WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 6 Реактивная эпитаксия дисилицида кобальта на Si (100) © М.В. Гомоюнова, И.И. Пронин, Д.А. Валдайцев, Н.С. Фараджев Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия (Поступила в Редакцию 13 сентября 2001 г.) Изучен процесс роста дисилицида кобальта на грани Si (100) в условиях реактивной эпитаксии при T = 350C в диапазоне толщин напыленного кобальта 10-40 ML. Исследование проведено с помощью нового метода визуализации атомного строения приповерхностного слоя неупруго отраженными электронами средней энергии. Показано, что сформированные пленки состоят из зерен CoSi2 (221) четырех азимутальных ориентаций, развернутых на 90C друг относительно друга. Такая доменная структура обусловлена фасетированием поверхности подложки плоскостями (111), происходящим в процессе силицидообразования.

На фасетках (111) эпитаксиально растут слои CoSi2(111) с B-ориентацией.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 01-0217288) и МПНТ (направление „Поверхностные атомные структуры“, проект № 5.10.99).

Тонкие пленки дисилицида кобальта, сформирован- нанометрового приповерхностного слоя [19–21]. Метод ные на поверхности монокристаллического кремния, основан на анализе пространственных распределений широко используются в твердотельной микроэлектро- неупруго отраженных электронов средней энергии. Ранике для создания атомно-резких межфазовых границ нее он уже успешно зарекомендовал себя при изучении металл/полупроводник и особенно перспективны для эпитаксиального роста сверхтонких пленок CoSi2 на сверхбольших интегральных схем. В настоящее время грани Si (111) [22,23].

формирование контактов CoSi2/Si наиболее хорошо изучено в случае грани Si (111). Для кремниевой же техно1. Техника эксперимента логии наибольший интерес представляет грань Si (100).

Однако формирование межфазовой границы в этой сиПодробное описание прибора, с помощью которостеме является существенно более сложным, а в самых го было выполнено настоящее исследование, имеется последних работах была даже обнаружена самоорганизав [24]. Здесь мы отметим лишь наиболее существенция кластеров дисилицида кобальта, что открывает возные его особенности. Образец облучается электронным можность использования не только планарных контактов пучком с энергией 2 keV, падающим на поверхность CoSi2/Si (100), но и систем квантовых точек CoSi2 [1,2].

под скользящим углом ( 10). Ток в пучке составляКак показали многочисленные исследования, свойства ет 10-7 A, а его поперечное сечение не превышапленок дисилицида кобальта, формируемых на поверхет 0.1 mm. Исследуются пространственные распределености Si (100), очень чувствительны как к исходному ния электронов, рассеянных в приповерхностном слое состоянию подложки, так и к режиму силицидообраобразца и потерявших при отражении не более 10% зования [1–9]. При этом в условиях, когда на поверхот первоначальной энергии. Регистрация электронов ности Si (111) легко образуются эпитаксиальные слои осуществляется с помощью малогабаритного энергоCoSi2(111), на данной грани растут зерна дисилицида анализатора тормозящего поля с двумя сферическими кобальта, по-разному ориентированные относительно сетками. Поток электронов, прошедших сквозь сетки подложки [3,9–13]. Для преодоления этих сложностей, анализатора, усиливается микроканальной пластиной и связанных с проблемой зародышеобразования, были разформирует на люминесцентном экране искомую диработаны методики, основанные на использовании так фракционную картину, которая регистрируется через называемых шаблонов (templates), представляющих сооптическое окно вакуумной камеры с помощью вибой предварительно сформированные сверхтонкие слои деокамеры, совмещенной с компьютером. Картина наCoSi2(100) [9,10,14,15]. Выращивание на них силицидблюдается в телесном угле, соответствующем конусу с ных пленок сводится к достраиванию этих совершенных полураствором 57.

слоев. При этом наилучшие результаты достигаются при одновременном напылении Co и Si, когда снимается Измерения проводились в условиях сверхвысокого проблема массопереноса компонентов системы [9,16,17]. вакуума ( 10-8 Pa). Подложки монокристаллического Однако на практике не всегда можно использовать кремния, на которых формировались слои дисилицида молекулярно-лучевую эпитаксию [18]. Поэтому иссле- кобальта, вырезались из пластин КЭФ-1 и имели раздование специфики роста слоев CoSi2 на Si (100) в мер 22 14 0.25 mm. Точность выведения грани (100) условиях реактивной и твердофазной эпитаксии по- на поверхность кристалла была не хуже чем 20. Предпрежнему остается актуальной задачей. В настоящей ра- варительно образцы подвергались обработке по методу боте для ее решения мы применили новый структурный Шираки [25]. Дальнейшая их очистка проводилась прометод, позволяющий визуализировать атомное строение гревом в вакууме [22], что в совокупности обеспечивало Реактивная эпитаксия дисилицида кобальта на Si (100) Рис. 1. Дифракционные картины, наблюдавшиеся при нанесении кобальта на поверхность монокристалла кремния, нагретого до температуры 350C. a — исходная картина от грани Si (100), b — после нанесения10 ML Co, c — после повторного нанесения 10 ML Co и прогрева образца до 600C.

получение атомно-чистой поверхности кремния с рекон- ности, а внешняя окружность — вылету электронов при струкцией типа (2 1). полярном угле 60.

Напыление кобальта существенно меняет наблюдаДля напыления кобальта использовался источник, в емую картину. С ростом дозы адсорбата в диапакотором проволока из материала с чистотой 99.99% зоне 1-10 ML постепенно ослабляются дифракционные разогревалась электронной бомбардировкой. Скорость максимумы, связанные с подложкой, и появляются друнапыления кобальта составляла примерно 2 ML/min.

гие особенности. Их развитие и усиление приводит При этом один монослой (ML) Co принимался равк формированию новой дифракционной картины, предным 6.78 · 1014 at./cm2, что соответствует поверхностной ставленной на рис. 1, b, которая визуализирует строеконцентрации атомов Si на грани (100). Контроль эление выращенных слоев силицида кобальта. Симметрия ментного состава поверхности образцов осуществлялся этой картины остается такой же, как и у подложки, методом электронной Оже-спектроскопии. Все измеоднако вид ее меняется существенно. Что касается элерения проводились при комнатной температуре после ментного состава сформированного слоя, то, согласно остывания образцов.

данным Оже-спектроскопии, отношение низкоэнергетических пиков Co (M2,3VV) и Si (LVV ) с энергией и 92 eV равно примерно 0.1, что характерно для CoSi2 с 2. Результаты измерений поверхностью, обогащенной кремнием [14,26].

и их обсуждение Дальнейшее увеличение дозы напыления до 20 ML приводит к постепенному ослаблению дифракционной Ввиду неоднозначности интерпретации данных, отнокартины и появлению диффузного фона. Одновременно сящихся к самым ранним стадиям силицидообразовасущественно уменьшается Оже-сигнал кремния и возния, представлялось целесообразным начать работу с растает пик Оже-электронов Co, что свидетельствует исследования пленок CoSi2 с толщиной, превосходящей о росте неупорядоченной пленки кобальта с примесью глубину анализа использованного метода, для которых кремния. Из этого следует, что сформированный при подложка не вносит непосредственного вклада в форминанесении первых 10 ML Co слой дисилицида кобальта рование наблюдаемых дифракционных картин. Поэтому уже представляет собой значительный диффузионный измерения были проведены для пленок, полученных барьер, препятствующий дальнейшему росту CoSi2 при нанесением на Si (100) десяти и более монослоев котемпературе 350C. Отжиг образца до T = 600C в тебальта. Температура подложки при этом выбиралась равчение 1 min восстанавливает дифракционную картину ной 350C, когда, согласно [14], уже протекает реакция (рис. 1, b), а также величину отношения Оже-сигналов силицидообразования.

кобальта и кремния, наблюдавшуюся после напылеИсходная дифракционная картина Si (100) показана на ния 10 ML Co. Дальнейший процесс роста силицидной рис. 1, a. Данные представлены в виде двумерных карт пленки при последующих нанесениях кобальта и прогрераспределения интенсивности отражения электронов по вах образца до 600C протекает по описанному выше полярному и азимутальному углам вылета, построенных сценарию. Это следует, в частности, из практически в стереографической проекции при использовании липолного совпадения всех особенностей дифракционных нейной шкалы серых оттенков. Светлые области в этом картин, полученных после первого напыления кобальта случае обозначают максимумы угловых распределений, (рис. 1, b) и нанесения 20 ML (рис. 1, c). Различие картин а черные, наоборот, — минимумы. Центр картины соот- касается лишь их контрастности, которая возрастает ветствует вылету электронов вдоль нормали к поверх- с увеличением толщины силицидного слоя.

Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. 1128 М.В. Гомоюнова, И.И. Пронин, Д.А. Валдайцев, Н.С. Фараджев Рис. 2. Дифракционные картины разных граней CoSi2, полученные с помощью компьютерной обработки экспериментальных данных для CoSi2 (111). a — CoSi2 (100), b — CoSi2 (221). Картина c получена путем суммирования картин от четырех доменов (221), развернутых друг относительно друга по азимуту на 90.

Обратимся теперь к анализу дифракционной картины, Рассмотрим теперь третью возможную ориентацию типичной для пленок CoSi2, выращенных на Si (100). слоев CoSi2. Дифракционная картина, соответстсвующая Поскольку на этой подложке возможно формирование грани (221), показана на рис. 2, b. Ее симметрия саслоев CoSi2 с различной ориентацией, рассмотрим сна- мая низкая, и она обладает лишь одной плоскостью чала дифракционные картины от разных граней дисилизеркального отражения. Поэтому четырехкратная симцида кобальта. Такие картины можно получить путем метрия наблюдаемого изображения может возникнуть компьютерной обработки экспериментальных данных, только в случае существования на поверхности подприведенных в [22] для CoSi2(111). В основе этой проложки четырех типов физически эквивалентных доменов цедуры [27] лежит экспериментальный факт, состоящий CoSi2(221), развернутых по азимуту на 90. Суммарная в том, что при повороте кристалла соответствующая картина, полученная суперпозицией вкладов от таких ему дифракционная картина поворачивается как целое доменов, приведена на рис. 2, c. Хорошо видно, что на тот же угол. Поэтому, если картину от CoSi2(111) она практически полностью совпадает с результатами повернуть так, чтобы в центре экрана (при нулевом эксперимента (рис. 1, c). Данный факт указывает на то, полярном угле) оказалось некоторое кристаллографичечто сформированная пленка CoSi2 состоит из зерен, в ское направление hkl, мы будем иметь дифракционную которых плоскости (221) ориентированы параллельно картину, соответствующую требуемой грани (hkl). При поверхности подложки. Что же касается азимутальной этом недостающую область картины можно восполнить ориентации этих зерен, то из сопоставления картин, экстраполяцией полученной части изображения, испольпоказанных на рис. 1, a и 2, b, следует, что плосзуя элементы симметрии грани (hkl).

кости (110) дисилицида кобальта параллельны плосВ литературе в основном обсуждаются три возкостям (110) кремния.

можные ориентации эпитаксильных слоев CoSi2, соотПричину роста зерен CoSi2 (221) на грани Si (100) ветствующие граням (100), (110) и (221). Четырехв условиях реактивной эпитаксии можно понять, если кратной зеркально-поворотной симметрией, свойственучесть неустойчивость грани (100) в процессе силициной картине, показанной на рис. 1, c, обладает лишь дообразования и возможность ее фасетирования [10,28].

грань CoSi2(100). Дифракционная картина для этой граВозникновение фасеток может инициироваться интенни представлена на рис. 2, a. Она, как видно из сравнения сивным массопереносом кремния, происходящим в ходе данных рис. 1, c и 2, a, не соответствует эксперименформирования дисилицида кобальта при повышенной ту, и, следовательно, выращенная пленка имеет иную температуре, который приводит к перестройке поверхориентацию. Далее была проанализирована возможность ности кристалла и появлению огранки ее плоскостяориентации (110). Поскольку эту грань характеризует ми (111). На фасетках Si (111) в процессе поступления ось вращения второго порядка, наблюдаемую в экспекобальта эпитаксиально растут домены CoSi2(111), которименте четырехкратную симметрию можно получить, рые в условиях реактивной эпитаксии характеризуются если принять во внимание возможность формирования азимутальной ориентацией B-типа, антипараллельной на грани (100) подложки двух типов физически эквиваподложке [22]. Движущей силой процесса является форлентных доменов (110), повернутых друг относительно мирование наиболее энергетически выгодной межфазодруга на 90 [9], и просуммировать их дифракционные вой границы CoSi2 (111)/Si (111). При этом в растущих картины. Полученная таким образом картина также оказалась не похожей на экспериментальную. Это свиде- доменах CoSi2 (111) вследствие их B-ориентации пательствует о том, что зерна CoSi2(110) в нашем случае раллельными плоскостям (100) поверхности исходной не образуются. подложки оказываются именно плоскости (221), что Физика твердого тела, 2002, том 44, вып. Реактивная эпитаксия дисилицида кобальта на Si (100) 34 и 50% ее площади. Оголенные участки подложки были обнаружены и для пленок формирующихся на начальных стадиях реактивной эпитаксии. Так, после напыления 10 ML кобальта (рис. 1, b) они занимали около 10% площади поверхности, а при последующем нанесении 10 ML и отжиге образца до 600C их доля уменьшилась до 4%.

Таким образом, применение нового структурного метода к исследованию процесса формирования дисилицида кобальта на поверхности Si (100)-2 1 показало, что в условиях реактивной эпитаксии при T = 350Cна ней образуется пленка, состоящая из зерен CoSi2 (221), Рис. 3. Дифракционные картины от пленки дисилицида развернутых друг относительно друга по азимуту на 90.

кобальта на кремнии, подвергнутой отжигам до температур Такая доменная структура обусловлена фасетированием 1000 (a) и 1200 (b).

Pages:     || 2 |



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

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.