Введение к работе
Актуальность темы
Вопросы распределения элементов в поверхностном слое и на межфазных границах в различных классах систем, а также изменения этих распределений являются актуальными при разработке технологических основ создания и методов совершенствования изделий микро- и наноэлектроники.
Огромную роль играют свойства поверхностей и границ раздела металл - полупроводник, а также поверхностных и межфазных слоев наномет-ровой протяженности в направлении нормали к поверхности. Этим в значительной степени определяются электрофизические свойства, надежностные характеристики и срок работы приборов.
При довольно большом разнообразии экспериментальных методов исследования поверхности, поверхностных и межфазных слоев и границ раздела только вторично-ионная масс-спектрометрия позволяет в одном приборе и одним методом получить наиболее полную информацию о качественном и количественном составе многокомпонентных систем, а также построить пространственное (по глубине исследуемого образца) распределение элементов в поверхностном слое. В случае оснащения вторично-ионного масс-спектрометра микрозондом метод позволяет получать распределение компонентов также и по площади как на исходной поверхности, так и на поверхности, образованной стравливанием верхнего слоя образца.
Во всех случаях определения химического состава и характера распределения компонентов в поверхностном слое и на межфазных границах, все методы, как правило, дают усредненное значение по некоторой достаточно большой толщине материала при обычно используемых режимах работы стандартных измерительных установок, то есть имеют ограниченное разрешение по глубине. Это обстоятельство искажает реальную картину распределения компонентов и, следовательно, затрудняет понимание природы объектов исследования. Несвободен от этих недостатков и метод вторично-ионной масс-спектрометрии, однако, в случае реализации статического режима работы, этот метод позволяет, в пределе, получать информацию об одном внешнем моноатомном слое поверхности образца.
Это и делает вторично-ионную масс-спектрометрию наиболее подходящим и незаменимым методом для исследования состава и свойств нано-размерных структур, возникающих в технологических процессах создания изделий микро- и наноэлектроники.
Цель работы
Целью настоящей работы являлось проведение экспериментальных исследований распределения компонентов в наноструктурах, формирующихся на границах раздела тонкой металлической пленки с полупроводниковыми, металлическими и диэлектрическими подложками в технологических
ТосГнАЦИОНАЛЬНАЯ1
БИБЛИОТЕКА ] 3
процессах создания изделий микро-и наноэлектроники. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Расширение функциональных возможностей и улучшение характеристик серийного вторично-ионного масс-спектрометра МС-7201 с целью применения его для анализа наноразмерных поверхностных слоев материалов и границ раздела полупроводниковых наноразмерных структур в различных режимах работы масс-спектрометра.
-
Исследование профилей концентрационных распределений легирующих примесей полупроводника и компонентов пленочных слоев в полупроводниковых наноразмерных структурах, формируемых в технологических процессах создания активных областей различных изделий нано- и микроэлектроники.
-
Изучение особенностей перераспределения легирующих примесей полупроводника в поверхностном слое и на границе раздела металлическая пленка- кремниевая подложка в зависимости от сочетаний примесь - металлическая пленка и при различных термодинамических условиях.
-
Разработка методики определения толщины и скорости роста наноразмерных силицидных слоев, формирующихся в зоне раздела металлическая пленка — кремниевая подложка, по данным сегрегации легирующих примесей полупроводника на межфазных границах кремний- силицид металла- металл.
Научная новизна
В ходе выполнения работы получены следующие результаты, обладающие признаками конструктивной, методической и научной новизны:
-
Произведено усовершенствование вторично-ионного масс-спектрометра, что расширило функциональные возможности установки и позволило проводить исследования наноразмерных металлических, полупроводниковых и диэлектрических материалов, как в динамическом, так и в статическом режимах.
-
Изучены профили концентрационного распределения легирующих примесей и компонентов пленочных слоев в наноразмерных полупроводниковых структурах, формируемых в технологических процессах создания активных областей различных изделий нано- и микроэлектроники.
-
Экспериментально выявлены особенности перераспределения легирующих примесей бора и фосфора при их сегрегации на границе раздела кремния с металлической пленкой алюминия, титана, хрома, никеля, молибдена и вольфрама.
-
Впервые экспериментально изучено перераспределение легирующей примеси полупроводника в процессе роста силицида металла на границе металлическая пленка — кремний.
5. Разработана методика определения толщины и скорости роста си-лицидных наноразмерных слоев, формирующихся в зоне раздела металлическая пленка- кремниевая подложка, по данным сегрегации легирующих примесей полупроводника на межфазных границах кремний- силицид металла - металл. На этот способ измерения скорости роста силицидов получен патент.
Практическая значимость
Усовершенствованный масс-спектрометр МС-7201 применяется для выполнения научно-исследовательских работ, и в учебном процессе на факультете микроэлектроники и компьютерных технологий Кабардино-Балкарского государственного университета: в лабораторном практикуме, в научно-исследовательской работе магистрантов и аспирантов, а также при выполнении курсовых и выпускных квалификационных работ специалистов и магистров.
Полученные научные результаты, по исследованию распределения и перераспределения компонентов в наноразмерных структурах, формируемых в технологических процессах создания изделий микро- и наноэлектроники, а также изделий вакуумной микроэлектроники, внедрены в производство сверхбыстродействующих цифровых ТТЛШ ИС, мощных высоковольтных транзисторов, лавинно-пролетных диодов миллиметрового диапазона и других в ОАО СКБ «Элькор», ОАО НЗПП (г. Нальчик) и в производство мелкоструктурных микроканальных пластин нового поколения для техники ночного видения в ООО ВТЦ «Баспик» (г. Владикавказ).
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Усовершенствование вторично-ионного масс-спектрометра МС-7201, позволившее проводить исследования качественного и количественного состава наноразмерных структур на поверхности материалов проводящей, полупроводниковой и диэлектрической природы в расширенном диапазоне масс и с дополнительными функциональными возможностями.
-
Особенности перераспределения легирующих примесей бора и фосфора в результате их сегрегации на границе раздела кремния с металлической пленкой алюминия, титана, хрома, никеля, молибдена и вольфрама при различных температурах.
-
Специфика перераспределения легирующей примеси полупроводника в процессе роста силицида металла на границе кремния с металлической пленкой никеля и титана.
-
Влияние процесса силицидообразования на перераспределение легирующей примеси бора в системах металлическая пленка - кремний.
-
Методика определения толщины и скорости роста наноразмерных силицидных слоев, формирующихся в зоне раздела металлическая пленка-кремниевая подложка, по данным сегрегации легирующих примесей полупроводника на межфазных границах кремний - силицид металла — металл.
Личный вклад автора
Автору принадлежит разработка принципиальных электрических схем и конструкций устройств, модернизирующих масс-спектрометр MCD7201. В, опубликованных статьях и в полученном патенте соавторам принадлежат примерно равные доли творческого участия. Все сделанные в настоящей работе выводы принадлежат автору.
Апробация результатов
Основные результаты работы докладывались на 1-й подотраслевой научно-технической конференции молодых ученых и специалистов (Нальчик, 1985); VI-м Всесоюзном семинаре «Вторичная ионная и иион-фотонная эмиссия» (Харьков, 29-31 октября 1991 г.); Российской научной конференции «Приборы и техника ночного видения» (Нальчик, 10-15 июля 2002 г.); Российской межотраслевой научной конференции «Тепломассоперенос и свойства жидких металлов» — Теплофизика-2002 (Обнинск, 29 - 31 октября
-
г.); Ш-ей Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» - Кисловодск, 14— 19 сентября
-
г.); Г^-ой Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» (Кисловодск, 19—24 сентября
-
г.); ХХІ-ОЙ Международной научной конференции «Relaxation Phenomena in Solids» - RPS-21 (Воронеж, 5-8 октября 2004 г.).
Публикации
Основное содержание диссертации опубликовано в 12 работах, в том числе получен 1 патент. Список этих публикаций приводится в конце автореферата.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав и основных выводов и содержит 150 страниц машинописного текста, включая 52 рисунка, 4 таблицы и список литературы из 100 наименований.
