Радиационно-стимулированная диффузия и рекристаллизация золота и алюминия на поверхности кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

$ 0 О А Я п;

ли.

На правах рукст'/ол ШВДДЗ Tcí.vyprin а-!а]л"(?роБ;п

VJ7- £21. 315.592.3.019.59:539. Й

рлг;!/л;:0;п10-стжгл:аюьлт!ля лджзкя и риристлл^галщи золотл ¿i нл-.

попзрхтлатЬ ;сш;л:гя '

01;04.07 - тпорчо:« тсйа

А ч т о р о с р a ï лг.со 3jrrr-i;t"5 на сопскаяяо у*:с:;ой стептап кандидата физико-учтс'йл'ичссаих наук

- rsco

____ —».к >■""

■ - J ОЕДАЧ ХАР AKTKFI ГСП ¿СЛ РАБОТЫ

;.тдол __ i

Актуальность -те;лу. Исследование процессов рапяаш'.опно-стимулированной поверхностной дл^^узил (РСЦ/С и радиационнс-стичулпрозгнной рекристаллизация (PC?) актуально как с юучп о fi, так к с практической точек зрения.

Практическая ценность с-тпх нсслэдошний обуслорлек.а рок им внедрением радиационньгс технологических методоэ (¡¡ояная .. и-ллантацля, раднациенло— етктлулирояэнная диффузия (РОД)) в производство лптмрадьшяс микросхем (К«С) и прас(оров на осноэе систем "металл-полупроводник" (катодп с отрицательном сродством, диодн Еоттки а др.), я также пожененном г-тдх грлбороз н Iv.lC в полях пронлкаящеи радаацял.

Б настоящее время наиболее изучении.; л осгос.чмга технологически полупроводником яшяется крегкнй. Поо'гому и вчб-ралп ого в качество объекте для исследований РС1Д й PCP.

Научный аспект наи;дх исследовани!: РОЩ заключается в появлении п детальном изучении ш!крог.:оханнзг.:ов физических лро-% цессоп, про;:стадга:я пл границе раздала 'Газ арл г.-о-г'-лдизаци:: поверхности полупроводника. Cywïocîb» яо доследований PCP тонки пленок Ли н , нанеогшшх на поверхности кре-ияля, является разработка г.-одельчж представлений о процессах радиационного oisura для создания метода низкотемпературной радиационной рекристаллизации.

РС1И зависит как от характеристик основного материала а дл5с£узанта, так и от характеристик облучения (бди, интенсивность, (Тлюопс радиации, те::лературз облученшт к др.). Работы, посвящению влияния ышепривецеш'ьт; фактороз на диффузию золота и атежния по поверхности кремния, на сегодняиш^ дань от-

Oyr'JïbyKÎ.

По/Л) из бот'! заглклга&мя в исследовании вдляппя облучения па диффузию золото а алжмчппл по поверхности крехиил; изучении ¿олк хшчосках езязе.'т в процессах дк$рузил золота и ал:омль'ля ао поверхности креклдя; получении информации о зарядовых состо- . мше; золота г адшвагя в процессах РОДЕ.; исследовании стиг.улл-розэкднх плектрокччм облучениехл процессов рекргстаклЕзацсл тонкие пяекох золота л ашяикил, ааиооокиих на поверхность крем-пая; установления ^охализмсв РСДЦ к PCP золота :: ехижш ¡¡а по верхроетл кр&»'Н2Я.

Чзу-щзя новизна. На .осьове проведешшх исследовании получен;; оледукр^е оригинальные результать:

Л. ßnepDuo било доследовано вяление кристаллографических плоскостей Не РСДЦ Ли п по поверхности Si .• Oömp/seuo, что £ одинаковых ретниах диффузии па разных кристаллографических яо-аорзжостях кремния :: накравякш [IIOI йслицг. коэЙщазнтакй РСДЦ золота и алжпнпя иь.епт кгото соотношения ^,'jjo)

й. Получены данные о влиянии интенсивности и флоеиса od-лутслля бьстрьлли электронам (U~2I.îaG) m ьффзктивнооть процессов РСРД золота я алгминкя по поверхности кремния.

3. Блервле быиа исследована гшняотроляя ?С1Ш залп га и слхч'ипия по поверхностные плоскостям (НО), (100) л (III).

4. Проведено исслодошние влияния на поверхностную диффузии Ли и Jîi по Si разику. per. «лов чкспорнме'па: (а) термл-чсскнв ре.;:нм; (б) радиацлонлкн 'ретил; (в) смешанный реквм.

5. B'TopL'b'e бш иеоледосгн процосс фотостикулировачноя по-згрхиоотиоЗ даффузги (К!1Щ) золота ца поверхности иремши.

6. Проведено исследования процессов рекристаллизации Jtu Л M 1-" HOÜOpXUCOTH Si D pe-TllMÄX (b), (d) И (в).

7. пьказоко, vo саенень рекрчссагли&гкг'и плоаок золота с тведичелчси внг-епсагностя облучения (лрл ?.лм?роб?пйО!л £звеа-cft л для определен;»:! поверхностлел плоскостл) возрастает. В тех ;:;е эксдерпмонтплт.пнх условиях з случае плохо a air.-" ял:: л наблюдается значительно более слабая замсяг/ость з'Х'ек^а ?СР с? лнтел-елиюстл облучения по сразпенлп о золото?.!.

8. Ярездотечы :.'.з\аш;з.лг, обьяс-яжим набл^даглже офйех-ты РО.ПД и PCP золота и атг.гялня. - .....- —

Практпчоскак зддтзясть. Раярайотзтшз коаальчпо лрод-стапленяя :i получение с-лслеряг/енталыше результат;; .таг/г блть пепользованп б научите яооледоьалнях л в процессах рздипрлоатол гохлологля. Результаты ли исследовали;: елляш'-я облучения i;a ;1",;Муз:'лэ аякжпля по позерхаоота кремля да~д soows.îoo'ii про-?яозяровашш расстоянии у,з?яу х&гзяяичеош'П доро:л:а;.:л прк язго-'оглеллл ¡Z'C, лр:^'.ояг«л::ся в долях проникг.т-едэй радкэввп. ?е~ •угь?г,?а по йсачогоягшЕ) FCP пленок золота алскаая яа иогер:-ÏOCTîJ Яр&ЗГЯ ГОГуТ С-!:ТЬ г.спользоздш! длл рэзрзботкл "стодл

лз::огс:гпсра1урвой зюфяссаллязонви.

Eil_3a;irlZZ .Е'ЧЯСДШ!.

1) результата песледоЕгнил злияняя крцетг.тогрз.^ячеоках лосгосте:'! на РСЦД золота и алдлл'.нил по иозсрдностя кро.гняя;

2) о'ЭДчкт гш-лстрслил РСЦД золота л адгл.'.яняя аа п.онорд-:стя крешия;

3) результат!! ясследоганил влзчяля езде ,:ас2пе;:Еьсс?л, ноенсо облучения л реотдав обработки на о^еттлзлссть процос-;з РСПД золота л алпглшдя по иреушяо;

'!) оффзкт PCP пленок золота л ал::;.;иш:я па позерхност,; >э.гш:.ч;

5) мехаянэг.и РСДД я PCF золота д алюлтлк;^. ■''

Antio'fcT'iW г»а.У>ти. Ооаоаь-о работн доклэдовалпсь на Всс-соззшзс (ol's:n:ropoí, 1*301 г.; Т&ушси. IS3I г.; Зеленоград, 193л г.; Минск, 1905 р.; Каунас, 1986 г.) конференциях, а такке на кахдукародисй койэрскцм (ЧССР, Братислава, 1966 г.).

I'lültyiSJIi'i1.- Основные результаты диссертации лулопсни !з ? опубликотанпнх работах.

оот.см r'ido"."!'. Даооертакзя состоит m йбздснлл, пяти isiau, Gcaccma ij/iD«on i» списка цитируемой ли? coa тури, крючащего 94 «алмонг.шшя. Работа азло-ашч яг. 123 страницах гапхнопнслого текста и содср'-хлт 26 рлсуякое л 9 таб.т/.ц.

OCíIObriOTJ СОДЕГ^ЧК РАБОТ!!

Во лсгпешш обоснована азтузлшоеть тс:..н, е^срмуллровлнь* цель роботу л пзлог.онля, вшсс;:;.'по ла сглциту. В первой ху.аве приводятся осноелкс сведсил о структуре поверхности рсадышх крлетах-ои г paoci.vTpjisax'Tcn .теуаалзмн. погерхкостпой ;;:'.5чупил. и главе содержатся литературные дапчко с йайосдаеьш типах реконструкция ей раслячщзс кр1'.отачлс1 paájinccKjix поверхностях крзм-1шя. Г1родлагастся обзор лат ера турнет данных о шхаа-«гках РОД а по исследованию ло?,срхкос?кой термической лаКузаи Ли ао ¿i- . С учетом проведенного анализа лхторатурных дааньг.х. офорг^уллгована Е&иача ^сследонануя.

Вторая глаза содорхлт описание катода приштошонпя odpao-цоз, проведения :: рекрпстагш'зашклшых процессов,

мд-ереная г#е-ктк£ных коафЬ^Д^нтов аозерхпостной дайЛузла, опенки стебель рекристаллизации аморфных пленок и обработка результатов измерений. В третьей главе приводятся результаты исследования РСД золота л алюминия ня поверхности крилнпя. В четвертой главе приведены результаты РСР толках пленок золота и

агмминня на поверхности кремния. Г пятой главе приводятся механизмы РСВД и PC?.

Методика исслекояачий. Експед.'Зекты проводилась на механически полированных поверхностных шоскостях (НО), (100) я (III) монокристаллического кремддл /7-типа проводимости с удель-fiir.i сопротивление:,", 0,02 о;;,-к, па которые методом вакуумного напьления наносились пленки золота или алюминия холцлной ~Ю л. Облучение образцоз бгстркмл электронами с энергий 1,'эВ прокз-водилось перпендикулярно к доследуемой поверхности кремния. Температура образцов при облучении била равна 320 К л 900 К. ','сслэ-доваллсь такпе ди:Тйузпокнне и рокрпсталлизационные процессы при S00 К без воздействия радиации. Сотостпмулированная поверхностная дгдйузля (<Х1Щ) Лц по ксслодогалась лрл двух г.охол-нмх температурах образцов T¡ - 33Q к д "fj = 77 К. Плотность

ГУ ^

мо'длости излучения ( F ) менялась п диапазоне 2,6-10 Зт/м'' -f.. т- 1,9-1С5 Бт/м2.

й результате длйуз ионных процессов происходил сдвиг резкой гранищ: пленки исследуемого металла по повеохпости кп.'м-ния. Следуя работе /I/, по внрагселга оценивали оо-л-стив-

коэффициент иоверхлостной дигфузнп, где смешение гра-

ницы пленки металла за время "С .

Основ.'пл.! методом исследований било измерение величины сделга резкой границы пленки исследуемого металла-с помодтуо электронного микроскопа. Креме того, для определения стелели рекристаллизации пленок золота и алтг.т.ния методом "на отражение" снимались ол&этронограккы при ускорядлдих напряжениях 75 и 100 ноВ.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЗКСШПЬЕ-ГГА I! ИХ ОЕСУГ^ЗШЕ _

I. Радпадаонно-стимулированная диЖузия золота л аля'лнпя на поверхности кремния

Одни: из основных аспектов воздействия радиации на про- 4 цессн РС1ТД золота и алюминия па кремнии является влзь'заемое им ускоренно лсдвияности адатомов. Как известно /I/, поверхностная гетегодийфузия, т. о. перемещение атомов Е<чцоства А по поверхности вещества Б, мо~от происходить с помощью двух механизмов -

■ механизма типа "перекати-поле" и механизма типа "развертывающийся ковер". Реализация того или иього механизма поверхностной

■ диффузии определяется величиной теплоты адсорбции вещества А

на поверхности Б, а именно, умааьаение эффекта адсорбции анатомов способствует осуществления механизма "перекати-поле".

Авторы работ /2-4/ показали, что термическая поверхностная диффузия золота на кремнии в интервале температур 670*1170 К осуществляется только лишь механизмом типа "перекати-поле". Б наши: аасперлшатах радиация разрывает связи адатомов с поверхность» л тем самкм уменьшает эффект адсорбции. Таким образом, можно с уверенностью считать, что во всех наших экспериментах диффузия происходят по механизму "перекати-поле".

Эксперименты показшш, что для диффузии золота на поверхности кремния характерны два процесса. Первый из них гедет к собирав <и атомов внутри аморфной пленки металла в кристаллические- зерна ("ье-сходящая диффузия'' /I/). Этот аффект особенно ш-ракея в присутствии радиации. Второй - к распространению адсор-ба-ХЕ вдоль поверхности (пространство мезду зернами также заполнено атомами колота, которые образуют неупорядоченную двумерную

- 9 -систему.

Распространение золота в область чистых участков поверхности, яообце говоря, может идти пут.л миграции зерен, диффузии одиночных атомов неупорядоченного слоя или атомов, оторзанннх от зерен в области исходной пленки золота с последующим'собиранием их в кристаллические зерна на члсткх участкам: поверхности. Однако, з работе /5/ показано, что энергия отрыва ато;,:з золота от зерна.(3,9 эБ) немного больпе энергии активации цплТузип -атомов золота по поворхности (1,9 эВ). Поэтому з на!1нх экспериментах наиболее вероятны:.? представляется одновременна: лерэнос зерен и атомов неупорядоченного слоя. Возможность миграции достаточно крупных кристаллитов ( ~ 10"^ м) вдоль подложи подтверждается окспергментальными и теоротнчЕскпга работами /5-7/,

3 случае миграции зорен процесс распространения золота з область чистых участков будет лимитироваться состояниями валентных электронов атомов порол, непосредственно контсктирусдих с поверхность;:) кремния в условиях эксперимента, а в случае миграции атомоз неупорядоченного слоя - состояниями Валентин:': электронов эт::х атомов.

Для диффузии алюминия по поверхности кремния продосс "восходящей диффузии" не наблюдается. В этом случае, ло-внцп-?.»му, распространение алюминия в область чисто:'; поверхности происходит путем миграции одиночнмх атомов неупорядоченного слоя. По данннм электронографичсских яз.-тореняЛ, на всех исследуемых поверхностях кремния имеется не более чем один моноодои окисла. Специальнке опутн показали:

1. Присутствие монослоя окисла нз меняет поворхностнкЛ потенциадьннй рельеф подложки кремния;

2. Б условиях наших экспермментов отводом атомоз золота

- 10 -

и аетдщия з объем kokiio пренебречь.

Опыты по исследованию влияния облучения быстрыми электронами на диффузи-ч колота и алюминия по $ i проводились на поверхностных mtociэстлх (ПО), (100) и (III) в направлении [НО]. Било показано, что дая всех исследованных: кристаллографических плоскостей при фиксированной дозе облучения ( = = 2,5-М20 2л-1.Г2, Фг = б.З'Ю20 ал-м"2) о увеличенном потока быстрых электронов с энергией. ~ 2 МзВ метду коэффициентами дмффузии наблюдается соотноиенио: ^з,^ ^( = 0,0-АЫ', t5a- 2'Ю-2 Ь/\?) ; кроме того, во всех случаях 2)>iSq».

* ' При фиксированном значении теперь уне интенсивности потока радиации с увеличение;.; фшяенса облучения для всех исследованных -• 'плоскостей выполняется йеравенство: . Следует за-

метить, что зависимость коэффициентов диффузии от флюсное по . сравнению с зависимостью от интенсивности носит более слабый характер. Сравнение ко коэффициентов диффузии для различных вздев воздействий, стмулирушшх диффузионные процессы, шказа-' ,ло, что на каждой из исследованных плоскостей выполняется сле-цувдие соотношения: ^ 2) ц ^ 2)-г+я .

В работе /3/ па' основании сообраконий, изложенных в /9/, ._был предложен простой и действенный подход для выяснения меха-

t-

низюь радпационно-стимулированных процессов диффузии. Авторы утвеп;эда»т, что энергия активации диффузии долша зависеть от конкретных условий, определяющих связи дпффузапта с матрицей. При воздействии радиация у части д^укдируввдх атомов происходит разрыв одной tun: нескольких связывающих орбиталей. Ка осно-.' 'вакии ¡лих представлений легко могут быть объяснены результаты навях экспериментов по исследованию процессов РСЛД золота и ■ алг,ш;л;: на кремния. Исходя из о тих соображений,* йаблшаемоо

яама увояячааяд коо&ацдектоз ГСПД золота (для всех дссдезусгилс

кристаллографических поверхностей кремния п при фиксированном флюенса облучения) с ростом пнтенсивр'стя потопа Окстркс .электронов могло объяснить следующим образом. При увеличения интенсивности облучения увеличивается частота разрыва химических спя-' зей ме'хпу подложкой я диффузантом и, следовательно, частота перескоков диффузанта, что приводит к увеличен;:.-.: коэффициентов диффузии,. Увеличение коэффициентов РСЦ2, с ростом флюзнса радиации (на всех исследуемте образцах и при фиксированно:,: значении интенсивности потока радиации) связано с тем, что при уьеличз--кил флкенса радиации частота разрывов связей но у.заличигзется, однако, количество разорванных связей всс не растет. Такой рост обусловлен тем, что в процессе облучения не все разорванные связи восстанавливаются, и со временем происходит постеленное "накопление таких разорванных связей. Из вышесказанного тгкм.е следует, что зависимость хтосффлцлс.чтоз диффузии от флменсп по сравнению с зависимостью от интенсивности облучения долмлг нести белее слабый характер, -гто и наблюдается в наел:: ; :сперлмел?ах.

В результате исследований бмло показйпо,' что в одинаковых ремимах диффузии на разных кристаллографических поверхностях кремния пме.от место соотнопенля -2) цгд) 7 ® (ICO) ^ (1т1)' Наблюдаем,о с неравенство объясняется разницей в количества связей адсорбированных па этих поверхностях атомод полота с под- • -ломкой. На рпс.1 приведено раслололонло атомов на камдой из ио-слздусмых поверхностей (картина соответствует переконструированной л нерелакспрозаяяой поверхности). Показаны такта направления сво<Золннх орбиталей этих атомов (на плоскости (110) .атом кремния имеет одну несбалансированную орбиталь, па плоскости (100) - две несбалансированные ерблталл, а па плоскости (III) -

" Тяо.Г, 'Раополоткониэ а.томов- и каараипеиия сзо<йдных..орс>'игааой " 1Íкралась яласхооа-язс ,(110), '(100) a (III),'1

три несбалансированные орбитами). При наших, дальнейших обсувде- , ниях мы будем пользоваться вышеприведенной моделью расположения атомов на поверхностных плоскостях,как при реконструкции и релаксации на всех трех плоскостях в среднем на атом одинаково уменьшается количество свободных орбитачей л, таким образом, сохраняется прежнее соотношение мезду ними.

Эксперименты показали, что на плоскости (Г00) коэффициент диффузии золота в направлении [ilöj чуть больяе, или такой',, . ,~е величины, как и на плоскости (III), на которой зкступаят три свободные орбьтали. Это, по-видимому, связано с тег,?, что атомы ' "золота в силу своего большого радиуса'предпочитают располагаться не над'атомами кремния, а'над мегдоузелзкымя пространствами . -(рис.1). 3 таком случае на плоскости (100) атом-зелота будет осуществлять одинаковые связи с четырьмя атомами , на плоскости (110) - с двумя атомами, на плоскости (117.)-о тремя ато-.' , мами Si , а с четвертым - слабуэ связь в саду геометрической •■ ориентации двух орбиталей последнего. Каздая связь на плоскости (100) будет сушбео, чей три связи на плоскости (Iii), в спдуч, пространственной ориентации орбитачей кремния. Поэтому .энергия связи будет почти одинакова на шюокостях (100) и (III)..Если' учесть, что радиация разрывает связи, она будет действовать do— ! лее эффективно там, где золото осуществляет связь с шныаи^ ко-; ' личеством атомов. т.о. на плоскости (ПО), что и'яяблхдается. "'"' на эксперименте. На всех псследусмш: образцах наблюдается резкая анизотропия как обычной термической поверхностной диффузии, так и РСОД. При этом па плоскости (1.10) меэду значением коэффициентов диффузии по разню.! лрлста'хлох^афическя:.! направлениям набл.о-даются соотнопеняя ® [Jjq] ^ SjjQ^Spggj.'IIa плоскостях'(100). п (III) имеют место аледуасио соотношения: Q Птгм^ йшГ к

.7} jrr.-^ Ч) jjügpJögjrj} соо'гвезотвояно• Заметим, что эффект анизотропии FCIiE в случае золота является белее четким, чем в случае атж.ипня. Sth результаты легко объясняются на основе вышэ-пзлог.еншк соображений. Из рлс.1 видно, что, например, на поверхности (ПО) миграция атомов золота, которая происходит по механизму "перекати-поле", легче долмна происходить по направде-ни'о Ii 1С] , т.к. в этом направлении свободные орбитали располоке-IU- бл'п::;е друг к другу; прн зтом такая миграция должна осущсст-• влятьоя посредством перескоков атома между двумя соседними плос-■ костями, как ото показано'на рис.1. Из рис.1 также следует, что ■ в направлении [ЮЙ миграция атомов золота должна идти хуже, чем в направлении [ПО] , л гораздо трудней она должна нроисхо-' дить по направлению [335] . Такой не анализ, проведенный для слу-. чая поверхностных плоскостей (100) и (III), показывает, что и на отих поверхностях миграция атомов Jiu легче происходит по тем нападениям, по которым свободнно орбитали поверхностных атомов . кремния расположены блине. Замети.', что в случае наблюда-

. птоя такие :ко закономерности яоваденпя кооффиционтов диффузии от рехиков обработки, параметров облучения, кристаллографических плоскостей и различных направлений па зтих плоскостях, Однако, эти зависимости носят Солее слабай характер. Это понятно (.¡з следящих соображений: атом зелота имеет один валентный удек-... треп, а алюминий - три валентных олоктрока. Поэтому шажпкй

осуществляет более сплъну;о связь с подложкой, чем агом золота, . и, следовательно, влияние радиации, рекимов, криста^шэграфичес-. них плоскостей и направлений во всех случаях уменьшается.

- ' Исследования радиащюнчо-стимулирозанпон поверхностной элоэтро диффузии (РОПЗД) золота и алюминия по Sl показали, что значения когйфициентоь дифруэии золота и алюминия в направления

отрицательного электрода больше, чем з направлении полгг-слталь-юго электрода, при этом во всех случаях Z>j>,u > 2)-4. Эти факты указывают па то, что миграция золота и ашомишш происходит, з основном, в виде положительных ионсв, причем эффективный заряд золота больно эффективною заряда алюминия.

Эксперименты по исследованию процессов <1€ЦЦ золота на ¿4 ¡повозились на поверхностных плоскостях (ПО), (100) и (III). Сотенное ос.'.упопло проводилось при двух исходных темп ера турах )бгазцов: Tj = 300 К и ■ Tt = 77 К. Плотность мощности излуче-шя ( f ) к?лилась п диапазоне 2,6-105 3t/m2-:-I,S>к/1 Ет/м2 A-uwi.= 2 сек). При этом в зависимости от интенсивности потока iotohob образец нагревался па 40 К -f IE0 К соответственно. Было ¡оказало, что для кристаллографической плоскости (ПО) ¿1 в гавлслгости от исходно;: температуры образце б ( Т; - 300 К, Tj, = = ?? К) мегду ко о® лцл ситами 5С1Ш ( Ф<ь) наблюдаются следующие ¡оотпосенля:

iwiacKys зависимость wrao объяснить па основания плстджж юобрачений. Известно /I/', что реальная поверхность кристалла ¡бладаот ступенчатым рельефом. В результате флуктуашюнннх фоцессов происходит отрыв или присоединение атомов к ступени. 1одв;";н»ю атомы на поверхности образуют "плоский газ". Z умень-:епмсм температуры уменьшается концентрации атомол "плоского ^аза" и интенсивность лх хаотического движения, т.е. поверх-юсть становится более "гладкой", и тем самым облегчается дг.ф- . )узнонпая миграция атомов по этой поверхности, Itou so с певкко-шем температуры уменьшается поверхностное время г^лзни свободных носителей (ацтпеглзывамдлх кгазичастиы).

Следует отметить, что для золота Z)^,^ га плоскости Si (ПО) прл исходной температуре образца Tj = 77 К оказался

примерно на ллгь порядков величины больше, чем коэффициент тар-мкчосксй диффузий при Тсгх= 900 К я . ¿стк.= 33 мин.

Показано, что при температуре образцов Та. = 77 К значение £)<р золота по ¿1 (100) в направления [Х1С] с увеличением интенсивности потока фотонов в диапазоне плотности модности 2,8'105+1,9'10® Вг/м^ увеличивается по сулерлинейному закону.

. Наблюдаемое на эксперименте соотношение: Ям

(где соответствует ойлученля со стороны , а ^«и-

с обратной стороны) объясняется следующим образом. Во время облучения со гтороны золота часть падающих квантов отражается, и тем самым уменьшается эффективность образования антисвязквающих квазичасгиц (сеойодшш электроны и дырки), концентрация которых и определяет скорость диффузии. Когда облучение происходит со стороны поллопки, эффект отражения квантов от золота, наоборот, способствует образованию антисвязыааюдих квазичастиц. Поскольку в этом случае отражаются кванты с ^ У ^ , которые и ш>

ряют основную роль при разрыве связи атом золота - кремний, энергетические уровни которого тсг.о расположены в диапазоне № . .

Объяснения наблюдаемой на каппой сз исследуемых плоскостей $1 резкой анизотропии коэффициентов, а также соотношений ^тин/ ^Фдо)"' аналогичных случаи электронного облучения,

приводятся выше.

Во всех случаях значения золота по в среднем на два порядка превышают значения коэффициентов диффузия, стимулированной электронным облучением. Этот факт объясняется тем, ' что: I). в условиях ксиих экспериментов, как показали проведенные нами оценки, создаваемая светом концентрация антисвязнвающих и.е?.ичастиц па порядок больше, чем в случае электронного облуче-

. ния; 2) з процессе олектропного облучения помимо зффекта яочпза-. див создаются поверхностные дефекты, что, в свою очередь, приводит к уменьшений скорости диффузии адатсмов Ли по Sl ; так как адатом будет связываться с дефолтом, то для участия в диффузионной миграция вдоль поверхности он долпоя освободиться от • поверхностпого дефекта; в случао фотонного облучевия дефекты не создаются.'

2. Радиацпонно-стимулироваяная рекристаллизация тонких японок золота я алюминия на поверхности кремния

С целью дзучопия процесса рекристаллизации аморфных металлических слоев были пропедепн исследования процессов рекристаллизации алюминия и золота,напасенных в виде пленок толщиной .

~10"8 м на поверхностяыз плоскости (110), (ЮС) л (III) моно- ■ кристаллического кремния. Дополнительно'-? случао алюминия была исследована рекристаллизация з завлси/остл о? толшапы пленка.

Процессы рекристаллизации проводились в .следующих реумах: .(а) - термообработка при Т = 900 К; Ч'(5) - облучение пра компат-•ной температуре ( Т = 320 К); (в) - облучения при Т - 500 К. Температуры образцов в двух последних режимах даны с учетом нагрева образцов на 20-25 К в процессе облучения.Облучение производилось быстрыми. ( 2 1'яВ) олоктсошзмд.В случао Ли фташсь' об-лучешш рэвнплиов ^ = 2,5' 1С20 Зл./м2 л' ^-S.GvIO20 Эл/м2 при .. двух интенсизностях потока, о именно: 0,8'Iü-^ к/ь? п = = 2- ТО-" А/м2. При облучении пленок алюминия соответственно ".' ■ флтепсы и интенсивности рзплащш равнялись: 'т5; = 2,5*10'"^ Эл/м2 , и LiV - 5,5-Ю20 Эл/ы2; 2-ТО-8 А/м2 0 . Зэ= G'ICT2 Л/м2. ' ;

Эксперименты показали, что исходное золото находилось а'* • . рептгеноако рфн'ом состоянии без каккх-лпбр следов тететури, .Пас;'

вышеизложенных обработок происходила собирательная рекристаллизация (собирание атомов внутри пленки в кристаллические зерна), в результате чего в основной массе пленки золота сформировалась определенная структура. Б более тонкой области пленки, которая появляется в результате поверхностно'! диффузии, размеры зерен уменьшаются, и степень рекристаллизации пснизхаетсл.

3 случае пленки алюминия процесс собирательной рекристаллизации по наблюдается. Этот факт легко объясняется, если учесть, что атомы алюминия имеют три валентных электрона, энергия связи атомов больп-е, чем в случае золота (имеющего один валентный электрон). Поэтому затруднен отрыв атомов алюминия друг от друга'в неупорядоченных слоях и последуя-дай переход к центрам рекристаллизации. Наблюдаемый же эффект сплошной рекристаллизации ео все!, пленке алюминия требует меньшей энергии активации, так как при ослаблении деформированных связен в результате облучения атому не приходитал преодолевать бельоле расстояния, как 2 случае эффекта "собирательной" рекристаллизации.

Анализ электронограммы показал, что при одинаковых параметрах раалащ:и (флюенс, интенсивность) л для определенной кристалле. графическоплоскости максимальная степень рекристаллизации наблюдается в режиме (в), наимоиы::ая - в режиме (а), т.е. четко наблюдается зфгект радиацлонно-етякулирозанной рекристаллизации.

Результаты нага« исследований показывают, что с увеличенном интенсивности или флюенса облучения степень рекристаллнзяцш пленок золота растет. Заметим, что зависимость степени рекристаллизации от флюэнса носит гораздо более слабый характер, чем зависимость степени рекристаллизация от интенсивности облучения.

Наблюдаемые оифектн мозут быть объяснены па основа развитых авторами /10/ представлений о том, что помимо образования

ренкаяевскос пар, радиация вшивает ослайлеше деформированных в аморфных пленках) химических связей ме:хау соседними атомами олота и, тем сами.;, способствует более быстрому восстановления эрмалышх св.43 ей, соответствую'дих кристаллическому состслншо.

Была показана зависимость степенн рекристаллизации от риоталлографлчзской срисктации поверхности кремния. Оказалось, :о г»аг'.симальпая степень рекристаллизации имеет место на поверх-зстн (НО), а наименьшая - на (III). При этом наиболее четко гот эффект внранен в режимах (б) и (в), т.е. п присутствии здлации.

Влияние ориентации поверхности поцло;л<ц объясняется тем, го плоскость (НО) имеет один несбалансированный электрон на )j;npx::ocTH, а плоскость (1TI) - три электрона, и поэтому имеет ;ль:яее влияние на тонкую пленку, "навязывая" ей свое кристалло-эафпческое строение. С ростом тол'ципы пленки пляякис поворхно-г;: подломки ослабпает.

На всех образцах о пленкой алюминия, исследованных в тех з экспериментальных условиях, что и с золотом, наблюдается зна-1тельно солее низкая эффективность процессов PCP, чем для случая >лота. Кроме того, обнаружена очень слабая зависимость отепенд ¡кристаллизации пленок алтаинпя от параметров облучения л рэтп-)в обработки (характер этой зависимости аналогичен характеру :? для случая золота). Эксперименты показали такге, что о увели-гнием толщины пленки алюминия степень рекристаллизации возрас-¡от. В отлично от золота, ко наблюдается зависимость степени _ • згтг"сталлизаиии от кристаллографической ориентации поL~o-'.v.:i.

Наблюдаемый на эксперименте факт, что при идентичных уело-1ях эксперимента па пленках алюминия эффект ренристаглизац.1.;! )сит гораздо более слабый характер, чем в случае золе та, у^азч--

вает на нетепловую основу механизмов рекристаллизации. Действительно, если в рекристаллизации в наших экспериментах основную роль играл бы наг-рез образца, то Ml , который имеет значительно более низкую температуру плавлепил ( Тпл.= 932 К), чем Ли ( Ткл.= = 1333 К), должен был рекристаллизоваться при более низких интон-сивностях облучения, чем Ли . !1а опыте наблюдалась обратная картина. Об этом -се свидетельствует зависимость степени рекристаллизации ст толщины пленок M . Если бы нагрев играл основную роль (тепло в основном выделяется в подложке), то с увеличением толщины пленки степень рекристаллизации должна била уменьшаться. Ка эксперименте наблюдается обратная картина. Чем толще пленка, тем мепызе мекает поверхность подложки рекристаллизация.

3. Механизмы РСЦЦ и POP золота и алюминия па кремнии

На основе анализа температурной независимости РСПД и ФСПД и влияния энергии связи атома диТЛузанта с поверхностью и интенсивности облучения и освещения на величину коэффициента поверхностной диффузии предлагается механизм этого явдения. Таи mi образом, можно утверждать, что элементарный акт миграции происходит не за счет флуктуации кинетической энергии около донного атома, а за счет изменения энергии связи данного атома с окружающими атомами.

В основе механизма PCP лежат представления, развитые в работе /II/, по которым механическая нестабильность (плавление) происходит в результате изменения квантового состояния электрона из связывающего состояния в антисвязывэющее S~ -состояние, в котором электрон обладает сферической симметрией, и поэтому атомы двигаются друг относительно друга значительно легче. Для качала плавления характерна критическая концентрация разрыхляющих

¿"-электронов, которая гложет создаваться не только теплом, но и облучением /12/. Поскольку з металлах зоны перекрываются, Л'ь будет определяться величиной псевдощалп - зазором разрешение энергий мечду уровнем Формл п яаинпзсии положением антисьязиваг-щпх орбитолей. Аморфная пленка представляет собой ыэтастабкльноэ состояние с больше"! потенциальной энергией, чем в кристалла. . При достижении в какой-либо её частя атомам дается воз-

можность свободно двигаться, и начинается перестройка решетки с выделением тепла, что усиливает начавпнйся процесс. При облучении аморфной плешт металла в нем происходя? переходи £ и с?» сзя-зшякщих электронов в рззр!!хля£псе 5 -состояние, что создает необходимую критзг-тсскузэ концентрацию для рекристаллизации.

ВЫВОДЫ

1. Ка всех исследованных кристаллографических поверхностях кремния при фиксирс. ^нном флгае.чсэ облучения о увеличением интенсивности потока быстрых электронов наблюдается увеличение коэффициентов РСЦЯ Ли л на $!■ .

2. Уезду коэффициентами диффузии РСПД как для Ли , так

I для М при одинаковых режимах диффузии на различит кристаллографических поверхностях кремния обнаружено соотношение ^ ''ПО)'' ® (100)> ®(ПТ)' закономерность объясняем разнл-

1ей в количестве несбалансированных орбиталей на этих повсрхнос-вт-:.'

3. Найдено, что во всех случаях выполняется неравенство

. Эта закономерность объясняется более еысокой концентрацией разорванных связей на поверхности кремния в случае радияцп-шного воздействия по сравнение с термическим воздействием.

4. Показано, что на всех исследованных образцах кремния 1аблюдается резкая анизотропия. РСПД .Йи и . &ффе.кт апг-гготро-

паи в слу "ае золота выражен более четко, чем в сл^ге алюминия.

Ь. Наблюдаемая более слабая зависимость коэффициентов диффузии от интенсивности, фшсенса, кристаллографических плоскостей и режимов диффузии в случае M , чем в случае Л" , объясняется более слабой химической связью золота с поверхностью кремния.

6. Установлено, что зависимость коэффициента ФСЦЦ золота, при исходной температуре образцов Tz= 77 К, от интенсивности потока фотонов носит сублинейный характер.

7. Наблюдаемая на эксперименте оависимссть PCP от кристаллографических плоскостей и рода металла объясняется различием в количестве электронов связи между различными поверхностями раздела "полупроводник-металл".

8. Наблюдаемая зависимость процессов PCP, РСЦД и СОЩ для Ли и M на Si от интенсивности облучения объясняется разной концентрацией разорванных связей при разных интенсивностях.

9. Протекание процессов поверхностной диффузии и рекристаллизации независимо от режимов проведения эксперимента определяется концентрацией разорванных химических связей на поверхности раздала, которая обусловливается режимами эксперимента.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работа:::

1. Герасимов А.Б., Куталия Э.Р., Мелкадзо Т.З., Церцвадзе A.A. Радиацпонко-стдмулнрованная диффузия золота на поверхности кремния // Вопросы атомной науки и техники, серия физика

■ радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 1932. Зкл.3(22). С.68-69.

2. Герасимов А.Б., Кутедия Э.Р., Меякадзе Т.Э.,' Перцвадзе A.A. Раглациошю-сткмулкрованная рекристаллизация тонких пленок

- 23 -

золота / Тезис» докладоз 17 отраслевой научно-технической копфорепгии по топким плескам, Тбилиси, I93Î. С.230.

3. Герасимов А.13., Кутелия O.P., Молкял.зе Т.Э., Церцвадзе A.A. Анизотропия радиацпонно-сти.'Г/лироьаниой позерхпсстисй диффузии золота на кремнии / Тезисы докладов Всесоюзной конференции по вопросам интеграции л нетермлчеекой стимуляции техпо-лог;пе51'Лх пропессоз микроэлектроники. Зеленоград, 1931.

С.201.

4. Гвердцители Z.T., Герасимов A.B., !.!елкадзе Т.Э. Механизмы рскриотгдлизацпи аморфных пленок золота а результате облу-ленпя / Тезисы докладов Всесоюзной научной конфоронцли ло вопросам состояния и перспектив развития мнкроэлэктронной техники. rini'ck, I9CS. Т.2-2. C.Î40.

5. Герасимов A.b., Молкадзо Т.Э., Церцвадзе A.A. Влияние иптег-.-сивностп облучения и кристаллографических напрагленпй на РСПд Ai па ловерхности кремния - Тезг.сы докладов Всесоюзной научной конференция по вопросам состояния л перспоктйз развития млкрозлоктронпой техники, '.'днек, ICS5. Т.2-2. С.141.

5. Герасимов А.Б., 1'олкгпзэ Т.Э. „ Церцвадзе A.A. Радиациошю-стимулпрованная диффузия л электродиффузия алюминия л зелота на поверхности кремния - Тезисы докладов I' Всесоюзной конференции по вопросам диагностики поверхности. Каунас, 1236. С.150.

?. Гвердцители И. Г., Герасимов A.B., Капкадзе Т.Э., Пхакадзо М.Г. Механизм рекристаллизации пленок алюминия л зелота в результате облучения / Тезиоч догаадов I Всесоюзно!! конференция по вопросам диагностики поверхности. Каунас, I93S. С.IfI.

Chucos цитируемой литературы:

1. Гетузип Я.Е. диффузия по реальной кристаллической.поверхности. - Б кн.: Поверхностная диффузия и растекание. М.: Паука. 1Э69. С.II.

2. Нестеренко Б.А., Зрс^евекнй Б.А.. Розумнюк В.Т. // ФТТ.

1977. Т.19. Вып.II. С.3284-3290.

3." Гаврилки :о.Л., Лпфгаац В.Г. //Поверхность. 1983. Г4. С.62-8;

4. Нестеренко Б.А., Зракевский В.А., 1Ъркун О.'О. , Розуишэх В.Т. // Поверхность. 1983. Кб. С.80-84.

5. Трусоз П.И., ^олмянский В.А. - !.'.: Металлургия, 1973. С.

7. Жданов Г.Л. /'/ Изв. АН СССР, сер.физ. 1972. Т.36. C.I3GI.

8. Герасимов А.Е., Дландиерд U.EI., Перцвадзе A.A. // ФТП.

1978. Т.12. Бня. C.IC00.

9. Герасимов А.Б., Герасимов Б.А., Цорцвадзе A.A. /'/' Сообщения АН ГССР. 1975. Т.V?. С.63.

10. Герасимов А.Б., Кутелия S.P., Малкацзе Т.Э., Дерцвадзе A.A. / Тезисы докладов ГУ отраслевой научно-технической конференции по тонким пленкам. Тбилиси, I9SI. C.2G0.

11. Гвордцител:: И. Г., Герасимов А.Б., Пхакалзе .М.Г., Перцвадзе A.A. // Сообщения АН ГССР. 1984. Т.IIS. J53. С.513.

12. Гвердцители И.Г., Герасимов А.Б., Гкакадзе ;,"..Г. // Поверхность. I9S5. Ш. С. 105.