SU1114246A1 - Способ получени тонких магнитных пленок в полупроводниках - Google Patents
Способ получени тонких магнитных пленок в полупроводниках Download PDFInfo
- Publication number
- SU1114246A1 SU1114246A1 SU823495290A SU3495290A SU1114246A1 SU 1114246 A1 SU1114246 A1 SU 1114246A1 SU 823495290 A SU823495290 A SU 823495290A SU 3495290 A SU3495290 A SU 3495290A SU 1114246 A1 SU1114246 A1 SU 1114246A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- ion
- magnetic
- semiconductor
- magnetic film
- semiconductors
- Prior art date
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 4
- -1 ion ion Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 23
- 101710112672 Probable tape measure protein Proteins 0.000 description 19
- 101710204224 Tape measure protein Proteins 0.000 description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 19
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000010849 ion bombardment Methods 0.000 description 4
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 2
- 235000003801 Castanea crenata Nutrition 0.000 description 1
- 244000209117 Castanea crenata Species 0.000 description 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- FINHMKGKINIASC-UHFFFAOYSA-N Tetramethylpyrazine Chemical compound CC1=NC(C)=C(C)N=C1C FINHMKGKINIASC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000002003 electron diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005350 ferromagnetic resonance Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, включающий введение атомов магнитных элементов с применением ионных пучков , отличающийс тем, что, с целью повышени механической прочности, твердости, химической стойкости и адгезии магнитной пленки к полупроводнику, бомбардировку полупроводника осуществл ют ионами магнитных элементов с энергией 10500 кэВ, дозой облучени , определ емой из соотношени D - п-
Description
Изобретение относитс к технологии получени тонких магнитных пленок (тип) на полупроводниковых подложках т.е. пленск, имеющих толщину- ЮО нм и может быть использовано в области микроэлектроники дл изготовлени управл емых магнитных приборов.
Известен способ получени ТИП путем вакуумного напылени , электролитического осаждени или термического разложени на нагретой поверхности подложки 1 J .
Недостатками способа вл етс плоха твердость и прочность пленок. Наиболее близким к изобретению вл етс способ получени тонких магнитных пленок в полупроводниках, включающий введение атомов магнитных элементов с применением ионных пучков 2. Суть его заключаетс в еледующем: поверхность катода, выполненного из материала формируемой магнитной пленки, например, железа, помещенного в специальную камеру, подвергают интенсивной ионной бомбардировке (обычно ионами инертных газов) в результате чего из катода выбиваютс атомы, которые осаждаютс на полупроводниковую подложку, например на
кремний, и формируют ТМП.
I
Недостатками способа катодного
распылени вл етс то, что получение ТМП характеризуютс низкой механической прочностью и твердостью. Например , твердость ТМП, полученных на основе чистого железа не превышает 4-5 единиц по Моссу, что затрудн ет механическую чистку и применение их в жестких эксплуатационных услови х. Далее, будучи расположенными после напылени непосредственно на поверхности полупроводниковой подложки, такие пленки (особенно на основе железа ) подвержены сильному химическому воздействию окружающей среды, в частности , окислению кислородом воздуха, что ухудшает магнитные свойства пленок и не допускает применени их в атмосфере, содержащей даже малые концентрации кислот и щелочей. И, наконец , способ катодного, распылени дл получени ТМП на полупроводниковой подложке- не обеспечивает требуемые величины адгезии (сцеплени ) пленки к подложке. Это объ сн етс тем, что из-за малой величины энергии (Е 2 21000 эВ) распьт емых атомов в спбсобе катодного распьшени , они практически осаждаютс непосредственно на поверхности полупроводниковой подложки , не г1„.-оника вглубь, в результате чего граница раздела 2-х разнородных сред пленка - подложка получаетс рекой , т.е. без переходной области,что и преп тствует получению хорошей адгезии .
Цель изобретени - повышение механической прочности, твердости, химической стоГжости и адгезии магнитной пленки к полупроводнику.
Цель достигаетс тем, что в способе получени тонких магнитных пленок в полупроводниках, включающем введение атомов магнитных элементов с применением ионных пучков,- бомбардировк полупроводника осуществл ют ионами магнитных элементов с энергией 10500 кэВ, дозой облучени , определ емой из соотношени С - п- с) , где П - концентраци атомов в материале тонкой магнитной пленки и J - заданна толщина тонкой магнитной пленки, при плотности ионного тока, лежащей в диапазоне 6 .Ю ион/см с, а также тем, что бомбардировку кремни производ т ионами железа с энергией Е 10-40 кэБ и дозой ,810-2 ,4 -Ю при плотности ионного тока j 6102-6-103 .. с дл магнитных пленок толщиной 2030 нм, также тем, что дл повьш1ени намагниченности насьш ени и расширени диапазона рабочих температур,полученную структуру с магнитной пленкой дополнительно отжигают при температуре 500i50°C в вакууме или в потоке сухого азота в течение 1030 мин.
При указанных режимах внедрени ионов ТМП формируетс на некоторой глубине от поверхности полупроводниковой подложки, т.е. представл ет собой захороненньш слой, защищенный сверху тонким слоем исходного полупроводника . В результате, механическа твердость и химическа стойкость полученной ТМП определ ютс , по существу , материалом подложки, например кремнием, который по этим параметрам существенно превосходит тонкие пленки Fe, Со, Ni.
Оптимально решаетс в этом случае и вопрос о повьшении адгезии. В предлагаемом способе в о -личие от известных ТМП формируетс , как уже отмечалось , не на поверхности, а внут- , ри подложки и с плавными переходами по составу и свойствам от подложки к пленке, т.е. без резких границ раздела между разнородными средами пленка-подложка; Благодар этому реа лизуетс максимально возможна адгези ТМП с полупроводниковой подложкой . Конкретные значени или интервалы допустимых изменений параметров (E,D,y), определ ющих режимы ионной имплантации, вытекают из необходимости выполнени следующих основных условий зарождени и роста ТМП задан ной толщины и в заданной области внутри полупроводника: наличи достаточного количества ферромагнитных атомов в заданной области формировани ТМП, наличи центров преципитации (вьтадени в осадок) внедренной примеси в заданной области формировани ТМП мала растворимость атомов материала ТМП в подложке. Всем этим услови м удовлетвор ет бомбардировка полупроводников (например . Si или Ge) ионами магнитных элементов, например железа, кобальта никел , дл которых предел растворимости не превышает 3-10 см-. При этом центрами преципитации вл ютс микропоры, образукнциес при указанны режимах ионной бомбардировки (E,0,j) в приповерхностном слое полупроводника . Режимы ионной бомбардировки определ ютс из следующих соображений. Энерги иона Б определ ет величину его среднего проекционного пробега и среднеквадратичного отклонени лКр которые, в свою очередь, опре .дел ют глубину залегани пленки, ее ,толщину, а также толщину верхнего за щитного сло . Причем сверху энерги иона, в принципе, не ограничена. Однако учитьша типовые характеристи ки используемьпс ионных ускорителей, энергию иона Е можно ограничить свер ху величиной 500 кэБ. Ограничение снизу величиной кэБ св зано с тем, что при дальнейшем уменьшении Е уже не удаетс получить качественный защитный слой из материала .подложки над сформированной пленкой ТМП. Доза облучени определ етс необходимым количеством атомов материала ТМП, чтобы обеспечить формирование магнитной пленки заданной толщины. Поскольку на практике толщина ТМП вл етс варьируемым параметром, то необходима доза облучени также не может быть фиксированной величиной и определ етс из соотношени D п. d ( ион/см) которое непосредственно вытекает из указанного выше услови . - Плотность тока в ионном пучке j определ ет, с одной стороны, скорость генерации и накоплени радиационных дефектов с образованием, в конечном счете, микропор - центров преципитации внедренной примеси. С другой стороны, при увеличении j вьше некоторой величины, степень радиационного нагрева становитс столь значительной , что температура облучаемой поверхности полупроводника превьш1ает температуру отжига Т радиационных дефектов. В результате этого происходит их эффективный отжиг непосредственно в процессе-бомбардировки,что преп тствует образованию в бомбардируемом слое микропор, т.е. не выполн етс второе необходимое условие формировани ТМП. В св зи с этим на величину j накладываетс - ограничение сверху. Экспериментально было уста-, новлено, что дл большинства используемых на практике полупроводниковых подложек (Si, G, (aAs, InSb, CdTe и др.) максимальное значение плотности ««иного тока не должно превьшать 6 Х10 ион/см, с. Ионнай бомбардировка с малой плотностью ионного тока практически не сказываетс на магнитных характеристиках ТМП. Однако при этом достижени необходимой .дозы необоснованно увеличиваетс врем облучени . Поэтому целесообразно ограничить минимальную плотность ионного тока величиной бтЮ ион/см «с. Известно, что дл кристаллически упор доченных магнетиков температура. Кюри и намагниченность насыщени значительно . вьш1е, чем в неупор доченных или аморфных магнетиках. Поэтому, термический отжиг ионноимплантированных образцов, привод щий к отжигу различных дефектов и упор дочению структуры, ведет к улучшению магнитных характеристик пленок. Дл кремни отжиг радиационных дефектов, в зависимости от их сложности происходит в интервале температур от 100 до в течение 10 мин. Однако как показа:
ли исследовани , при высоких температурах (выше 550 С) нар ду с отжи- i гом дефектов начинаетс распад образовавшейс ферромагнитной пленки. Исход из сказанного, температура отжига дл ТИП на основе кремни выбрана 500i50°C. Экспериментально определенное минимальное врем отжига ТИП при данной температуре составило 10 мин. Увеличение времени отжига не вли ло на магнитные характеристики ТМП. Однако исход из экономии времени отжига и уменьшени трудоемкости процесса, верхний предел установлен равным 30 мин.
Пример. Дл получени магнитной пленки на основе железа подложку в виде монокристаллического кремни бомбардируют на ускорителе ИЛУ-3 ионами Fe с -энергией кэВ, дозой ,4-10 Fe/см, плотностью потока ионов j 6-10 Fe . Температура за счет радиационного нагрева при этом не превышала . Методами ферромагнитного резонанса, электронографии, электронной микроскопии и дифференциапьного термомагнитного анализа было подтверждено образование фер ромагнитной пленки со следующими основными характеристиками: намагниченность насыщени 411 М 4800 Гс, толщина ТМПЗ 50 нм,
температура Кюри Т 310°С, толщина защитной пленки d .- 10 нм.
После дополнительного термического отжига данного образца . 430 С в течение 30 мин намагниченность насьш;ени возросла до 4 и M, 8100 Гс, температура Кюри увеличилась доТ| .
Таким образом, использу метод ионной бомбардировки, можно на одной полупроводниковой пластине в едином технологическом цикле сформировать как чисто, полупроводниковые, так и магнитные элементы микроэлектроники. Полученные пленки характеризуютс повышенной механической прочностью, твердостью и химической стойкостью, а также максимальной адгезией к подложке по сравнению с ТМП, полученным по известному способу (смотри таблицу сравнительных данных). Благодар специфике образовани ТМП - она формируетс внутри полупроводника исключаетс возможность взаимодействи ее с остаточнымИ газами в камере ускорител и с внешней окружающей средой в процессе эксплуатации (например , ТМП на основе железа в кремнии выдерживали многочасовое нахождение непосредственно в концентрированных кислотах HCt, без изменени своих свойств).
Claims (3)
1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКИХ МАГНИТНЫХ ПЛЕНОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ, включающий введение атомов магнитных элементов с применением ионных пучков, отличающийся тем, что, с целью повышения механической прочности, твердости, химической стойкости и адгезии магнитной пленки к полупроводнику, бомбардировку по лупроводника осуществляют ионами магнитных элементов с энергией 10500 кэВ, дозой облучения, определяемой из соотношения D - п· <3 , где Г»· концентрация атомов в материале тонкой магнитной пленки и d - заданная толщина тонкой магнитной пленки при плотности ионного т*ока, лежащей в диапазоне 6 >10 ,2-6 >-10 13 ион/см2 «с.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что бомбардировку кремния производят ионами железа с энергией Ε=10-4Ό кэВ и дозой Д=1,8» < 10,г-2,4 Ί0.17 Бе+/см2 при плотности ионного тока j =6'10 ,2-6 >10 13 Fe+/ Λ /см2 * с для магнитных пленок толщиной S 20-30 нм. 1^
3. Способ по п.1, отличаю- Λ щ и й с я тем, что, с целью повышения намагниченности насыщения и рас- I ширения диапазона рабочих температур, 3 полученную структуру с магнитной пленкой дополнительно отжигают при температуре 500±50^С в вакууме или потоке сухого, азота в течение 1030 мин.
I
1 1 14246
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU823495290A SU1114246A1 (ru) | 1982-07-23 | 1982-07-23 | Способ получени тонких магнитных пленок в полупроводниках |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU823495290A SU1114246A1 (ru) | 1982-07-23 | 1982-07-23 | Способ получени тонких магнитных пленок в полупроводниках |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1114246A1 true SU1114246A1 (ru) | 1985-06-30 |
Family
ID=21030426
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU823495290A SU1114246A1 (ru) | 1982-07-23 | 1982-07-23 | Способ получени тонких магнитных пленок в полупроводниках |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1114246A1 (ru) |
-
1982
- 1982-07-23 SU SU823495290A patent/SU1114246A1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Праттон М. Тонкие ферромагнитные пленки. М., Судостроение, 1967,с. 29-35. 2. Майселл Л.И. Нанесение тонких пленок катодным распьшением, в книге Физика тонких пленок, под ред. Г.Хасса и Р.Туна, М., Мир, 1968,с. 58-134 (прототип). * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sugita et al. | Magnetic and Mössbauer studies of single‐crystal Fe16N2 and Fe‐N martensite films epitaxially grown by molecular beam epitaxy | |
| Chand et al. | Significant improvement in crystalline quality of molecular beam epitaxially grown GaAs on Si (100) by rapid thermal annealing | |
| JP3085272B2 (ja) | 炭化けい素半導体装置の熱酸化膜形成方法 | |
| Ortiz et al. | Epitaxial Fe16N2 films grown by sputtering | |
| Smits et al. | Evidence for microstructural inhomogeneity in sputtered Co‐Cr thin films | |
| JPH0157488B2 (ru) | ||
| JPH02212320A (ja) | 高い磁性を有する窒化鉄の製造方法 | |
| SU1114246A1 (ru) | Способ получени тонких магнитных пленок в полупроводниках | |
| US4925700A (en) | Process for fabricating high density disc storage device | |
| Niihara et al. | Perpendicular magnetic anisotropy of Tb‐Co amorphous films sputtered in H2‐added Ar gas | |
| Tuppen et al. | The effects of different implantation and annealing temperatures on the structural and chemical properties of high dose oxygen-ion-implanted silicon | |
| Kester et al. | Ion beam assisted deposition of cubic boron nitride thin films | |
| Yang et al. | Effect of annealing atmosphere on physical characteristics and photoluminescence properties of nitrogen-implanted ZnO thin films | |
| Servidori et al. | Transmission electron microscopy observations of low-temperature ion implanted (100) silicon | |
| Capelletti et al. | Phase formation and stability of N+ implanted SiC thin films | |
| Terai et al. | Enhancement of 1.54 µm Photoluminescence in β-FeSi2 by Surface Oxidation | |
| Mynbaeva et al. | Semi-insulating silicon carbide layers obtained by diffusion of vanadium into porous 4 H-SiC | |
| Ensinger et al. | Formation of silicon nitride layers by nitrogen ion irradiation of silicon biased to a high voltage in an electron cyclotron resonance microwave plasma | |
| von Münch et al. | Production of β-SiC buffer layers for CVD diamond thin films by ion implantation | |
| Kakemoto et al. | Structural and optical properties of β-FeSi2/Si (100) prepared by laser ablation method | |
| Atanasov et al. | Pulsed laser deposition of Mn-Zn ferrite thin films | |
| US20030209189A1 (en) | Magnetic material and method for preparation thereof | |
| Kasper et al. | Molecular beam epitaxy of silicon, silicon alloys, and metals | |
| Pandey et al. | Preparation and characterization of Fe4N thin film deposited by high power impulse magnetron sputtering | |
| Funk et al. | Magnetic Characterization of a Mn Based Ferromagnet on SixGe (1-xy) Sny with High Sn Content |