Лазеростимулированная металлизация поверхности диэлектриков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

РГ в О

7 / -

Академия наук Республики Узбекистан . ОТДЕЛ ТЕПЛОФИЗИКИ

На правах рукописи

Фишелев Валерий Иосифович

УДК 821 315

ЛАЗЕРОСТИМУЛИКВАННАЯ ШЗДШШШЯ ПШЕРХНОСТИ ДИЭЛБЮТИКШ

о .

в

0l.04.2X - "Лазерная фтща."

А В Т,0 Р В Ф А Т , ^ диссертации на соискание уче^стщеии кандидата физико-математических наук

Т&тщт~1993

ш8ая хараютрйсгика рашщ

Актуальность исследований. Исследование фотосггимудирования различных ®4зико-хмшческих процессе© на поверхности твердого тела уже много лет привлекает к себе внимание специалистов. Интерес к этой области особенно обострился в последнее время. Ьто пошве-ние интереса обусловлено двумя причщаии. Первая - это ясявшше лазеров, способных локально и чисто доставлять световую энерги® практически в любую'точку на яоверхноста шщщт, - - в какой № труднодоступном месте она не находо&сь. К та^у ке это излучение обладает высокой монозсрома^ностью и позшдает . ковдемрирйвйть воздействие вплоть до дкфршащонного предела. Ш-еторщ, интерес к этой области техники связан с развитие»' мжрощаетрсшки и необходимостью локальной даэаркой жрооЗ^аботеи ад произведете интегральных микросхем.

Прогресс в поншании фотопроцеесев, грггакаювд)! :тряскости- полупроводников и да&лектриков сатт\ в щщ/в отрем» с работами Ф.Ф.Волькенатейна . В.Й.Го^ь,®«:^©^»^.^.^®!^ ш Р.В.Хохлова, в которой бит заложены гтртичесте 0нош §тш фотопроцесеов йа поверхности твердого ада, .■/'-..'■•

Давно признана важность йссдедоааняй зш^рваго осаждения дая нуад микроэлектроники. Тек не ьенее. ^'щщот& м оетмттШ день процессы лазерного воадейстейя на .

лагаш- фотохимическое воздействие на пары .штаяоергашчесгш и им подобных соединений. Аппаратура, ащтпттялт такоговоз-действия дорога, гроюздка,. а саы процесс требует- соблццеиия чрезвычайных «¿ер безопасности, В отличии от фочшишческого осаждения из метамоорганюси, прямое лазерное сведение из атошюго пучка отличается дешевизной и доступностью Матари&юй и штоде«. Тек не менее процессы прямого лазерного осуждения пленок кг атомных пучков практически не изучены. Причина этого - мщсше очевидных шшгизмов'воздейсгеия, позволяю®« сделав деаньйа про~ цесс упрашшедым. Единственным исключением здесь явяяетая гюшпса осаждения пленок натрия в условиях ребонаисного воефщвтт . атомов . Данная работа является одной т попытсж рдарваэтгки мпм

- s -

приводит к смещению файЬвой границы аезду обласгеш, еоответетву-»зрш полной и неполной конденсации осаждаемых атомов в результате стимулированного лазерным излучением нарушения адеорбцмон-но~десорбционного равновесия атомов остаточных газов на поверхности диэлектрика.

3) Впервые обнаружено, что величина фотоэмиссионного сигнала коррелирует со способность!} диэлектрических поверхностей к осаждению металлических пленок. Воздействие импульсного лазерного излучения приводит к переключение мездудврш состояниями, характеризующимися различной фотозщссшнной способность». Наблцдвешк в системе переключения объяснятся на основе кинетической модели конкуренции процессов фотодиссоциации и терюдесорбции адатоыэв остаточного газа а также продуктов их диссоциации, и анализа этой модели на основе отображения Пуанкаре.

4) Предложен новый физический принцип форшровашя поверхностных структур при лазерном осазденш металлических щенок. Показано, что нелинейная завиешхяъ скрытого времени осаздения от интенсивности позволяет получать осазденные металлические еяш заданного профиля (в том числе аномально узкие по сравнению С р~ риной линии воздействия, а также прямоугольные с хорошими вертикальными фронтами). Экспериментам но обнаружен sjft$err удвоения пространственной частоты формруеыш металлических структур к проведено численное моделирование этого эффекта. :

На защиту выносятся? * 1. Результаты исследования стимулирование лазерным излучением процессов осаадения Mg и Al из атомных пучков на поверхность диэлектрика в реальном вакууме: ~ функциональная зависимость скрытого времени осаждения от интенсивности лазерного воздействия изменяется при увеличении давления в атомном пучке, что связанное с конкуренцией фото- и тепловых процессов на поверхности-, - сложный характер действия.импульсного лазерного излучения на поверхность подложки в реальном вакууме: УФ излучение малой мопяоети приводит к подавлению процессов осаждения,1 с временами релаксации 1-10 часов i УФ излучение высокое

1. Полученная новая информация о протекании процессов осаждения ш-гашгаческмх пленок из атомных лучков на даэ.?е}П|й«чесше подложки в реальном вакууме содержит новь® представления шс о гахшессах шшйШЁйствия Шбиюго излучения со cidsu алсообиво-банных ка поверхности атоаов, так и о физике влияние лазерного излучения на ранние стадии роста мэтадачшвих плёнок.

2. Прозеданнш иесшрвдния позволяет ртраб&пщгь новые современные технологические щтт ущтттщя процессами осеадэ-нкя тонких слоев уетаяда да нужд шкроашпроншй промышеннос-ти,

3. Полученные э дассертиощюй рфщ результаты ощшаятг новые способы вашей волнового фротв. ¿шаерноге' излучения и позволяют §оршротть иаобравение с вгаш вростшнственнш paspe-

- ¿оеой§ЩШ-е§ШйЦ ^ Основные результата настоящей работа док лашьвались ш Всесоовной кснсБеоенш'Ш "Фйзшш повеохнасти". Чйоно-головка,- 1983. Всеанвяом семинаре "Неравшаеешла физико-жт«-ческие процессы при шатадействии лазерного издученш с веществом". Ташкент. -1888, Всесоюзная школа "Фбйша лазеров" ¿^еиитх/род, 198?, на научных семинарах ОШ АН Р^' м ИШ АН РУ.

Публикации. По материалам диссертации опубщговано ? печатных работ. '

Личный вклад автора диссертационной работа сострит в разработке экспериментальной методики, получении и интерпретации ре-?

йулывтов.

Структура и объем работы. Диссертация состомт т введения, аяи глав, звямяетя, и списка цитируемой литературы. Объем диссертации страниц, вклкмая рисунка и список литв-ратуры, содержащий наименований.

примесных адатомов и может проявляться через связь уровня Ферт с концентрацией адсорбированных атомов различной природы. При теоретическом моделировании получены соответствующие эксперименту режимы, при которых в зависимости от интенсивности воздействия происходит подавление либо облегчение процеоса осаждения. Проведенный анализ показывает, что в экспериментальной ситуации преимущественно реализуется режим локального взаимодействия.

Далее исследовано стимулирование лагерным излучением перехода мевду режимами полной й неполной конденсации атомов при осаждении тонких металлических пленок. Показано, что излучение малой мощности приводит к смещению критического давления перехода в область более высоких, а излучение высокой мощности - в область низких давлений. Изучено также влияние на осаждение металлов импульсного лазерного воздействия непосредственно во время осаждения. Лагерное облучение мишеней приводит к резкому увеличению скрытого периода, что сказывается и на толщине пленки. Показано, что это влияние сосредоточено на начальной стадии роста, во время скрытого периода осаждения и состоит в лазерном воздействии непосредственно на процессы зародышеобразования. Предполагается, что излучение приводит к кратковременному изменению шютноста поверхностной энергии га счет десорбции частя атомов во время импульса, в результате чего изменяется критический радиус зародыша. В течении короткого времени восстановления нарушенного лазернш излучение« слоя адсорбированных атомов чаете зародшей оказывается выведенной из-под критического размера и распадается. В результате можно говорить о пожлении некощюго эффективного радиуса критического зародыша, который меняется взависимости от параметров лазерного воадействйя.

В четвертой главе обсуждаются результаты фотоэмйссионного изучения стимулированного лазерным излучением осавдёния металлов. Фотоэлектронная эмиссия рассматривается в качестве процесса, позволяющего получать объективную информацию о состоят слоя томов в процессе облучения поверхности лазернш излучение», йселедуетйя также корреляция между параметрами фотоэлектронной эмиссии и эффективностью процессов осаждёния, В первом параграфе рассматриваются результата изучения лазерной фотоэмиссии с поверхности диз-

3) Импульсное лазерное воздействие приводит к смещению температуры перехода между режимами полной и неполной конденсаций при осаждении методических пленок, при этом излучение малой ин тенсивноста приводит к увеличению, а излучение высокой интенсив ности - к понижению критической температуры.

4) При увеличении интенсивности обработай лазерное излучение приводит сначала к повышению, а затем к резкому понижению скрыта го времени осаздения.

5) Действие импульсного лазерного излучения на начальном этапе осаздения в результате влияния на процессы зародышеобразо-вания приводит к удлинению скрытого периода осаядания.

6) Исследование фотоэлектронной эмиссии с подложки при импульсной лазерной обработке указывает на ее фотоэлектрический и тепловой характер при возбуждении излучением нивкой и высокой интенсивности, соотаетствупиай режимам подавления и облегчения осаадения пленок из атомных пучков. Фотоэмиссионные исследования, а также исследования методом импульсной лазерной масс-спектроско-пии позволяют предположить, что воздействие излучения низкой интенсивности связано с фотодиссоциацией, а воздействие излучения высокой., интенсивности - с термической десорбцией' молекул вода,

( адсорбированных на поверхности подложки из остаточного вакуума.

7) Предложены модели лазерного вот действия, объясняйте влияние на процессы осаждения пленок при воздействии излучения как низкой, так и высокой интенсивности и учитывавшие возможности как локального, так и коллективного взашодейсгеия осаждаемых атомов с атомами адсорбированного слоя. ' "

Результаты диесертвш^; опубликованы в следующих работах:

1. Алимов Д.Т;, ГолЬ-диан В.Я., Фйшеяев В.Й., Иарсгюв Ш.К.. Действие на поверхность импульсного лазерного излучения. // Тезисы. - Всесоюзная конференция "Физика поверхяоста". Черноголовка, 1983.- С.72. !...;.■ .

з. Алимов Д.Т., ТюгеМ В.К., «июелев В.И., Х&бмбуллаев П.К., Шаропов Ш.|{. Действие лйзЬрного излучения на термоокисление металлов. // Журнал фийМЧефсрйЦимии.- 1987.- Т.61, В.11.- С.987-940.

а

ЛАЗЕР НУРИ ТАЬСЙРИДА, ДИЭЛЕКГГРИКЛАР СИРГЙДА, Х0СЙЛ КИЛИНАДИГАН МЕТАЛЛ КАТЛАМЛАР

Фишелев В.И.

КИСКАЧА МАЗМУНИ .

Диссертация, хавосиз бувликда, двврий-узлукли лазер кури таьеирида, диэлеприклар сиртида, атоилар окишдан косил будадиган металл гатяашарши урганиига багитланган.

Ультрайинафиа лазер нури таъеирида катяамнинг хосил буяиш зараёнини, лазер нурининг кувватига боглше хояда теэдаштариш (катга куввагглардэ > т аксмнча сеюдоаятярив (кичик кувватларда) иуадин. Лазер нурининг сирпгдаги шядик газ атомларига икки хил таъсири будздм.

1. Фотодасаидаация

2. Иссиклнк десорбцияеи.

Бу таъсирларнинг сакланик мулла".« б.ир совтдан уи совтгвча " булиилиги куеэтнеди ва бу ходисадариикг |nsm дожввпи очиб берилди. '

Сирт фзтотоЕининг кийматига караб сиртнинг икки хил холатдя .будишиги тажркбшвр асосвда анишвди ва aasep изгри таьеирида бир холатдвн июсинчи холатга утиш муигиклига исботланди.

Утиш жареёни ' юкоридаги икки ходасакинг узаро ракобатони ифодаловчк нааария курадиаада урганилди ва бу нззария Пуанкаре усудида кайта текиирилди.

Диссертацияда, лазер ,нурм таьеирида, мета« катдвмдврмнк хосил килишнинг янга фдаик усули такдкф килинган. вактни, лааер нурининг кувватига ночиэик батмтшгп металл кзтламларини шълум (берилган) шакл буйича ош ижшш беради. М: худа ингич'са чизик йки тугри бурчак юаклида.

Татрибялар асосида металл структуралар фавовмй часпетша икки Звравар оииши ходисаси ва бу ходиеагшнг $тт тжыит наварий жихатдан тушунтирилган. - -

Юкорида кайд этйлган маямжшр алйстрояика саноатндвгн технологии «араёнларда т самараенни бериии ыумкин.

»

»

Подписано к печати 0- ^ 53 Заказ № УЫО

Тираж экз. Объем / п. л. Формат бумаги 60X84 1/16.

Отпечатано на ротапринте в типографии ТашГУ Адрес: 700095, г. Ташкент, ГСП, Вузгородок, Теш ГУ.