Способ измерения коэффициентов диффузии примесей в тонкие пленки•сесаоэнаяпатсйткзгт;1хкичкнаяьчблиотсна

 

О П И C А Н И Е 324592

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалиотитеских

Республио зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Заявлено 16.V I I 1.1969 (№ 1356771.26-25) .Ч.Кл. G 01г 31 26 с присоединением заявки ¹â€”

Пр пор итетв йомитет по делам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

Опубликовано 23.XI1.1971. Бюллетень № 2 за 1972 Ъ ДК 537.311.33:539.219.3 (088.8) Дата опубликования описания 3.111.!972

Авторы изобретения

А, E. Гершинский и Э. Г. Косцов

Институт математики Сибирского отделения АН СССР

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ ДИФФУЗИИ

ПРИМЕСЕЙ В ТОНКИЕ ПЛЕНКИ

Изобретение относится к области технической физики, в частности, к методам измерения физических параметров веществ и может быть применено при экспериментальном исследовании процессов диффузии в тонких пленках и многослойных тонкопленочных системах, а также в области микроэлектроники при изготовлении тонкопленочных элементов.

Известен способ определения,коэффициентов диффузии D, заключающийся в измерении изменения коэффициента оптического от:ражения монохроматического света от поверхности исходного, материала при:внедрении путем диффузии атомов постороннего вещества.

Недостатки известного способа состоят в том, что определение коэффициента диффузии возможно только для металлических пленок, необходима достаточно высокая (20 — 50%) концентрация примесей диффундирующего ,вещества, а толщина, пленок должна быть «аведомо больше глубины проникновения света.

Цель изобретения — расширение д иапазона исследуемых веществ и уменьшение количества диффундирующего вещества, необходимого для измерения коэффициента диффузии примесей в пленке малой толщины.

Цель достигается благодаря тому, что измерение коэффициента, диффузии производят электрохимическим путем, для чего исследуемую двухслойную (из двух различных материалов) тонкопленочную структуру помещают в электролитическую ванну, к клеммам которой подают напряжение, и анализируя изменение количества электричества, обусловленное внедрением атомов примеси в исследуемую пленку и необходимое для ее анодного растворения (или катодного восстановления), определяют коэффициент диффузии.

На фиг. 1 представлен график измерения

1О величины тока во времени при анодном растворении образцов; на фиг. 2 графически сравниваются количества электричества, необходимые для анодного .растворения верхней пленки тонкопленочной структуры металл15 металл до и после диффузионного отжита.

Зависимость анодного тока E(f) при растзорении толстой (1000 А) пленки А1показана кривой 1, при растворении тонкой (око2о ло 250 А) пленки А1 — кривой 2, при растворении тонкопленочной системы А1 — Ti перед диффузионным отжигом — кривой 8, причем изменение скорости окисления в точке Л соответствует переходу от окисления пленки А1

25 к окисленшо пленки Ti. Кривая 4 соответствует зависимости 1(/) прп растворении тонкопленочной системы АI — Ti после взапхгной диффузии.

Площадь АВСО (фиг. 2) пропорциональна зо количеству электричества, необходимого для:

324592 (2п+ 1) лх ) 2п (2) Предмет изобретения

50 45 РО 75 1(сек) ссг 1

Со;та и ITе, и, H. Шля кова

Текред Л. Богданова Корректоргя И. Шматова и

Н. Шевченко

Редактор И. Орлова наказ 350 Изд, № 1843 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и опкрытий при Совете Министров CCCl

Москва,,Ж-35, Раугиская,наб.. и. 4 5

Областная типография Костромского управления по печати ганодного растворения верхней пленки тонкопленочной структуры металл-металл до диффузионного отжига, а площади АВ С О и

АВ" iC"Π— после диффузионного отжига при разном .времени отжига.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности.

Тонкопленочную структуру Al — Ti изготов.ляют методом вакуумного осаждения на диэлектрическую подложку и погружают в электролитическую ванну в качестве анода.

Изменения тока во времени =f() фиксируют с помощью самопищущего потевциометра, затем внедряют в .пленку Al атомы Ti посредством диффузионного отжига и снова погружают в электролитическую ванну, фиксируя увеличение количества электричества Q.

Увеличение Q вычисляют по площади между кривыми 8, 4 до точки А . Число У атомов Ti, продиффундировавших в А1, определяют по количеству электричества

Q=Aiq где q — заряд иона Ti.

Решение уравнения диффузии, полученное при соотве пствующих гр аничных условиях, интегрируют по толщине пленки и получают общее число атомов Ti, продиффундировавших в Al:

d (, 4 (— 1,Р"" / D (2п+1) 2i где,— концентрация атомов Ti па границе раздела;

1п d — толщина пленки Ai;

D — коэффициент диффузии Ti в Al.

Из выражений (1) и (2) находят коэффициент диффузии D.

Изобретние лозволяет определять коэффициенты диффузии при малой концентрации атомов примеси (0,1 — 0,01%) в металлических полупроводниковых и диэлектрических пленках малой толщины.

Способ измерения коэффициентов диффузии примесей в тонкие пленки, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона исследуемых веществ, измеряют изменение количества электричества, обусловленное внедрением атомов примеси в исследуемую пленку, и определяют коэф ф ициент диффузии электрохимическим путем.