Влияние содержания меди на формирование фаз субоксидов кремния в пленках Cu–Si, полученных ионно-лучевым распылением

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Система Cu–Si важна для широкого спектра технологических применений. Настоящая работа посвящена исследованию влияния содержания меди на формирование фаз субоксидов кремния в пленках Cu–Si, полученных ионно-лучевым распылением. По данным рентгеновской дифракции и ультрамягкой рентгеновской эмиссионной спектроскопии в пленке с низким содержанием меди (∼ 15 мас. %) кремний частично находится в аморфном состоянии, а частично окисляется, формируя субоксид SiO0.47. В пленках с высоким содержанием меди Cu (∼ 65 мас. %) формируется фаза Cu3Si, которая приводит к возникновению фаз диоксида SiO2 и субоксида SiO0.8 как в приповерхностных, так и в более глубоких слоях. Результаты исследования с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии указывают на формирование преимущественно кремний-кислородных тетраэдров типа Si–Si3O и SiO4 в образцах, содержащих ∼ 15 мас. % Cu, и более богатых кислородом кремний-кислородных тетраэдров типа Si–Si2O2 в образцах с ∼ 65 мас. % Cu, как на поверхности, так и в глубоких слоях пленок Cu–Si.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

К. А. Барков

Воронежский государственный университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж

В. А. Терехов

Воронежский государственный университет

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж

Е. С. Керсновский

Воронежский государственный университет

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж

И. В. Польшин

Воронежский государственный университет

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж

С. А. Ивков

Воронежский государственный университет

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж

А. И. Чукавин

Воронежский государственный университет; Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж; Ижевск

С. В. Родивилов

Научно-исследовательский институт электронной техники

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж

Н. С. Буйлов

Воронежский государственный университет; Научно-исследовательский институт электронной техники

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж; Воронеж

Д. Н. Нестеров

Воронежский государственный университет

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж

В. В. Побединский

Воронежский государственный университет; Научно-исследовательский институт электронной техники

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж; Воронеж

А. К. Пелагина

Воронежский государственный университет

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж

К. М. Моисеев

Воронежский государственный университет; Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж; Москва

А. Е. Никонов

Воронежский государственный технический университет

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж

А. В. Ситников

Воронежский государственный технический университет

Email: barkov@phys.vsu.ru
Россия, Воронеж

Список литературы

  1. Kammer C. Aluminum and aluminum alloys. // Springer Handbook of Materials Data. / Ed. Warlimont H., Martienssen W. Springer, 2018. P. 157. https://doi.org/10.1007/978-3-319-69743-7_6
  2. Parajuli O., Kumar N., Kipp D., Hahm J.I. // Appl. Phys. Lett. 2007. V. 90. P. 1. https://doi.org/10.1063/1.2730578
  3. Ahn H.J., Kim Y.S., Kim W.B., Sung Y.E., Seong T.Y. // J. Power Sources. 2006. V. 163 P. 211. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2005.12.077
  4. Li H., Huang X., Chen L., Zhou G., Zhang Z., Yu D., Jun Mo Y., Pei N. // Solid State Ionics. 2000. V. 135. P. 181. https://doi.org/10.1016/S0167-2738(00)00362-3
  5. Su K., Luo J., Ji Y., Jiang X., Li J., Zhang J., Zhong Z., Su F.// J. Solid State Chem. 2021. V. 304. P. 122591. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2021.122591
  6. Stolt L., Charai A., D’Heurle F.M., Fryer P.M., Harper J.M.E. // J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film. 1991. V. 9 P. 1501. https://doi.org/10.1116/1.577653
  7. Liu Y., Song S., Mao D., Ling H., Li M. // Microelectron. Eng. 2004. V. 75. P. 309. https://doi.org/10.1016/j.mee.2004.06.002
  8. An Z., Kamezawa C., Hirai M., Kusaka M., Iwami M. // J. Phys. Soc. Japan. 2002. V. 71. P. 2948. https://doi.org/10.1143/JPSJ.71.2948
  9. Wang J., Xu X., Ding C., Liu T., Dai Z., Qin H. // 2021 22nd Int. Conf. Electron. Packag. Technol. ICEPT. 2021. V. 1. P. 1. https://doi.org/10.1109/ICEPT52650.2021.9567953
  10. Somaiah N., Kanjilal A., Kumar P. // MRS Commun. 2020. V. 10. P. 164. https://doi.org/10.1557/mrc.2020.6
  11. Liu C.S., Chen L.J. // J. Appl. Phys. 1993. V. 74. P. 5501. https://doi.org/10.1063/1.354205
  12. Parditka B., Verezhak M., Balogh Z., Csik A., Langer G.A., Beke D.L., Ibrahim M., Schmitz G., Erdélyi Z. // Acta Mater. 2013. V. 61. P. 7173. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2013.08.021
  13. Ibrahim M., Balogh-Michels Z., Stender P., Baither D., Schmitz G. // Acta Mater. 2016. V. 112. P. 315. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.04.041
  14. Guillet S., Regalado L.E., Lopez-Rios T., Cinti R. // Appl. Surf. Sci. 1993. V. 65/66. P. 742. https://doi.org/10.1016/0169-4332(93)90748-Z
  15. Sufryd K., Ponweiser N., Riani P., Richter K.W., Cacciamani G. // Intermetallics. 2011. V. 19. P. 1479. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2011.05.017
  16. Hallstedt B., Gröbner J., Hampl M., Schmid-Fetzer R. // Calphad Comput. Coupling Phase Diagrams Thermochem. 2016. V. 53. P. 25. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2016.03.002
  17. Mattern N., Seyrich R., Wilde L., Baehtz C., Knapp M., Acker J. // J. Alloys Compd. 2007. V. 429. P. 211. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2006.04.046
  18. Chromik R.R., Neils W.K., Cotts E.J. // J. Appl. Phys. 1999. V. 86. P. 4273. https://doi.org/10.1063/1.371357
  19. Polat D.B., Eryilmaz L., Keleş Ö. // ECS Meet. Abstr. MA. 2014. P. 433. https://doi.org/10.1149/ma2014-02/5/433
  20. Polat B.D., Eryilmaz O.L., Keleş O., Erdemir A., Amine K., // Thin Solid Films. 2015. V. 596. P. 190. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2015.09.085
  21. Sarkar D.K., Dhara S., Nair K.G.M., Chaudhury S.// Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2000. V. 161. P. 992. https://doi.org/10.1016/S0168-583X(99)00774-0
  22. Gumarov A.I., Rogov A.M., Stepanov A.L. // Compos. Commun. 2020. V. 21 P. 8. https://doi.org/10.1016/j.coco.2020.100415
  23. Pászti Z., Petö G., Horváth Z.E., Karacs A., Guczi L. // J. Phys. Chem. B. 1997. V. 101. P. 2109. https://doi.org/10.1021/jp961490d
  24. Benouattas N., Mosser A., Raiser D., Faerber J., Bouabellou A. // Appl. Surf. Sci. 2000. V. 153. P. 79. https://doi.org/10.1016/S0169-4332(99)00366-9
  25. Benouattas N., Mosser A., Bouabellou A. // Appl. Surf. Sci. 2006. V. 252. P. 7572. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2005.09.010
  26. Saad A.M., Fedotov A.K., Fedotova J.A., Svito L.A., Andrievsky B.V., Kalinin Y.E., Fedotova V. V., Malyutina-Bronskaya V., Patryn A.A., Mazanik A.V., Sitnikov A.V. // Phys. Status Solidi C Conf. 2006. V. 3. P. 1283. https://doi.org/10.1002/pssc.200563111
  27. Svito I., Fedotov A.K.F., Koltunowicz T.N., Zukowski P., Kalinin Y., Sitnikov A., Czarnacka K., Saad A. // J. Alloys Compd. 2015. V. 615. P. S371. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.01.136
  28. Domashevskaya E.P., Mahdy M.A., Ivkov S.A., Sitnikov A.V., Mahdy I.A. // Mater. Chem. Phys. 2022. V. 277. P. 125480. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2021.125480
  29. Terekhov V.A., Domashevskaya E.P., Kurganskii S.I., Nesterov D.N., Barkov K.A., Radina V.R., Velichko K.E., Zanin I.E., Sitnikov A.V., Agapov B.L. // Thin Solid Films. 2023. P. 772. P. 139816. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2023.139816
  30. Ситников А.В. // Альтернативная энергетика и экология. 2003. № S2. P. 114.
  31. Agarwal B.K. X-Ray Spectroscopy. // Springer Series in Optical Sciences. / Springer Berlin, Heidelberg, 1991. P. 421. https://doi.org/10.1007/978-3-662-14469-5
  32. Зимкина Т.М., Фомичев В.А. Ультрамягкая рентгеновская спектроскопия. / Ред. Порай-Кошиц Е.А. Изд-во Ленинградского университета, 1971. С. 132.
  33. Terekhov V.A., Kashkarov V.M., Manukovskii E.Yu., Schukarev A.V., Domashevskaya E.P. // J. Electron Spectros. Relat. Phenomena. 2001. V. 114–116. P. 895. https://doi.org/10.1016/S0368-2048(00)00393-5
  34. Zimmermann P., Peredkov S., Abdala P.M., De Beer S., Tromp M., Müller C., van Bokhoven J.A. // Coord. Chem. Rev. 2020. V. 423. P. 213466. https://doi.org/10.1016/j.ccr.2020.213466
  35. Baker A.D., Brundle C.R. Electron Spectroscopy: Theory, Experiments and Applications. Academic Press, 1978. P. 361.
  36. Hufner S. Photoelctron Spectroscopy: Principles and Applications. // Springer Series in Solid-State Sciences. V. 82. / Ed. Lotsch K.V. Springer Science & Business Media, 2013. P. 515. https://doi.org/10.1007/978-3-662-03150-6
  37. Himpsel F.J., McFeely F.R., Taleb-Ibrahimi A., Yarmoff J.A., Hollinger G. // Phys. Rev. B. 1988. V. 38. P. 6084. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.38.6084
  38. Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) (2024) International Centre for Diffraction Data, USA. https://www.icdd.com/
  39. Solberg J.K. // Acta Crystallogr. Sect. A. 1978. V. 34. P. 684–698. https://doi.org/10.1107/S0567739478001448.
  40. Wiech G., Feldhütter H.O., Šimůnek A. // Phys. Rev. B. 1993. V. 47. P. 6981. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.47.6981.
  41. Moulder J.F. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy: A Reference Book of Standard Spectra for Identification and Interpretation of XPS Data / Ed. Chastain J. Physical Electronics Division, Perkin-Elmer Corporation, 1992. P. 261.
  42. Fang D., He F., Xie J., Xue L. // J. Wuhan Univ. Technol. Mater. Sci. Ed. 2020. V. 35. P. 711. https://doi.org/10.1007/s11595-020-2312-7.
  43. Banholzer W.F., Burrell M.C. // Surf. Sci. 1986. V. 176. P. 125. https://doi.org/10.1016/0039-6028(86)90167-6.
  44. Hollinger G., Himpsel F.J. // J. Vac. Sci. Technol. A Vacuum, Surfaces, Film. 1983. V. 1 P. 640. https://doi.org/10.1116/1.572199.
  45. Huang H.Y., Chen L.J. // Appl. Phys. Lett. 2000. V. 88. P. 1412. https://doi.org/10.1063/1.373832

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. РЭМ-изображения поверхности (a, в) и скола (б, г) пленок Cu–Si с содержанием Cu ∼ 15 (а, б) и ∼ 65 мас. % (в, г).

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгеновские дифрактограммы от пленок Cu-Si с относительным содержанием Cu ∼ 15 (1) и 65 мас. % (2), а также эталонов поликристаллического кремния (3) и чистой меди (4). На графиках отмечены наиболее значимые отражения с указанием соответствия кристаллографическим плоскостям и фазам. Серым выделены отражения от подложки.

Скачать (266KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Рентгеновские эмиссионные спектры SiL2,3 от пленки Cu–Si с содержанием Cu ∼ 15 мас. %, полученные от слоев на глубине 10 (1) и 60 нм (2), а также спектры эталонов аморфного кремния a-Si (3) и субоксида кремния SiO0.47 (4) [43]. Точками показаны экспериментальные спектры, сплошными красными кривыми — результат моделирования на основе эталонов.

Скачать (117KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Рентгеновские эмиссионные спектры SiL2,3 от пленки Cu–Si с содержанием Cu ∼ 65 мас. %, полученные от слоев на глубине 10 (1) и 60 нм (2), а также спектры эталонов диоксида кремния SiO2 (3), субоксида кремния SiO0.8 (4) [43] и силицида кремния Cu3Si (5) [8]. Точками показаны экспериментальные спектры, сплошными красными кривыми — результат моделирования на основе эталонов.

Скачать (139KB)
Метаданные
6. Рис. 5. РФЭ-спектры вблизи линий 2p Si от пленок Cu–Si с содержанием Cu ∼ 15 (а, б) и ∼ 65 мас. % (в, г) до (а, в) и после (б, г) травления ионным пучком Ar+.

Скачать (383KB)
Метаданные

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2025