Zależność szybkości rozpylania jonowego Si, poli-Si i SiO2 od temperatury - Biblioteka UMCS

ANNALES

UNIVERSITATIS MARIAE CURIE-SKŁODOWSKA

Vol. XXXIII, 9 Sectio AAA 1978

Instytut Fizyki UMCS Zakład Fizyki Jądrowej Kierownik, prof, dr Włodzimierz Żuk

Juliusz SIELANKO,

Marek SOWA, Jerzy MELDIZON, Włodzimierz

Anna

Zależność szybkości rozpylania jonowego Si, poli-Si i SiO> od temperatury Зависимость скорости распыления поликристаллов Si, SiO»

и монокристаллического Si от температуры

Temperature Dependence cf Sputtering Velocity of Polycryetal Si and SiO, as Well as Single Crystal Si

WSTĘP

Jednym -, parametrów wpływających na szybkość rozpylania tarczy podczas bombardowania jonowego jest temperatura próbki. Wy­

daj e się, że jej oddziaływanie na współczynnik rozpylania materiałów polikrystalicznych do tej pory nie zostało definitywnie określone. Auto­

rzy wielu prac nie zaobserwowali zależności współczynnika rozpyla­

nia od temperatury [1, 2, 3j, inni taką zależność stwierdzili [4, 5, 6_j.

Dla monokryształów (vr niektórych przypadkach) zależność współczyn­

nika rozpylania od temperatury jest bezsporna ^7, 8, 9j i wląże się z procesem wygrzewania defektów powstających przy bombardowaniu tarczy jonami.

W pracy przedstawiono wyniki pomiarów szybkości rozpyla­

nia materiałów polikrystalicznych poli-Si i S102 oraz monokryształu Si o orientacji <lll>w zakresie temperatur próbki 20-400°C.

Rozpylanie przeprowadzano Jonami Ar o energii 500 eV, przy gęstości prądu 0,33-^^»w aparaturze przedstawionej w prn -y [ lC-\

cm

88 J. Sielanko, M, Sowa, J. Meldizon, W. Żuk, A, Skrzypiec Konstrukcja kolektora umożliwiała podgrzewanie próbek podczas roz­

pylania w zakresie temperatur od 20-400° C (ryc. 1). Pomiar tem­

peratury przeprowadzano za pomocą termi stora.

îwrntstor Pràbtaa

Spirala grwpo

Ryc. 1. Konstrukcja kolektora

Pomiary szybkości rozpylania warstw polikrystalicznych i mo- nokrystalicznych przeprowadzono w dwojaki sposób. W pierwszym przypadku rozpylanie materiału zachodziło przez dłuższy czas, rzę­

du 15 min i więcej (ryc. 2), Wyniki pomiarów wskazują tu na brak zależności szybkości rozpylania zarówno Si-poli i SiOg, jak też Si

Ryc. 2. Zależność szybkości rozpylania polikryształu Si i Si0„ oraz monokryształu Si <111^ od temperatury (długi czas rozpylania)

^Lll) od temperatury w badanym zakresie temperatur w granicach błę- du pomiaru ( - 10 A/min ). Brak tej zależności dla monokryształu+ °

Zależność szybkości rozpylania., 89 Si <111 У może być spowodowany albo jednakowy szybkością roz­

pylania warstw amorficznych Si i kryształu o orientacji 4.111^ (po­

dobny wynik zaobserwowano w pracy £9"] dla germanu o kierunku

< 111^) , albo temperaturą przejścia (dla której szybkość delektowa­

nia powierzchni jest równa szybkości rekrystalizacji) i leży powyżej zakresu temperatur stosowanych podczas wykonywania niniejszej pra­

cy.

W drugim przypadku czas rozpylania był krótki, a próbka po każdym rozpylaniu stykała się ponownie z atmosferą. Tego typu pomia­

ry dokonywane są na przykład przy badaniach koncentracji implanto- wanych domieszek w półprzewodnikach metodą badania aktywności po­

zostałościowej. W przypadku krótkich czasów rozpylania istotny wpływ na szybkość trawienia jonowego może mieć stan powierzchni próbki (adsorbcja gazów). Przedstawione na ryc. 3 wyniki badań zależności szybkości rozpylania w funkcji czasu potwierdzają powyższe przypusz-

Ryc. 3. Zależność szybkości rozpylania SI, Si-poli, SIO w funkcji

czasu rozpylania 2

ozenie. Г>1а krótkich czasów rozpylania, rzędu 1 min, szybkość roz­

pylania Si, Si-poli i SiOj jest prawie jednakowa, podczas gdy dla dłuższych odcinków czasu rozpylania, rzędu 6 min , dla Si i Si-poli jest prawie dwukrotnie większa niż dla SiOg. Wyniki te wskazują na znaczne zakłócenie procesu rozpylania przez zaadsorbowane gazy.

Aby sprawdzić, jak vr tym przypadku temperatura tarczy wpływa na szybkość rozpylania, wykonano pomiary w zakresie temperatur probk?

20-400° C, ustalając czas rozpylania - 3 min. Wyniki pomiarów przed-

90 J, Sielanko, M. Sowa, J. Meld!zon, W. Żuk, A, Skrzypiec

stawiono na ryc. 4. Na jej podstawie motna «twierdzić, te temperatu­

ra próbki ma dość istotny wpływ na szybkość rozpylania.

Wzrost szybkości rozpylania w wyższych temperaturach świad­

czy o częściowej desorbeji gazu. Należy tu zaznaczyć, te pomimo wygrzewania próbki, jej powierzchnię zawsze będzie pokrywać war- * stwa tlenku, którego szybkość rozpylania jest mniejsza niż czystej powierzchni Si.

PIŚMIENNICTWO

ItOronlund F., M o o r e W. J.: J. Chem. Phys. 32, 1540 (i960).

2. W e h n e r G.: Phys. Rev. 108, 35 (1957).

3.

Плешивцев H.В.: Приборы и технике эксперимента I, 163 (1231).

4. А 1 m e n О., В r u с e G.: Nucl. Inst, and Meth. 11, 279 (1961), 5.

Лебедев З.Я., Зтависский Ю.Я., Ш у т ь

А.З.: .л.тех. >3. ci, IICI (1264).

6. R о 1 P., F 1 u i t J. M., К 1 a t e m a k e r J.: J. App. Phy''.

34, 690 (1963).

7. S z u s t r o w W. A.: Radiotechnika i Elektronika 10, 541 (1965)

ZaleSnoéé szybkości rozpylania...91 8. F a r r e n J., S c a i f e W. J.: Taianta 15, 1217 (1988).

9. A n d e r s o n Cr. S.: Appl. Phys. 38, 4 (1967).

10. Sielanko J., Meldizon J., Szyszko W., В a- z у 1 u к D., Żuk W.: International Conference on Ion Implan­

tation in Semiconductors, Budapest 1975.

P E S L И E

В работе представлены результаты исследовсни): зависи­

мости скорости распыления поликристнллических иэтериэлсв si, sio2 и ыснокристаллическсго si от тегигретуры. £ исследован­

ной диапазоне температур 20--i00°C не обнаружено влияния темпе­

ратуры на скорость распыления поли- и монокристаллических ма­

териалов. Была исследована также зависимость скорости распыле­

ния образца от температуры в случае, когда слой адсорбирован­

ных газов может иметь решающее значение, то «сть в случае, коротких времен распыления (порядна С мин.) В этом случае для всех исслеюваных систем наблюдалось заметное увеличение ско­

рости распыления с увеличением температуры, что связано с час­

тичной десорбцией газов в повышенных температурах.

SUMMARY

Ths investigations of temperature dependence on sputtering velocity of polycrystal Si and SlO^ as well as monocrystal Si ^111^

are presented in the paper.

The temperature influence on the -sputtering velocity has not Peen found for polycrystal and monocrystal material, in the temperate re range 2O-400°C. The investigations of temperature influence on the sputtering velocity were also performed when an absorbed gas layer pl«yed a considerable raie. Le. at a abort sputtering time

(about 3 mln). In this case an increase in the sputtering ratio has been found with a temperature increase for all the measured samples.

It Is connected with a parity gas desorption at higher temperatures.

Złożono w Ps-dekcjl 17 DC 1977 roku.

-

■

■

... 1