Модель взаимодиффузии при формировании тонких плёнок металлов на монокристаллическом кремнии в условиях ограниченной растворимости компонентов
Аннотация
Для создания выпрямляющих и омических контактов к монокристаллическому кремнию в технологии полупроводниковых и микроэлектронных приборов применяются тонкие плёнки ряда металлов. Общими особенностями используемых контактных систем Ме–Si является малая растворимость компонентов друг в друге и поликристаллический характер металлических плёнок. Твёрдофазное взаимодействие в процессе осаждения металлов на монокристаллический кремний и последующий вакуумный отжиг приводят к перераспределению компонентов в окрестности межфазной границы Ме/Si. Разработка механизма твёрдофазного взаимодействия тонких плёнок металлов и монокристаллического кремния является актуальной задачей материаловедения
твёрдотельной электроники. Цель статьи – разработка количественной модели взаимодиффузии в системе Ме–Si в условиях ограниченной растворимости компонентов.
Предложен механизм формирования систем Me–Si, основанный на диффузии и сегрегации кремния в области межзёренных границ металла и ограниченном образовании комплексов в процессе диффузионного проникновения металла в кремний. Разработана количественная модель реакционной взаимодиффузии в системах тонкая плёнка металла – монокристаллический кремний в условиях ограниченной растворимости компонентов. Методом математического моделирования исследовано взаимодействие магнетронным способом распылённых металлов Ti, W, Nb с монокристаллическим кремнием в процессе изотермического вакуумного отжига. Численным анализом полученных методом резерфордовского обратного рассеяния экспериментальных концентрационных распределений Ме и Si определены значения их индивидуальных коэффициентов диффузии в системах Ме-Si.
Модель может быть использована для эмпирического исследования перераспределения компонентов в двухслойных системах с ограниченной растворимостью компонентов, а также для прогнозирования технологических режимов в производстве изделий электронной техники.
Скачивания
Литература
Murarka S. P. Silicides for VLSI applications. Elsevier Science; 1983. 200 p.
Thin Films: Interdiffusion and Reactions (Eds: J. M. Poate, K. N. Tu and J. W. Mayer). New York: Wiley; 1978. 578 p.
Smigelskas A. D., Kirkendall E. O. Zinc diffusion in alpha-brass. Transactions of the American Institute of Mining and Metallurgical Engineers. 1947;171:130–142.
Adamchuk V. K., Lyubinetsky I. V., Shikin A. M. Peculiarities of silicon interaction with noble- metals. Soviet Technical Physics Letters 1986;12(17): 1056–1060. Available at: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=42823964
Prasad S., Paul A. Growth mechanism of phases by interdiffusion and diffusion of species in the niobium–silicon system. Acta Materialia. 2011;59: 1577–1585. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2010.11.022
Darken L. S., Diffusion, mobility and their interrelation through free energy in binary metallic systems. Transactions of the American Institute of Mining and Metallurgical Engineers. 1948;175: 184–201. https://doi.org/10.1007/s11661-010-0177-7.
Gurov K. P., Kartashkin B. A., Ugaste Yu. E. Mutual diffusion in multiphase metallic systems. (Ed. K. P. Gurov. Moscow: Nauka Publ.; 1981. 352 p. (In Russ.)
Barge T., Gas P. d’Heurle F.M. Analysis of the diffusion controlled growth of cobalt silicides in bulk and thin film couples. Journal of Materials Research. 1995;10: 1134–1145. https://doi.org/10.1557/JMR.1995.1134
Milanesea C., Buscagliab V., Magliaa F., Anselmi-Tamburinia U. Reactive growth of niobium silicides in bulk diffusion couples. Acta Materialia. 2003;51(16): 4837–4846 https://doi.org/10.1016/S1359-6454(03)00323-9
Gas P., D’Heurle F. Diffusion processes in silicides: A comparison between bulk and thin film phase formation. MRS Online Proceedings Library. 1995;402: 39–50. https://doi.org/10.1557/PROC-402-39
Aleksandrov O. V., Kozlovski V. V. Simulation of interaction between nickel and silicon carbide during the formation of ohmic contacts. Semiconductors. 2009;43: 885–891 (). https://doi.org/10.1134/S1063782609070100
Afonin N. N., Logacheva V. A. Modeling of the reaction interdiffusion in the polycrystalline systems with limited component solubility. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2019;85(9):35-41. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2019-85-9-35-41
Afonin N. N., Logacheva V. A. Interdiffusion and phase formation in the Fe–TiO2 thin-film system. Semiconductors. 2017;51: 1300–1305. https://doi.org/10.1134/S1063782617100025
Afonin N. N., Logacheva V. A. Cobalt modification of thin rutile films magnetron-sputtered in vacuum. Technical Physics. 2018;63: 605–611). https://doi.org/10.1134/S1063784218040023
Afonin N. N., Logachova V. A. Modeling of interdiffusion and phase formation in the thin-films two-layer system of polycrystalline oxides titanium and cobalt. Kondensirovannye Sredy i Mezhfaznye Granitsy = Condensed Matter and Interphases. 2019;21(3): 358–365. https://doi.org/10.17308/kcmf.2019.21/1157
Afonin N. N., Logachova V. A. Reactive interdiffusion of components in a non-stoichiometric two‑layer system of polycrystalline titanium and cobalt oxides. Kondensirovannye Sredy i Mezhfaznye Granitsy = Condensed Matter and Interphases. 2020;22(4): 430–437. https://doi.org/10.17308/kcmf.2020.22/3058
Samarskii A. A., Theory of difference schemes. Moscow: Nauka Publ.; 1977. 656 p. (In Russ.)
Copyright (c) 2022 Конденсированные среды и межфазные границы
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
