

11. Зенкевич В.Н., Костюченко В.А., Милешко Л.П.," Королев А-Н. Меднение в программном импульсном режиме. - Тез докл. Зон. НТК "Прогрессивная технология изготовления печатных плат". - Пенза, 1989. С.123.

12. Барсоков А.А., Цатурова И.А., Королев А.Н. Радиационные эффекты в микроэлектронике (на англ.). - Сб.докл. Междунар. НТК "Актуальные проблемы фундаментальных наук". - М.: МГТУ, 1991. - С.97-100.

13. Королев А.Н. Температурные поля в растущих оксидных пленках. - Межвуз: сб. стат. "Актуальные проблемы микроэлектроники". -Таганрог, ТРТИ, 1991. - С.64-70.

14. Коробок C.B., Королев А.Н., Милешко Л.П. Программные средства для моделирования на ПЭВМ физико-химических процессов технологии РЭА и СБИС (САПР СБИС-92) . - Славское, 1992, ЛьвГУ. -С.146.

15. Петров В.В., Королев А.Н., Сеченов Д А. Адсорбция примесного вещества поверхностью кремния в условиях термополевого легирования. -Тез.докл. Обл. НТК, посвящ. Дню Радио. - Ростов-на-Дону, 1993. - С.6-7.

16. Сеченов Д.А., Королев А.Н., Петров В.В., Котов В.Н. Диффузия легирующей примеси в полупроводнике при воздействии внешнего электрического поля. - Тез.докл. Обл. НТК, посвящ. Дню Радио. - Ростов-на-Дону, 1993.-С.7.

17. Королев А.Н., Сеченов Д.А., Петров В.В. Активация процесса диссоциации адсорбированных молекул примесного вещества на поверхности кремния при воздействии электрического поля. - Тез.докл. Обл. НТК, посвящ. Дню Радио. - Ростов-на-Дону, 1993. - С.7-8.

18. Королёв А.Н., Милешко Л.П., Коробок C.B. Кинетика роста плёнок при анодировании поверхностей металлов и полупроводников .' -Тез. докл. IX Всесоюз. НТК "Химическая информатика", ИФАВ СССР, Черноголовка, 1991. -С. 141.

19. Королев А.Н., Коробок C.B., Милешко. Л.П. Компьютерное моделирование процессов анодного окисления металлов и полупроводников. - Тез. докл. IX Всесоюз. НТК "Химическая информатика", ИФАВ СССР, Черноголовка, 1991. -С.300.

20. Петров В.В., Королёв А.Н., Сеченов Д.А., Котов В.Н. Исследование активируемой электрическим полем диссоциации молекул, адсорбцированных поверхностью кремния .- Сб. докл. XXII Всеросс. конференции-по эмиссионой электронике.. - МИФИ, Москва, 1993! , С. 64-66.

21. Сеченов Д А., Королёв А.Н., Петров В.В., Котов.В.Н. Механизм процесса термополевого легирования кремния .- Сб. научных трудов, М. : МИЭТ, 1993, С. 82-92.

22.Петров В.В., Королёв А.Н., Сеченов Д.А. Активация процесса адсорбции молекул примесного вещества на поверхности полупроводника электрическим полем .- В кн.: "Актуальные проблемы микроэлектроники ". / Под ред. Д.А. Сеченова .- Таганрог, ТРТУ, 1993. С.. 28-35.

23. Королёв А.Н., Сеченов Д.А., Петров В.В. Нелинейная модель низкотемпературной диффузии примеси в полупроводниках при наличии постоянного электрического поля. - Физика и химия обработки материалов, 1993, №5, С. 100-106.

24. Петров В.В., Котов В.Н., Сеченов Д.А., Королёв АН. Термополевое легирование кремния бором, фосфором и мышьяком.-Физика и химия обработки материалов, 1994, №2, С. 92-96.

25. Королёв А.Н. К теории массопереноса примеси вещества в нетермически активируемых процессах формирования полупроводниковых структур. - Тез.докл. I Всеросс. конференции с международным участием1 "Актуальные проблемы твёрдотельной электроники и микроэлектроники". - Таганрог, ТРТУ, 1994, С. 32.

26. Петров В В., Королёв А Н - Котов В.Н. Влияние электрического поля на перераспределение примеси в приповерхностных слоях полупроводника при термополевом легировании. - Тез.докл. I Всеросс. конференции с международным участием "Актуальные проблемы твёрдотельной электроники и микроэлектроники". - Таганрог, ТРТУ, 1994, С.83.

27. Королёв А Н., Петров В.В. Кинетическое описание гетерогенного зародышеобразования в условиях вакуумного микрозазора . - Тез.докл. I Всеросс. НТК с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники", Таганрог, ТРТУ, 1994. -С. 85.

28. Королев АН., Поляков В.В. Теоретическое описание низкотемпературного разложения тетраэтоксисилана при УФ-облучении. -Тез.докл. I Всеросс. конференции с международным участием "Актуальные проблемы твёрдотельной электроники и микроэлектроники". -Таганрог, ТРТУ, 1994, С.67.

29. Петров В.В, Королев А.Н. Исследование процесса термополевого легирования кремния. - Тез.докл. I Всеросс. конференции с международным участием "Актуальные проблемы твёрдотельной электроники и микроэлектроники". - Таганрог, ТРТУ, 1994, С.72.

30. Петров В.В., Королев А.Н., Котов В.Н. Вакуумный микрозазор -новый инструмент микроэлектронной технологии. - Тез.докл. I Всеросс. конференции с международным участием "Актуальные проблемы твёрдотельной электроники и микроэлектроники". - Таганрог, Т,РТУ, 1994, С.76.'

31. Сеченов Д.А., Петров В.В., Королев А.Н., Котов В.Н. Микроэлектронные технологии в условиях вакуумного микрозазора. -Тез.докл. Ill Всеросс. конференции с международным участием "Вакуумная наука и техника". - Москва, МИЭМ, 1994. - С.66.

32. Королев А.Н., Сеченов Д.А., Петров В.В. Гетерогенное зародышеобразование в вакуумном микрозазоре. - Тез.докл. Ill Всеросс. конференции с международным участием "Вакуумная наука и техника". -Москва, МИЭМ, 1994. - С.42.

33. Королёв А.Н., Сеченов Д.А., Поляков В.В. Получение плёнок

SÍ02

при гетерогенной диссоциации тетраэтоксисилана при УФ-облучении .Физика и химия обработки материалов, 1995, №2, С.93-100.

34. Королёв А.Н., Сеченов Д.А., Петров В.В. Механизм внедрения примеси в приповерхностный слой полупроводника при диффузии .Физика и химия обработки материалов, 1995, № 4, С. 129-132.

35. Королев А.Н., Сеченов Д.А. Преддиффузионное состояние ' атомов примеси в приповерхностном слое полупроводника. - Труды II

Всеросс. НТК с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники". - Дивноморское, ТРТУ, 1995.-С.10-12.

36. Королев А.Н., Сеченов Д.А. Предростовое состояние.атомов конденсата на поверхности полупроводника. - Труды II Всеросс. НТК с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники" . - Дивноморское, ТРТУ, 1995. - С. 1517.

37. Сеченов Д.А., Петров В.В., Котов В.Н., Королев АН. Коэффициент диффузии примеси в приповерхностной области полупроводника при термополевом легировании. - Труды II Всеросс. НТК с международным участием "Актуальные проблемы твердотельной