Введение к работе
Актуальность работы. Двойные сплавы переходных металлов типа благородный металл - тугоплавкий металл представляют собой новый класс аморфных сплавов. Они обладают высокой температурной стабильностью (температура кристаллизации Ткр до 900С) и широкой областью существования аморфного состояния. Их получают в виде пленок распылением в вакууме.
Одно из возможных применений таких аморфных сплавов -барьерные слои между полупроводниковым материалом и токопроводящей металлизацией, особенно в интегральных схемах высокой степени интеграции с мелкозалегащими р-п переходами, т.к. в них алюминий (стандартная металлизация) при технологических отжигах проникает на всю глубину перехода и разрушает его.
Взаимодействие с подложой кремния слоев чистых металлов изучено достаточно полно, так как в результате этого взаимодействия образуются силициды металлов, являющиеся на сегодня важным элементом технологии микроэлектроники.
Однако взаимодействие с подложкой кремния двойных аморфных сплавов переходных металлов изучалось гораздо меньше и не так подробно, как пленок чистых компонентов, и при этом совершенно не использовались возможности, даваемые таким мощным методом исследования, как просвечивающая электронная микроскопия, которая может дать информацию о природе и последовательности образующихся при взаимодействии фаз, структуре и морфологии растущих кристаллов, кинетике процессов роста и фазообразования, причем на микроуровне, что может привести к пониманию механизма взаимодействия аморфных металлических сплавов с подложкой кремния.
- z -
Целью работы являлось исследование взаимодействия пленок сплавов систем Pd-W, Pd-Ta и Ni-Nb с подложкой - монокристаллом кремния: определение температуры взаимодействия сплава с подложкой, идентификация образующихся фаз и анализ их морфологии, механизма и кинетики фазообразования, связи между кинетикой роста образующихся фаз и их морфологией и с топохимическими процессами на границе раздела пленка - подложка.
Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту;
-
Экспериментально установленные Ткр тонких пленок сплавов систем Pd-W, Pd-Ta и Ni-Nb разных составов в свободном состоянии и на инертной подложке.
-
Идентифицированы фазы, сформировавшиеся в результате взаимодействия пленки с подложкой Si, определены морфология и структурное соотношение с подлоякой образующихся кристаллов силицидов.
-
Обнаружен эффект аномально большого растворения Pd в кристаллах W при кристаллизации аморфных сплавов системы PcL-W» находящийся в противоречии с равновесной фазовой диаграммой.
-
Сделан вывод о том, что в процессе взаимодействия заметную роль играет уровень напряжений в пленке и тончайший слой естественного окисла кремния на границе раздела (для сплавов Ni-Nb), влияние которых на начальных стадиях процессов в пленке визуализируется на изображении по образованию характерных экстинкционных розеток.
-
Исследованы эффекты, связанные как с поведением отдельных эпитаксиальных островков силицида палладия или никеля при отжиге, так и с поведением ансамбля островков.
-
Сделан вывод о том, что в отсутствие тормозящего действия естественного окисла аморфные сплавы разных систем с Ткр>600С взаимодействуют с кремнием одинаковым образом.
7. Предложена модель взаимодействия аморфного сплава с высокой Ткр (>600С) с ионокристаллической подложкой кремния.
Практическая ценность. Результаты исследований могут быть использованы при создании диффузионных барьеров на основе аморфных пленок сплавов металл-металл.
Обнаруженные эффекты и модель взаимодействия позволяют предложить две независимые серии экспериментов для получения коэффициента диффузии благородного компонента в сплаве и параметров релаксационных процессов в тонкой аморфной пленке.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
-
XII Международном Конгрессе по электронной микроскопии, США, Сиэтл, 1990;
-
XIV Всесоюзной конференции по электронной микроскопии, Суздаль, 1990;
3. 49-м ежегодном собрании Американского общества
электронной микроскопии, США, Сан-Хосе, 1991;
-
X Европейском конгрессе по электронной микроскопии, Испания, Гранада, 1992.
-
Конференции по тонким пленкам TATF/HVTTF-94, Германия, Дрезден, 1994.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованных источников. Общий объем работы составляет 134 страницы, содержащие 3 таблицы и 39 рисунков. В список использованных источников входят 150 работ отечественных и зарубежных авторов.
