Применение поликристаллических диффузионных барьеров
Деградация контактов электронной аппаратуры при повышенных температурах связана с активным диффузионным перераспределением компонентов контактно-металлизационной системы (КМС) и фазообразованием на межфазных границах. Одной из систем диффузионных барьеров (ДБ) являются поликристаллические силицидные...
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17043 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Применение поликристаллических диффузионных барьеров / В.А. Цымбал, И.Н. Колупаев // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 184-187. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17043 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Цымбал, В.А. Колупаев, И.Н. 2011-02-18T13:01:47Z 2011-02-18T13:01:47Z 2010 Применение поликристаллических диффузионных барьеров / В.А. Цымбал, И.Н. Колупаев // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 184-187. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17043 539.12.04 Деградация контактов электронной аппаратуры при повышенных температурах связана с активным диффузионным перераспределением компонентов контактно-металлизационной системы (КМС) и фазообразованием на межфазных границах. Одной из систем диффузионных барьеров (ДБ) являются поликристаллические силицидные пленки, в частности, силициды титана. Получение дисилицидов титана (TiSi2), которые по своим параметрам востребованы для условий микроэлектроники из известных силицидов системы Ti-Si, возможно как в результате прямой реакции пленки титана и подложки кремния, так и при осаждении слоя Ti-Si требуемого стехиометрического состава. В статье сделан анализ диффузионной проницаемости поликристаллического и полифазного ДБ и сделаны рекомендации для практических методов повышения блокирующих свойств поликристаллических диффузионных барьеров (ПДБ). Деградація контактів електронної апаратури при підвищених температурах пов'язана з активним дифузійним перерозподілом компонентів контактно-металізаційної системи (КМС) і фазоутворення на міжфазних межах. Однією з систем дифузійних бар'єрів (ДБ) є полікристалічні силіцидні плівки, як то силіциди титану. Отримання дісиліцидів титану (TiSi), який за своїми параметрами затребуваний для умов мікроелектроніки з відомих силіцидів системи Ti-Si, можливо як в результаті прямої реакції плівки титану і підкладки кремнію, так і при осадженні шару Ti-Si потрібного стехіометричного складу. Зроблено аналіз дифузійної проникності полікристалічного та поліфазного ДБ та надані рекомендації для практичних методів підвищення блокуючих властивостей полікристалічних дифузійних бар’єрів. Degradation of contacts of the electronic equipment at the raised temperatures is connected with active diffusion redistribution of components contact − metalized systems (CMS) and phase production on interphase borders. One of systems diffusion barriers (DB) are polycrystalline silicide a film, in particular silicides of the titan. Reception desilicide the titan (TiSi2) which on the parameters is demanded for conditions of microelectronics from known silicides of system Ti-Si, is possible as a result of direct reaction of a film of the titan and a substrate of silicon, and at sedimentation of layer Ti-Si demanded stoichiometric structure. Simultaneously there is specific problem polycrystalline diffusion a barrier (PDB): the polycrystalline provides structural balance and metastability film desilicide, but leaves in it borders of grains − easy local ways of diffusion. In clause the analysis diffusion permeability polycrystalline and polyphase DB is made and recommendations for practical methods of increase of blocking properties PDB are made. Авторы выражают благодарность члену-корреспонденту НАН Украины профессору В.В. Слезову за активное участие в обсуждении работы. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Применение ускорителей Применение поликристаллических диффузионных барьеров Застосування полікристалічних дифузійних бар'єрів Application polycrystalline diffusion barriers Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Применение поликристаллических диффузионных барьеров |
| spellingShingle |
Применение поликристаллических диффузионных барьеров Цымбал, В.А. Колупаев, И.Н. Применение ускорителей |
| title_short |
Применение поликристаллических диффузионных барьеров |
| title_full |
Применение поликристаллических диффузионных барьеров |
| title_fullStr |
Применение поликристаллических диффузионных барьеров |
| title_full_unstemmed |
Применение поликристаллических диффузионных барьеров |
| title_sort |
применение поликристаллических диффузионных барьеров |
| author |
Цымбал, В.А. Колупаев, И.Н. |
| author_facet |
Цымбал, В.А. Колупаев, И.Н. |
| topic |
Применение ускорителей |
| topic_facet |
Применение ускорителей |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Застосування полікристалічних дифузійних бар'єрів Application polycrystalline diffusion barriers |
| description |
Деградация контактов электронной аппаратуры при повышенных температурах связана с активным диффузионным перераспределением компонентов контактно-металлизационной системы (КМС) и фазообразованием на межфазных границах. Одной из систем диффузионных барьеров (ДБ) являются поликристаллические силицидные пленки, в частности, силициды титана. Получение дисилицидов титана (TiSi2), которые по своим параметрам востребованы для условий микроэлектроники из известных силицидов системы Ti-Si, возможно как в результате прямой реакции пленки титана и подложки кремния, так и при осаждении слоя Ti-Si требуемого стехиометрического состава. В статье сделан анализ диффузионной проницаемости поликристаллического и полифазного ДБ и сделаны рекомендации для практических методов повышения блокирующих свойств поликристаллических диффузионных барьеров (ПДБ).
Деградація контактів електронної апаратури при підвищених температурах пов'язана з активним дифузійним перерозподілом компонентів контактно-металізаційної системи (КМС) і фазоутворення на міжфазних межах. Однією з систем дифузійних бар'єрів (ДБ) є полікристалічні силіцидні плівки, як то силіциди титану. Отримання дісиліцидів титану (TiSi), який за своїми параметрами затребуваний для умов мікроелектроніки з відомих силіцидів системи Ti-Si, можливо як в результаті прямої реакції плівки титану і підкладки кремнію, так і при осадженні шару Ti-Si потрібного стехіометричного складу. Зроблено аналіз дифузійної проникності полікристалічного та поліфазного ДБ та надані рекомендації для практичних методів підвищення блокуючих властивостей полікристалічних дифузійних бар’єрів.
Degradation of contacts of the electronic equipment at the raised temperatures is connected with active diffusion redistribution of components contact − metalized systems (CMS) and phase production on interphase borders. One of systems diffusion barriers (DB) are polycrystalline silicide a film, in particular silicides of the titan. Reception desilicide the titan (TiSi2) which on the parameters is demanded for conditions of microelectronics from known silicides of system Ti-Si, is possible as a result of direct reaction of a film of the titan and a substrate of silicon, and at sedimentation of layer Ti-Si demanded stoichiometric structure. Simultaneously there is specific problem polycrystalline diffusion a barrier (PDB): the polycrystalline provides structural balance and metastability film desilicide, but leaves in it borders of grains − easy local ways of diffusion. In clause the analysis diffusion permeability polycrystalline and polyphase DB is made and recommendations for practical methods of increase of blocking properties PDB are made.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/17043 |
| citation_txt |
Применение поликристаллических диффузионных барьеров / В.А. Цымбал, И.Н. Колупаев // Вопросы атомной науки и техники. — 2010. — № 3. — С. 184-187. — Бібліогр.: 12 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT cymbalva primeneniepolikristalličeskihdiffuzionnyhbarʹerov AT kolupaevin primeneniepolikristalličeskihdiffuzionnyhbarʹerov AT cymbalva zastosuvannâpolíkristalíčnihdifuzíinihbarêrív AT kolupaevin zastosuvannâpolíkristalíčnihdifuzíinihbarêrív AT cymbalva applicationpolycrystallinediffusionbarriers AT kolupaevin applicationpolycrystallinediffusionbarriers |
| first_indexed |
2025-11-25T16:17:11Z |
| last_indexed |
2025-11-25T16:17:11Z |
| _version_ |
1850517860122624000 |
| fulltext |
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2010. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (54), p.184-187.
184
УДК 539.12.04
ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ДИФФУЗИОННЫХ
БАРЬЕРОВ
В.А. Цымбал1, И.Н. Колупаев2
1Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт»,
Харьков, Украина
2НТУ «Харьковский политехнический институт»
Деградация контактов электронной аппаратуры при повышенных температурах связана с активным
диффузионным перераспределением компонентов контактно-металлизационной системы (КМС) и фазооб-
разованием на межфазных границах. Одной из систем диффузионных барьеров (ДБ) являются поликристал-
лические силицидные пленки, в частности, силициды титана. Получение дисилицидов титана (TiSi2), кото-
рые по своим параметрам востребованы для условий микроэлектроники из известных силицидов системы
Ti-Si, возможно как в результате прямой реакции пленки титана и подложки кремния, так и при осаждении
слоя Ti-Si требуемого стехиометрического состава. В статье сделан анализ диффузионной проницаемости
поликристаллического и полифазного ДБ и сделаны рекомендации для практических методов повышения
блокирующих свойств поликристаллических диффузионных барьеров (ПДБ).
1. ВВЕДЕНИЕ
Деградация контактов электронной аппаратуры
при повышенных температурах связана с активным
диффузионным перераспределением компонентов
контактно-металлизационной системы (КМС) и фа-
зообразованием на межфазных границах. Для по-
давления таких процессов применяются пленки ту-
гоплавких металлов, их сплавов, а также химиче-
ских соединений [1]. В исходном состоянии эти
пленки имеют аморфную или мелкокристалличе-
скую структуру, что делает их перспективными для
использования в качестве диффузионных барьеров
(ДБ). В ряде случаев высокое удельное электросо-
противление ограничивает их применение. Стрем-
ление снизить электросопротивление стабильных
КМС заставляет искать пути перехода к поликри-
сталлическим диффузионным барьерам (ПДБ).
Одной из систем ДБ являются поликристалличе-
ские силицидные пленки, в частности, силициды
титана. Привлекательные характеристики этого ма-
териала, известные из кремниевой технологии [2,3],
объясняют интерес в более широкой области при-
менений. В то же время необходимо учитывать по-
вышенную диффузионную проницаемость границ
зерен (ГЗ) ПДБ, а также возможное разложение си-
лицидов при повышенных температурах. В объеме
ПДБ, прилегающем к ГЗ, толщиной ~ 10Å наруша-
ется не только стехиометрия, но также величина и
тип химической связи соединения [4-6]. Этот слой
обогащается компонентом состава, имеющим боль-
шую диффузионную подвижность.
Для ПДБ на основе силицидов титана таким
компонентом является кремний, который оказыва-
ется в области ГЗ менее прочно связанным химиче-
ски с металлом.
Таким образом, ГЗ представляет собой область
ПДБ, в которой «свободный» кремний получает воз-
можность взаимодействовать с элементами на меж-
фазных границах ПДБ, образуя такие легкоплавкие
соединения, в которых диффузионная подвижность
соответствует квазижидкому состоянию. Появляется
специфическая «химическая» активность структур-
ных дефектов ПДБ в контакте с компонентами полу-
проводниковой подложки, а также со слоем металли-
зации. Выяснение механизмов деградации пленочных
ДБ должно стать основой для выработки практиче-
ских рекомендаций ее предотвращения.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
ИССЛЕДОВАНИЯ
Для изучения КМС в качестве основного приме-
нялся метод спектроскопии обратного резерфордов-
ского рассеяния (РОР). Измерения проводились на
электростатическом ускорителе в интервале энергий
0,8…2 МэВ. Разброс энергии частиц не превышал
2 кэВ. Мишени устанавливались в специальное уст-
ройство для нагрева в вакуумной камере и прецизи-
онной ориентации относительно пучка. Образцы
многослойных КМС на кремнии или арсениде гал-
лия содержали в своем составе слои чистых элемен-
тов (кремния, иттербия, молибдена), а также соеди-
нений (силицидов, боридов) различной контроли-
руемой толщины (Рис.1).
Анализ данных применения пленок Ti-Si, полу-
ченных электронно-лучевым испарением, в качестве
ПДБ позволяет сделать следующие выводы:
- кристаллизация пленок, аморфных в исходном
состоянии, происходит при Т ~ 1000 К и приводит,
преимущественно, к появлению первой фазы Ti5Si3;
- появление оксидной фазы свидетельствует о
том, что подложка является источником кислорода;
- изменение фазового состава наблюдается в
случае избытка кремния (подложка) и приводит к
образованию дисилицида титана TiSi2;
- применение импульсного нагрева исключает
образование оксида при термообработке.
Пленка золота как компонента КМС формирова-
лась конденсацией (без нарушения вакуумных усло-
вий) после формирования ПДБ с целью изучения его
термической диффузионной стабильности. При этом
учитывалось, что технологические требования к
барьерным и омическим контактам [1,3] по-разному
учитывают последствия термической деградации.
Рис.1. Схема КМС с участием ПДБ. Обозначены:
d – толщина ПДБ («внешние» границы I и II);
δ – ширина пограничного слоя (δ=δ1+δ2);
R1, R2 – размеры соседних зерен в плоскости ПДБ;
Dv и Db – парциальные коэффициенты диффузии в
объеме зерен (v) и в пограничном слое (b);
Сv(1), Сv(2) – концентрации подвижного компонента
в соседних зернах ПДБ (G1 и G2)
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Взаимодействие на внешних границах ПДБ на-
чинается с диффузионного обмена, при котором
выходящие на межфазную поверхность границы
зерен ПДБ оказываются «слабыми местами», где
перемешивание протекает активнее (Рис.2). Фазы
Ti5Si3 и TiSi2 не являются «соседями» на диаграмме
фазового равновесия – между ними расположены
две инконгруэнтные фазы – TiSi и Ti5Si4. В то же
время именно эти фазы составляют «равновесный»
контакт с чистыми компонентами и «представляют»
их в смеси фаз как предельные составы, богатые
кремнием (TiSi2) и титаном (Ti5Si3) [2].
Одновременно с проникновением золота в ПДБ
вдоль его внутренних границ (ГЗ) происходит рас-
творение кремния в золоте. Таким образом, к зерно-
граничным «самодиффузионным» потокам компо-
нентов сплава (Ti и Si) добавляется поток атомов
Au, а также появляется эффективный сток в виде
пленки золота для свободных атомов кремния, рас-
положенных в ГЗ ПДБ.
Эти факторы влияют на возможное перемещение
внутренних межфазных границ и, таким образом,
влияют на перенос золота через ПДБ, то есть его
эффективность.
Рис.2. Схема ПДБ с учетом его взаимодействия на
внешних границах и перемещения внутренних
Взаимная диффузия в бинарных сплавах с мел-
козернистой структурой в условиях, когда перенос
осуществляется по ГЗ, связана с различием парци-
альных подвижностей компонентов в объеме и по-
граничном слое. Изменение объема зерен, то есть
движение границ, задается перераспределением
компонентов между объемом и пограничным слоем.
Такую модель можно сопоставить ПДБ, учитывая
его взаимодействия на внешних границах.
185
Потеря характеристик ПДБ начинается с насы-
щения его внутренних границ диффундирующим
компонентом – золотом. Это можно описать также в
терминах нарастания «осмотического давления» [7],
что «приводит границы в возбужденное состояние».
Условие, при котором роль объемной диффузии
сводится только к оттоку или притоку компонента
из пограничного слоя в объеме зерна, а перенос ме-
жду внешними границами ПДБ осуществляется по
внутренним границам, записывается в виде:
bv DD
R
>>
δ , (1)
где δ – ширина пограничного слоя, δ = δ1+δ2; R –
размер соседних зерен в плоскости ПДБ; Dv и Db –
парциальные коэффициенты диффузии в объеме
зерен и в пограничном слое. Для тонкого ПДБ, ко-
гда d < R1, R2 считается допустимым записать
.DbDv
d
>>
δ (2)
Для пленок силицидов титана в реальных условиях
после термообработки величина (R/d) ~ 10 для d <50 нм.
Процесс массопереноса при больших временах
взаимодействия, когда становится заметным вклад
объемной диффузии, приводит к перемещению
внутренней границы ПДБ со скоростью ur :
,)( 21 dx
dc
D
D
DDu
r
v
эффvv
r −= (3)
где Dэфф = (3δ/d) D r; Dr
i = c1D2 +c2D1 и для v
D , и для
r
D ; сr – концентрация подвижного компонента в
пограничном слое.
Если времена отжига малы (t < d2/ v
D ),
ur =
dx
dc
D
DDDD r
v
vrvr
1221 + . (4)
Выражения (3) и (4) приняты в модели, учиты-
вающей бинарный изолированный поликристалл [8-
10]. Концентрация и коэффициенты диффузии отно-
сятся к более подвижному (из двух) компоненту,
индексы «1» и «2» обозначают соседние зерна.
Предполагается, что и в зернах, и в пограничном
слое С1 + С2 =1. Для анализа диффузионной дегра-
дации ПДБ эти допущения пригодны только в пер-
вом приближении. В частности, для ПДБ Ti-Si вза-
имная диффузия по границам зерен включает третий
компонент – золото: 1 = СTi
r + CSi
r + CAu
r.
Направленное движение границы зависит от соот-
ношения и , а также градиента концентрации
диффузанта между зернами. Факторы, определяющие
u
rD1
rD2
r, прямо связаны с диффузионной проницаемостью
ПДБ. Представляется возможным рассматривать и
монофазный, и полифазный ПДБ с единой позиции,
учитывая, что граница является стоком для подвижно-
го компонента (в системе Ti-Si это кремний). Действи-
тельно, диффузия вдоль перемещающейся границы
обеспечивает поток атомов кремния и, сопряженный с
ним поток атомов золота, т.е. деградацию ДБ. Пара-
метр vD находится в знаменателе и, таким образом,
стремление максимально снизить объемную диффузи-
онную проницаемость приводит к ускорению локаль-
ной деградации в области ГЗ ПДБ.
Таким образом, можно предположить и рассмот-
реть несколько вариантов анализа влияния легких
путей диффузии, то есть областей локальной дегра-
дации ПДБ:
- модель взаимной диффузии в бинарных спла-
вах с мелкозернистой структурой [5,6];
- модель эстафетной зернограничной диффузии [9];
- модель диффузии вдоль движущихся границ
зерен [8,10].
1. Перенос компонентов в полифазной системе
определяется, как известно, градиентом химическо-
го потенциала, более значительным представляется
влияние параметра Dэфф, определяющего перенос
вдоль границы. Для его снижения приходится нахо-
дить способы уменьшения ширины приграничной
области δ, увеличения толщины ДБ, вводить приме-
си, которые либо снижают парциальные коэффици-
енты диффузии, либо «связывают» подвижный ком-
понент, уменьшая величину Сr. Все эти выводы под-
тверждаются эмпирическими правилами выбора
диффузионных барьеров [8].
Принимая во внимание данные о составе зоны
твердофазного взаимодействия системы Ti-Si, можно
предположить Сr ~ 0,5 для кремния. Если учитывать
насыщение пограничной области атомами золота, то
следует предположить rD , соответствующим эвтек-
тическому составу системы Au-Si, т.е. Сr ∼ 0,2. При
этом составе и температуре ∼ 400°С коэффициент
взаимной диффузии отвечает квазижидкой прослой-
ке, т.е. 10-7 м2/с. Для ПДБ на основе (Ti-Si) Dэфф ока-
жется равным ∼10-9 м2/с в области границы, хотя объ-
емной диффузией можно пренебречь (∼ 10-23 м2/с).
Таким образом, деградация ПДБ практически не
зависит от параметров объемной диффузии. Прин-
цип разделения границы на δ1 и δ2 стимулирует
рассмотрение ПДБ с точки зрения нестехиометрии
соседних фаз. Фаза, обеспечивающая большую под-
вижность атомов кремния, может иметь его мень-
шую концентрацию. В итоге появляется кинетиче-
ский фактор сопоставления диффузионных потоков,
стимулирующих перемещения границы в «аномаль-
ном» направлении или ее остановку. Применение
модели взаимной диффузии в бинарных мелкозер-
нистых сплавах для ПДБ подтверждает актуаль-
ность применения соединений, характеризующихся
малыми коэффициентами объемной диффузии. Это
обеспечивается, обычно, у тугоплавких соединений
точного стехиометрического состава. Добавка при-
месей, тормозящих диффузионный перенос в облас-
ти границ ПДБ, эффективна в случае локализации
этих примесей именно в границах и их химического
взаимодействия с подвижным компонентом.
2. Диффузия вдоль движущихся границ зерен ха-
рактерна для широкого круга явлений, протекающих
в многокомпонентных системах при относительно
низких температурах [10]. Одним из выражений, свя-
зывающих параметры этого процесса в ситуации,
соответствующей схеме (Рис.2), является:
Dr = νrΔN(d2nr/dz2), (5)
где nr – двумерная концентрация примеси в границе;
ΔN – различие концентрации в соседних зернах ПДБ
(G1 и G2). По оценке [10] d2nr/dz2 ∼ nr/d2, величины nr
и ΔN можно записать в виде ΔN =ΔСr·δd и nr = Сr·δ. В
результате для подвижной за время отжига границы
3δ
td
CCD
r
r
Δ
= . (6)
186
Выражения (5) и (6) описывают процесс обмена
на одной «внешней» границе ДБ. Распределение
золота вдоль другой межфазной границы ДБ являет-
ся вполне вероятным процессом. Таким образом,
происходит насыщение как внутренних, так и внеш-
них границ ПДБ подвижным компонентом (диффу-
зантом) в меру его растворимости в области грани-
цы δ (см. Рис.2). Оказываются сопряженными про-
цессы ускоренной «двумерной» диффузии, приводя-
щие к выравниванию состава в области границ ДБ,
причем как внешних, так и внутренних. Завершение
этого процесса должно приводить, во-первых, к про-
странственному разделению слоя золота, во-вторых,
к образованию в этих слоях сплава золота с одним из
компонентов ДБ (в данном случае с кремнием), что
обеспечивает максимальную диффузионную под-
вижность. Если считать, что критерием диффузион-
ной подвижности выступает температура плавления,
то состав «квазижидкой» прослойки на границах зе-
рен должен быть эвтектическим (квазиэвтектическим
[11]). Можно предположить очевидный путь увели-
чения эффективности ДБ за счет количественного
накопления слоев ПДБ. В таком многослойном ПДБ
границы слоев, расположенные параллельно его
внешним границам, выступают как кинетические
препятствия переносу через ДБ, одновременно сни-
жая вероятность локальной деградации ПДБ.
3. Комбинированная модель [9] барьерно-эста-
фетной зернограничной диффузии также может быть
применена для переноса примеси по внутренней гра-
нице ПДБ. Модель предполагает критическую концен-
трацию примеси в границе, связанную с ее шириной.
Преимущество этой модели состоит в том, что она
рассматривает границу зерна, заполненную препятст-
виями для «легкой» диффузии. Это состояние границы
достигается на поздних стадиях отжига, после сегрега-
ции примеси в области границы. Перенос в таких ус-
ловиях включает «выход» подвижного компонента из
границы в область объема зерен, т.е. за счет локальной
объемной диффузии, и последующее «возвращение» в
границу после обхода препятствия. Таким образом,
деградация барьера после некоторой «стабильной»
выдержки может носить ускоренный характер.
Диффузионная проницаемость поликристалличе-
ского и полифазного ДБ связана со спецификой зер-
нограничной диффузии, трудно поддающейся мо-
дельному рассмотрению. Стремление снизить про-
ницаемость идеальной части ПДБ приводит к воз-
растанию относительного вклада легких путей диф-
фузии и увеличивает неоднородность деградации
барьера в целом. Активность диффузионных про-
цессов, сопряженных с перемещением внутренних
границ ПДБ, непосредственно определяет эффек-
тивность его барьерных свойств.
Это дает основание для рекомендации практиче-
ских методов повышения блокирующих свойств ПДБ.
Сюда относятся: 1) легирование материала ПДБ хими-
чески активной примесью, выделяющейся на границах
при отжиге в виде соединений (оксидов, нитридов и
т.п.); 2) применение многослойных ДБ (12).
Применение поликристаллических ДБ вызывает
необходимость дополнительных мер для снижения
влияния легких путей диффузии. Таким образом,
технологическая простота получения ПДБ должна
быть оптимальным образом дополнена операциями,
повышающими однородность взаимодействия мате-
риала ДБ на его внешних границах: легированием
ПДБ малоподвижными примесями, локализующими-
ся в границах; выбором материала ДБ, не образую-
щего легкоплавких соединений с компонентами кон-
такта; технологией создания многослойных ПДБ.
187
ВЫВОДЫ
Проведенный анализ спектров РОР с учетом
практических результатов (эмпирических правил) и
теоретических представлений позволяет сделать
следующие выводы.
1. ГЗ и МФГ выступают как эквиваленты в смыс-
ле легких путей диффузионного переноса.
2. Многофазные ДБ дают возможность отличить
перенос по ГЗ и МФГ по различию δ, т.е. по эффек-
тивности «отсоса» в зерна различных фаз. «Упоря-
доченность» ГЗ и МФГ допускает внутренний фазо-
вый переход, аналогичный твердофазной аморфиза-
ции – это может снизить диффузионный перенос.
3. Критерий стабильности диффузионного барь-
ера совпадает с критерием подвижности его высо-
коугловых границ – а только такие границы, за ис-
ключением гетероэпитаксиальных, отделяют облас-
ти ДБ различного состава. Можно считать, что чем
слабее взаимодействие фаз ПДБ, тем более диффу-
зионно проницаема МФГ. МФГ фаз, которые явля-
ются соседями на равновесной диаграмме фазового
равновесия, как раз такой пример.
4. Движение высокоугловых границ и условие
прерывистого распада твердого раствора в области
границ зерен имеют общую природу. Значит, оста-
новка границы зерна ДБ (например, путем выделе-
ния в них частиц другой фазы), обеспечение условия
этого распада и появление новой фазы контролиру-
ются одинаковыми причинами, которые приводят к
стабилизации ДБ.
5. В тройных силицидных системах, как вариан-
те ПДБ, следует отметить три технологически жела-
тельные ситуации фазового состава: 1) смесь фаз
(зерна основной фазы + сплошная прослойка по ГЗ,
только чтобы связь через границу была сильной); 2)
тройной силицид, «несводимый» к бинарным (ква-
зибинарный раствор); 3) аморфная тройная система,
в которой отсутствуют легкие пути диффузионного
переноса.
Авторы выражают благодарность члену-коррес-
понденту НАН Украины профессору В.В. Слезову за
активное участие в обсуждении работы.
ЛИТЕРАТУРА
1. D.V. Morgan, H. Thomas, W.T. Anderson, et al. High
Temperature Metallisatio for GaAs Devise Processing
// Phys. Stat. Sol.(a). 1988, v.110, p.531-536.
2. S.P. Murarka. Self-aligned Silicides or Metals for
VLSI Applications // J. Vac. Sci. Technol. 1986,
v.B4(6), p.1325-1331.
3. Z. Lilienthal-Weber. Structure and Electrical Properties of
Metal-GaAs interfaces // SPIE. 1986, v.623, p.237-243.
4. M. Clement, J.M. Sanz, J.M. Martinez-Duart. Con-
centration Profiles and Electrical Properties of Tanta-
lum and Titanium Silicides Contact on GaAs // Vide,
Conches, Mines. 1987, v.42, №236, p.161-169.
5. А.М. Гуров, А.Н. Гусак. К описанию эффекта
взаимной диффузии и эффекта Киркендалла в
сплавах с мелкозернистой структурой // ФММ.
1988, т.66, в.1, с.34-40.
6. А.М. Гуров, А.Н. Гусак. О тонкой термодинами-
ческой структуре интерметаллических фаз //
Металлофизика. 1988, т.10, №4, с.116-117.
7. Н.И. Афанасьев, Ю.Р. Колобов. Режим зерно-
граничной диффузии и условия реализации пре-
рывистого выделения фаз в сплавах: Препринт
ВИНИТИ, Томск, 1989.
8. K.-N. Tu, J. Tersoff, T.C. Chou, C.Y. Wong. Chemi-
cally Induced Grain Boundary Migratio in Doped
Polycrystalline Silicon Films // Solid St. Comm.
1988, v.66, №1, p.93-97.
9. В.В. Покропивный, В.В. Скороход. Комбиниро-
ванная модель границ зерен и барьерно-
эстафетный механизм зернограничной диффузии
// Докл. АН УССР. 1987, №12, с.68-71.
10. A.H. King. Diffusion Induced Grain Boundary Migra-
tion // J. Vac. Sci. Technol. 1987, v.19/3, p.766-777.
11. И.Н. Колупаев. Модель квазиэвтектики для опи-
сания начальных этапов взаимодействия в кон-
тактных системах // Функциональные материа-
лы. 2001, №2, с.37-39.
12. В.А. Цымбал, И.Н. Колупаев. Исследование тер-
мической стабильности контактов на арсениде
галлия методом обратного резерфордовского
рассеяния // Тезисы докладов III Конференции по
физике высоких энергий, ядерной физике и уско-
рителям. Харьков, 28 февраля-4 марта 2005, с.44.
Статья поступила в редакцию 04.12.2009 г.
APPLICATION POLYCRYSTALLINE DIFFUSION BARRIERS
V.A. Tsymbal, I.N. Kolupaev
Degradation of contacts of the electronic equipment at the raised temperatures is connected with active diffusion redistribu-
tion of components contact − metalized systems (CMS) and phase production on interphase borders. One of systems diffusion
barriers (DB) are polycrystalline silicide a film, in particular silicides of the titan. Reception desilicide the titan (TiSi2) which on
the parameters is demanded for conditions of microelectronics from known silicides of system Ti-Si, is possible as a result of
direct reaction of a film of the titan and a substrate of silicon, and at sedimentation of layer Ti-Si demanded stoichiometric struc-
ture. Simultaneously there is specific problem polycrystalline diffusion a barrier (PDB): the polycrystalline provides structural
balance and metastability film desilicide, but leaves in it borders of grains − easy local ways of diffusion. In clause the analysis
diffusion permeability polycrystalline and polyphase DB is made and recommendations for practical methods of increase of
blocking properties PDB are made.
ЗАСТОСУВАННЯ ПОЛІКРИСТАЛІЧНИХ ДИФУЗІЙНИХ БАР'ЄРІВ
В.А. Цимбал, І.М. Колупаєв
Деградація контактів електронної апаратури при підвищених температурах пов'язана з активним дифузійним пере-
розподілом компонентів контактно-металізаційної системи (КМС) і фазоутворення на міжфазних межах. Однією з сис-
тем дифузійних бар'єрів (ДБ) є полікристалічні силіцидні плівки, як то силіциди титану. Отримання дісиліцидів титану
(TiSi ), який за своїми параметрами затребуваний для умов мікроелектроніки з відомих силіцидів системи Ti-Si, можли-2
во як в результаті прямої реакції плівки титану і підкладки кремнію, так і при осадженні шару Ti-Si потрібного стехіоме-
тричного складу. Зроблено аналіз дифузійної проникності полікристалічного та поліфазного ДБ та надані рекомендації
для практичних методів підвищення блокуючих властивостей полікристалічних дифузійних бар’єрів.
|