Pt/Ti/Si三元固相反应生长PtSi过程的实验研究

采用离子溅射方法在硅衬底上淀积Pt/Ti/Si多层结构,研究了不同退火温度(500℃和800℃)、相同退火时间(30 min)固相反应形成PtSi薄膜的工艺.通过XRD、AES等测试方法,研究了原子的互扩散和反应过程.结果表明,在500℃退火时,由于Pt-Ti-O-Si过渡层的存在,使得Pt和Si反应不够充分,生成物中有部分Pt2Si存在,而800℃退火时,由于过渡层Ti与Si反应生成TiSi2,消耗了大量的Si,使得Pt与Si反应也不够充分.根据上述实验,给出了Pt/Ti/Si三元固相反应在不同退火温度下应采取的工艺务件.     

基于掠入射X射线反射谱的Mo/Si多层膜扩散系数测量

测量了Mo/Si多层膜在250℃下经历不同时间退火后的掠入射X射线反射谱,从中提取出特定级次衍射峰在退火过程中的相对移位,通过布拉格公式拟合,得到了Mo/Si多层膜周期厚度皮米级别的相对变化。采用扩散控制模型来描述Mo/Si多层膜界面扩散,界面厚度的平方随时间线性增加,由此拟合得到Mo和Si间的扩散系数为0.33×10-22 cm2/s。采用四层模型,对掠入射X射线反射谱进行全谱拟合,得到了Mo,Si和扩散层MoSi2的密度分别为9.3,2.5和5.4g/cm3,据此对Mo和Si间扩散系数进行修正,最终得到在250℃下,Mo/Si多层膜中Mo和Si间的扩散系数为1.88×10-22 cm2/s,从而为研究Mo/Si多层膜的热稳定性提供了定量依据。     

W阻挡层对Al/TiSi_2/Si接触系统热稳定性的影响

用X射线衍射及I—V测量技术研究了W在Al/TiSi_2/Si接触系统中的作用,并与不加W阻挡层的情况作了比较。热稳定性的研究表明:在高达100℃退火时,W阻挡层能够阻止Al与TiSi_2的完全反应。对Al/W/TiSi_2/Si接触二极管的I—V测试表明,在480℃以内退火,势垒高度变化不大。当退火温度达500℃时,Si通过TiSi_2层扩散至W阻挡层而使之失效.     

Pt层对Ni/Si(100)固相反应NiSi薄膜高温稳定性的增强效应

研究了顺次淀积在Si(100)衬底上的Ni/Pt和Pt/Ni的固相硅化反应．研究发现,当1nm Pt作为中间层或覆盖层加入Ni/Si体系中时,延缓了NiSi向NiSi2的转变,相变温度提高．对于这种双层薄膜体系,800℃退火后,XRD测试未检测到NiSi2相存在;850℃退火后的薄膜仍有一些NiSi衍射峰存在．800℃退火后的薄膜呈现较低的电阻率,在23—25μΩ*cm范围．上述薄膜较Ni/Si直接反应生成膜的热稳定性提高了100℃以上．这有利于NiSi薄膜材料在Si基器件制造中的应用．     

C/Al软X射线多层膜反射镜

在λ=285nm波长处,选择了一种新的多层膜材料对C／Al。与Mo／Si,C／Si软X射线多层膜相比,正入射C／Al多层膜在150nm附近有很低的二级衍射峰。用磁控溅射法制备了C／Al软X射线多层膜样品,并用X射线小角衍射法对其结构进行了测试。     

Si间隔层对Al(1wt.%Si)/Zr极紫外多层膜热稳定的作用研究

为了提升Al/Zr多层膜的热稳定性,采用直流磁控溅射方法制备了18个带有不同厚度Si间隔层的Al(1 wt.%Si)/Zr多层膜,并将这些样品分别进行了不同温度(100~500 ℃)的真空退火,退火时间为1 h.利用X射线掠入射反射(GIXR)和X射线衍射(XRD)的方法来研究Si间隔层对Al/Zr多层膜热稳定性的作用.GIXR测量结果表明:随着Si间隔层厚度的增大,Al膜层的粗糙度减小,而Zr膜层的粗糙度增大;XRD测量结果表明:Al和Zr膜层粗糙度的变化是由于退火后膜层中晶粒尺寸不同造成的.相比于没有Si间隔层的Al/Zr多层膜,引入厚度为0.6 nm的Si间隔层可以有效提升Al/Zr多层膜的热稳定性.     

Pt层对Ni/Si(100)固相反应NiSi薄膜高温稳定性的增强效应

研究了顺次淀积在 Si (10 0 )衬底上的 Ni/ Pt和 Pt/ Ni的固相硅化反应 .研究发现 ,当 1nm Pt作为中间层或覆盖层加入 Ni/ Si体系中时 ,延缓了 Ni Si向 Ni Si2 的转变 ,相变温度提高 .对于这种双层薄膜体系 ,80 0℃退火后 ,XRD测试未检测到 Ni Si2 相存在 ;85 0℃退火后的薄膜仍有一些 Ni Si衍射峰存在 . 80 0℃退火后的薄膜呈现较低的电阻率 ,在 2 3— 2 5 μΩ· cm范围 .上述薄膜较 Ni/ Si直接反应生成膜的热稳定性提高了 10 0℃以上 .这有利于Ni Si薄膜材料在 Si基器件制造中的应用 .     

不同底层对CoFeB/Pt多层膜垂直磁各向异性的影响研究

采用磁控溅射方法在玻璃基片上制备了以Ru,Cu,Pt和Ta为底层的Co Fe B/Pt多层膜样品,研究了各底层对Co Fe B/Pt多层膜的反常霍尔效应的影响。发现Ru和Cu作为Co Fe B/Pt多层膜的底层在保持样品的垂直磁各向异性方面的作用远不如Pt和Ta底层,而且样品的霍尔电阻比Pt和Ta做底层要小。Ta作为Co Fe B/Pt多层膜的底层与Pt作为底层相比能够更好地和多层膜晶格匹配,并且在400℃退火后反常霍尔效应得到增强。霍尔电阻提高近80%,矫顽力达到了5.7×10~3 A·m~(–1),有望作为垂直自由层应用到磁隧道结构中。     

金属/n型AlGaN欧姆接触

用传输线模型对n型AlGaN(n-AlGaN)上Au/Pt/Al/Ti多金属层欧姆接触进行了接触电阻率的测量.在850℃退火5min后,测得欧姆接触电阻率达1.6×10-4Ω·cm2.经X射线衍射分析,Au/Pt/Al/Ti/n-AlGaN界面固相反应得出在500℃以上退火过程中,AlGaN层中N原子向外扩散,在AlGaN表面附近形成n型重掺杂层,导致欧姆接触电阻率下降;随退火温度的升高,N原子外扩散加剧,到800℃以上退火在Au/Pt/Al/Ti/n-AlGaN界面形成Ti2N相,导致欧姆接触电阻率进一步下降.     

金属/n型AlGaN欧姆接触

用传输线模型对n型AlGaN(n-AlGaN)上Au/Pt/Al/Ti多金属层欧姆接触进行了接触电阻率的测量.在850℃退火5min后,测得欧姆接触电阻率达1.6×10-4Ω·cm2.经X射线衍射分析,Au/Pt/Al/Ti/n-AlGaN界面固相反应得出在500℃以上退火过程中,AlGaN层中N原子向外扩散,在AlGaN表面附近形成n型重掺杂层,导致欧姆接触电阻率下降;随退火温度的升高,N原子外扩散加剧,到800℃以上退火在Au/Pt/Al/Ti/n-AlGaN界面形成Ti2N相,导致欧姆接触电阻率进一步下降.     

Pd/W/Si(111)多层膜形成硅化物的研究

本文对 Pd/W/Si(111)多层膜系统在稳定退火条件下形成硅化物作了研究.实验结果表明,富Pd组分的多层膜对WSi_x的晶化有明显的诱导作用.多层膜中单层膜厚的增加减弱了诱导晶化作用.利用多层膜可模拟共淀积多元膜,实现硅化物的浅接触.     

极紫外光刻照明系统宽带Mo/Si多层膜设计与制备

针对极紫外光刻照明系统中一块小尺寸反射镜大入射角带宽的需求,采用Si层有效厚度与公转速度关系式和多层膜周期厚度与公转速度关系式,完成了宽带Mo/Si多层膜设计膜系的制备工作。在磁控溅射镀膜机上制备了一系列不同周期厚度和G值(Mo层厚度与多层膜周期厚度的比值)的Mo/Si多层膜规整膜系,并利用掠入射X射线反射谱表征,分别得到多层膜周期厚度、Mo层有效厚度和Si层有效厚度与公转速度的关系式以及多层膜界面粗糙度。采用Levenberg-Marquardt算法完成了宽带膜系设计,设计结果为在16.8°~24.8°范围内R=42%±1%。根据Mo/Si多层膜周期厚度和Si层有效厚度与公转速度的对应关系制备所设计的膜系,并对其极紫外波段反射率进行测量,实验结果为在16.8°~24.8°范围内R=41.2%~43.0%,实验结果与设计结果吻合得很好,进一步的制备误差反演分析表明实验结果与设计结果之间的细微偏差主要来自Mo/Si多层膜G值及界面粗糙度标定过程中的系统误差。     

Ge/Si(001)多层纳米岛材料的快速热退火特性

通过X射线双晶衍射、光致发光谱等手段,系统研究了Ge/Si(001)多层纳米岛材料的快速热退火特性.研究表明:退火过程中纳米岛区的Ge/Si原子互扩散作用比浸润层区强烈;并且随着退火时间增加,这种互扩散作用加大,晶体质量下降,影响材料性能.而在800℃退火12s,材料保持了较小的Ge/Si原子互扩散水平和较高的晶体质量,并且经硼离子注入后的样品在这一条件退火后,超过50%的杂质原子可被激活.     

Ge/Si(001)多层纳米岛材料的快速热退火特性

通过X射线双晶衍射、光致发光谱等手段,系统研究了Ge/Si(001)多层纳米岛材料的快速热退火特性.研究表明:退火过程中纳米岛区的Ge/Si原子互扩散作用比浸润层区强烈;并且随着退火时间增加,这种互扩散作用加大,晶体质量下降,影响材料性能.而在800℃退火12s,材料保持了较小的Ge/Si原子互扩散水平和较高的晶体质量,并且经硼离子注入后的样品在这一条件退火后,超过50%的杂质原子可被激活.     

Ni(W)Si/Si肖特基势垒二极管电学特性研究

首次提出在Ni中掺入夹层W的方法来提高NiSi的热稳定性。具有此结构的薄膜,经600~800℃快速热退火后,薄层电阻保持较低值,小于2Ω/。经Raman光谱分析表明,薄膜中只存在NiSi相,而没有NiSi2生成。Ni(W)Si的薄层电阻由低阻转变为高阻的温度在800℃以上,比没有掺W的镍硅化物转变温度的上限提高了100℃。Ni(W)Si/Si肖特基势垒二极管能够经受650~800℃不同温度的快速热退火,肖特基接触特性良好,肖特基势垒高度为0.65 eV,理想因子接近于1。     

不同退火温度下Mo/4H-SiC肖特基接触势垒不均匀及XRD分析北大核心

为探究退火温度对Mo/4H-SiC肖特基接触势垒不均匀程度的影响,对在不同退火温度下形成的Mo/4H-SiC肖特基接触进行了不同测试温度下的电流-电压（I-V）及电容-电压（CV）测试,运用Tung理论模型和＂T0反常＂中的T0值评价势垒不均匀程度,X射线衍射（XRD）分析肖特基接触的物相组成。分析结果表明,测试温度升高时I-V测试提取的势垒高度接近于C-V测试提取的势垒高度,退火温度500℃及以上时Mo与4H-SiC发生反应,且导致较低的势垒高度。退火温度为600℃时,肖特基接触具有最低的势垒不均匀程度,且此退火温度下势垒高度相对500℃及700℃时较高,物相组成为Mo2C及Mo4.8Si3C0.6。     

Ge/Si(001)多层纳米岛材料的快速热退火特性

通过X射线双晶衍射、光致发光谱等手段，系统研究了Ge/Si(001)多层纳米岛材料的快速热退火特性. 研究表明：退火过程中纳米岛区的Ge/Si原子互扩散作用比浸润层区强烈；并且随着退火时间增加，这种互扩散作用加大，晶体质量下降，影响材料性能. 而在800℃退火12s，材料保持了较小的Ge/Si原子互扩散水平和较高的晶体质量，并且经硼离子注入后的样品在这一条件退火后，超过50%的杂质原子可被激活.     

不同退火过程对紫外HfO2/SiO2,Y2O3/SiO2多层膜性能的影响

采用直升式和阶梯式加热法对电子束热蒸发镀制出的HfO2/SiO2,Y2O3/SiO2多层膜进行了400℃的退火处理,发现采用阶梯式加热法退火后多层膜在190～300 nm范围内的峰值反射率均得到提高,说明此种后处理方法可能会改善膜层在紫外波段的光学性能.再对HfO2,Y2O3的单层膜进行相应的退火处理,发现退火后HfO2膜层的物理厚度减小从而发生监移现象;直升式退火使Y2O3膜层的折射率变小引起蓝移.阶梯式退火使得Y2O3膜层的物理厚度减小引起蓝移.对退火前后样品的微结构进行X射线衍射(XRD)法测量发现,退火可以使材料进行品化,并且采用直升式加热法后材料的结晶度更大,从而膜内散射变大,会引起膜层反射率的轻微降低.     

Ni(W)Si/Si肖特基势垒二极管电学特性研究

文中首次提出在Ni中掺入夹层W的方法来提高NiSi的热稳定性。具有此结构的薄膜,经600℃～800℃快速热退火后,薄层电阻保持较低值,小于2Ω/□。经Raman光谱分析表明,薄膜中只存在NiSi相,而没有NiSi2生成。Ni(W)Si的薄层电阻由低阻转变为高阻的温度在800℃以上,比没有掺W的镍硅化物的转变温度的上限提高了100℃。Ni(W)Si/Si肖特基势垒二极管能够经受650℃～800℃不同温度的快速热退火,肖特基接触特性良好,肖特基势垒高度为0.65eV,理想因子接近于1。     

C~+注入Si形成SiC/Si异质结构的椭偏光谱

用椭偏光谱法测量了 ( 35ke V,1 .0× 1 0 18cm- 2 )和 ( 65ke V,1 .0× 1 0 18cm- 2 ) C+ 注入 Si形成的 Si C/Si异质结构 .应用多层介质膜模型和有效介质近似 ,分析了这些样品的 Si C/Si异质结构的各层厚度及主要成份 .研究结果表明 :注 35ke V C+ 的样品在经 1 2 0 0℃、2 h退火后形成的 Si C/Si异质结构 ,其β- Si C埋层上存在一粗糙表面层 ,粗糙表面层主要由β- Si C、非晶 Si和 Si O2 组成 ,而且 β- Si C埋层与体硅界面不同于粗糙表面层与 β- Si C埋层界面 ;注 65ke V C+的样品在经1 2 50℃、1 0 h退火后形成的 Si C/Si异质结构 ,其表层 Si是较