WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Рис. 2. Расчетная зависимость толщины расплавленного поверхностного слоя от температуры свинца Учитывая явление гетерогенного плавления, предложен механизм диспергирования тонких пленок на инертных поверхностях (рис. 3). На верхней и нижней поверхностях тонкой пленки образуется родная жидкая фаза, которая хорошо смачивает и частично растворяет (не обязательно полностью) кристаллические зерна тонкой пленки по границам (рис. 3 (a)). Хорошее смачивание и наличие границ зерен приводят с течением времени нагрева к тому, что в локальной области жидкая фаза промачивает всю толщину пленки (рис. 3 (b)).

Распространение смачивания определяет кинетическую составляющую процесса диспергирования тонкой пленки на капли: при более высоких температурах вязкость жидкости ниже, и процесс диспергирования стартует быстро; при более низких температурах вязкость выше, смачивание происходит медленнее, и диспергирование начинается только через некоторый промежуток времени и происходит медленнее.

Когда это происходит, сила поверхностного натяжения совершает работу по сокращению площади поверхности тонкой пленки, расходуя избыточную поверхностную энергию тонкой пленки: жидкая фаза затекает на родную твердую фазу, увлекая за собой плавающие в ней кристаллиты, в результате чего в тонкой пленке начинает возникать разрыв (рис. 3 (c)). Снижение поверхностной энергии за счет сокращения площади поверхности делает невозможным существование такого количества жидкой фазы при данной температуре при наличии в ней кристаллической фазы. Поэтому при этой же температуре легко (поскольку не требуется затрат энергии на создание поверхности раздела) начинается процесс кристаллизации жидкости. Кристаллизация жидкости сопровождается локальным выделением тепла, которое вызывает эффект подплавления оставшейся в твердом состоянии поликристаллической пленки (рис. 3 (d)) и, как следствие, возникновение движущегося фронта, где происходит процесс плавления-диспергирования.

Таким образом, очевидно, что процесс диспергирования не является буквально плавлением. Однако совершенно очевидно, что гетерогенное плавление является основной составной частью процесса диспергирования и определяет его температуру.

Рис. 3. Схематическое изображение процесса диспергирования Показано, что температура, при которой аморфный кремний толщиной 60 нм распадается на капли хоть и ниже объемной температуры плавления материала на 640 К, однако не является температурой плавления, а представляет собой температуру, при которой тонкие пленки кремния приобретают типичные свойства жидкости, в силу уменьшения вязкости и увеличения текучести.

Четвертая глава посвящена изучению влияния электрической мощности и/или термического нагрева на тонкопленочные медные проводники. Исследование поверхности образца посредством РЭМ показало, что при нагреве наноразмерный проводник деградирует вследствие распада на капли (рис. 4).

Рис. 4. РЭМ - изображения поверхности деградировавшего проводника толщиной 20 нм в результате нагрева до 840 K и одновременного воздействия плотности тока (1106 A/cm2) Если проводник защитить слоем диэлектрика, то это предотвращает процесс распада проводника на капли даже при нагреве проводника до температуры значительно превышающей температуру, при которой происходит распад незащищенной пленки.

Однако если увеличить плотность тока, пропускаемого через проводник, до определенной критической величины, то происходит растрескивание слоя диэлектрика (рис. 5) и в области трещин проводник распадается на капли.

Рис. 5. РЭМ - изображения поверхности проводника толщиной 20 нм, покрытого слоем диэлектрика 100 нм, деградировавшего в результате нагрева до 840 K при одновременном воздействии плотности тока (A/cm2) Очевидным было предположение, что плотность тока играет определяющую роль в процессе деградации проводника (рис. 6 (а)) К тому же рис. 6 (а) показывает, что, начиная с некоторой длины разрушение проводника определенного сечения, наступает при одной и той же плотности тока. Однако узаконить это предположение не позволяют два момента. Во-первых, то, что проводник распадается на капли, по форме похожие на капли жидкости. Во-вторых, при переходе в область малых длин проводника плотность тока, при которой он разрушается, резко увеличивается, чему нет разумного объяснения с точки зрения массопереноса благодаря электромиграции.

Рис. 6. Зависимость плотности тока и мощности, при которой наступает распад проводника от длины проводника В тоже время характер зависимости электрической мощности, при которой наступает разрушение проводника, полностью указывает на то, что основной причиной его разрушения является его нагрев и последующее гетерогенное плавление. Начиная с некоторой длины, электрическая мощность разрушения возрастает прямо пропорционально увеличению его длины (рис. 6 (б)). Это вполне объяснимо необходимостью увеличения энергии для того, чтобы нагреть более длинный образец до той же самой температуры, при которой имеет место гетерогенное плавление. Значительное увеличение электрической мощности, необходимой для разрушения проводника в области малых размеров (рис. 6 (б)) также имеет объяснение. Это связано с существенной теплоотдачей через контактные площадки проводника, что является известным фактом, поэтому требуется дополнительная электрическая мощность для нагрева проводника до температуры разрушения.

Таким образом, ясно, что процесса деградации можно было избежать, если предотвратить образование трещин в диэлектрическом материале. Эксперименты показали, для этого можно использовать два пути:

1. упрочнение диэлектрического слоя введением между ним и диэлектрическим материалом тонкого диффузионнобарьерного слоя (ДБС), что повышает стойкость проводника в пять раз по отношению к проводнику без ДБС;

2. снижение градиента температуры за счет использования теплоотводящих покрытий, например углеродных нанотрубок, что повышает стабильность проводника, отметим что проводник, дополнительно покрытый слоем углеродных нанотрубок, выдержал вдвое большую электрическую мощность и деградировал через пятикратно большее время по отношению к проводнику защищенным только слоем ДБС и диэлектриком.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 1. Установлено, что основной причиной деградации медного проводника нанометровой размерности в условиях токовой нагрузки является его распад на капли вследствие разогрева рассеиваемой им электрической мощностью.

2. Выявлено, что распад проводника на капли провоцируется явлением плавления, вызванным поверхностью (гетерогенное плавление), суть которого состоит в том, что при температуре ниже равновесной температуры плавления на поверхности кристаллической системы существует слой жидкой фазы определенной толщины, который находиться в равновесии с кристаллической фазой.

3. Изучена кинетика распада тонких пленок Ni. Показано, что температура распада тонких пленок Ni не является фиксированной величиной. Обоснован механизм распада тонких пленок Ni на капли. Выдвинуто предположение, что распространение смачивания определяет кинетическую составляющую процесса диспергирования тонкой пленки Ni на капли, что объясняет, почему данный процесс имеет место в некотором температурном диапазоне и временном интервале.

4. Заключение медного проводника нанометровой размерности между диэлектрическими слоями позволяет предотвратить его деградацию в результате распада на капли. Однако возникновение градиента температуры вследствие разогрева наноразмерного проводника рассеиваемой на нем электрической мощностью может приводить к разрушению диэлектрического слоя, что вызывает локальный распад проводника на капли.

5. Показано, что процесса деградации можно избежать двумя способами: во-первых, упрочнением диэлектрического слоя путем введения между ним и диэлектрическим материалом тонкого диффузионно-барьерного слоя (ДБС), что повышает стойкость проводника в пять раз по отношению к проводнику без ДБС; во-вторых, снижением градиента температуры за счет использования теплоотводящих покрытий, например углеродных нанотрубок. Экспериментально показано, что проводник, дополнительно покрытый слоем углеродных нанотрубок, выдержал вдвое большую электрическую мощность и его стабильность увеличилась в пять раз по сравнению с проводником, защищенным только слоем ДБС и диэлектриком.

Основные результаты, полученные в диссертации, изложены в следующих публикациях:

1. А.А. Буздуган, А.Е. Тюрин, А.В. Никитин Изучение процесса низкотемпературного плавления тонких пленок кремния на инертной поверхности. Сб. тез. докл. 13-й всероссийской межвузовской научно-технической конф. студентов и аспирантов Москва, МИЭТ. 2006. с. 94.

2. А.А. Буздуган, Д.Г. Громов, С.А. Гаврилов, Е.Н. Редичев, Р.М.

Аммосов, А.И.Мочалов Исследование температуры процесса плавления – диспергирования тонких пленок кремния в зависимости от толщины, на инертной поверхности оксида алюминия. Труды 10-й международной НТК «Актуальные проблемы твердотельной электроники и микроэлектроники», Дивноморское, Россия, 2006, с. 158-160.

3. А.А. Буздуган, Д.Г. Громов, С.А. Гаврилов, Е.Н. Редичев, С.С.Белоусов, И.С. Чулков Кинетика процесса плавлениядиспергирования некоторых тонких пленок. Сб. тез. докл. 3-я Всероссийская конференция (с международным участием) «Химия поверхности и нанотехнология», Санкт – Петербург – Хилово, Псковская обл., Россия, 24 сентября – 1 октября 2006, с. 76.

4. А.А. Буздуган, С.С. Белоусов, И.С. Чулков Исследование процесса плавления – диспергирования некоторых тонких пленок и роли влияния подложки на данный процесс. IV Международная научно-техническая школа-конференция «Молодые ученые – науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике», « МОЛОДЫЕ УЧЕНЫЕ – 2006 » 14 - 18 ноября 2006 г., Москва 5. А.А. Буздуган, Ю. А. Семенюк Получение нанокластерных структур кремния на инертных поверхностях Al2O3 из тонких пленок Si толщиной 8-60 нм. Всероссийская конференция инновационных проектов аспирантов и студентов “Индустрия наносистем и материалы”, Зеленоград, 26-29 сентября 2006 г.

6. А.А. Буздуган, Е.Н. Редичев, И.С. Чулков А.В. Никитин, Д.Г.

Громов Подход к формированию многоуровневых межсоединений на основе меди для кремниевых интегральных схем. Сборник научных трудов “Технологии микроэлектроники, оптоэлектроники и волоконной оптики” 7. А.А. Буздуган, И.С. Чулков А.В. Никитин, А.Е. Тюрин, Д.Г.

Громов Плавление-диспергирование тонких пленок кремния на инертной поверхности Al2O3. Сборник научных трудов “Технологии микроэлектроники, оптоэлектроники и волоконной оптики” 8. А.А. Буздуган, Е.Н. Редичев, И.С. Чулков А.В. Никитин, А.Е.

Тюрин, Д.Г. Громов Процесс плавления-диспергирования тонких пленок никеля. Сборник научных трудов “Технологии микроэлектроники, оптоэлектроники и волоконной оптики” 9. А.А. Буздуган, Д.Г. Громов Обоснование последовательности формирования соединений при взаимодействии контактирующих фаз металла и кремния. Сборник научных трудов “Технологии микроэлектроники, оптоэлектроники и волоконной оптики” 10. А.А. Буздуган, И.С. Чулков, С.А. Гаврилов, Д.Г. Громов Движущие силы понижения температуры плавления с уменьшением размера объекта. II Всероссийская конференция по наноматериалам IV Международный семинар “Наноструктурные материалы- 2007 Беларусь-Россия” 11. А.А. Буздуган, И.С. Чулков, С.А. Гаврилов, Д.Г. Громов Кинетические особенности процесса плавления тонких пленок наноразмерных толщин. II Всероссийская конференция по наноматериалам IV Международный семинар “Наноструктурные материалы- 2007 Беларусь-Россия” 12. А.А. Буздуган, Д.Г. Громов, С.А. Гаврилов, А.Р. Давликанов, Е.Н. Редичев, И.В. Сагунова, И.С. Чулков Исследование влияние размера зерен на кинетику плавления-диспергирования тонких поликристаллических пленок меди. Харьковская нанотехнологическая ассамблея 2007. Сборник докладов 2-го Международного научно-технического симпозиума “Наноструктурные функциональные покрытия и материалы для промышленности”. – Харьков: ННЦ “ХФТИ”, ИПП “Контраст”, 13. А.А. Буздуган, Д.Г. Громов, С.А. Гаврилов, Д.А.. Аридов, Е.Н. Редичев, А.Е. Тюрин, И.С. Чулков Поведение тонких пленок никеля и кремния на инертной поверхности Al2O3 при термической обработке. Харьковская нанотехнологическая ассамблея 2007. Сборник докладов 2-го Международного научнотехнического симпозиума “Наноструктурные функциональные покрытия и материалы для промышленности”. – Харьков: ННЦ “ХФТИ”, ИПП “Контраст”, 14. А.А. Буздуган, Д.Г. Громов, С.А. Гаврилов, Е.Н. Редичев, И.С. Чулков Феноменологическое описание процесса диспергирования на капли тонких пленок кремния толщиной 8 60 нм на инертной поверхности Al2O3. Журнал Известия вузов.

Электроника №2 15. А.А. Буздуган, Д.Г. Громов, С.А. Гаврилов, И.С. Чулков Гетерогенное плавление и его проявление в малоразмерных системах. Труды 9 международной конференции ОПТО-, НАНОЭЛЕКТРОНИКА, НАНОТЕХНОЛОГИИ И МИКРОСИСТЕМЫ, Ульяновск, 16. A.A. Buzdugan, S.A. Gavrilov, D.G. Gromov, E.N. Redichev, I.S. Chulkov Heterogeneous melting and participation of it in different micro- and nanotechnology processes. International Conference “Micro- and nanoelectronics -2007” ICMNE-2007, Moscow – Zvenigorod, Russia 17. A.A. Buzdugan, D.G. Gromov, E.N. Redichev, A.A. Golishnikov, I.S. Chulkov, R.M. Ammosov The approach to formation of interconnections with the low dimension for damascene technology.

International Conference “Micro- and nanoelectronics -2007” ICMNE-2007, Moscow – Zvenigorod, Russia 18. А.А. Буздуган, И.С. Чулков, Д.А. Аридов, А.Р. Давликанов Разработка нанокластерных структур преобразователей солнечной энергии на основе контакта с барьером Шотки.

Всероссийская молодежная конференция “Электроника-2007”, Зеленоград, 5-7 сентября 2007 г.

19. А.А. Буздуган, Д.Г. Громов, С.В. Дубков, И.С. Чулков Влияние поверхностной активности компонентов на взаимодействие между кремниевой подложкой и пленками некоторых сплавов тугоплавких металлов. Сборник научных трудов ”Материалы, процессы, оборудование в нано-, микро-, и оптоэлектронике”, Москва 2008 г.

20. А.А. Буздуган, Д.Г. Громов, С.А. Гаврилов, И.С. Чулков Гетерогенное плавление и диспергирование тонких пленок на капли Сборник научных трудов ”Материалы, процессы, оборудование в нано-, микро-, и оптоэлектронике”, Москва 2008 г.

21. А.А. Буздуган, Д.Г. Громов, И.С. Чулков, М.Ю. Анисимов, А.Е. Тюрин, Е.Н. Редичев Исследование влияние структуры пленки на процесс гетерогенного плавления. Сборник научных трудов ”Материалы, процессы, оборудование в нано-, микро-, и оптоэлектронике”, Москва 2008 г.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»