Окисление и травление тонких пленок рутения в кислородной плазме при низкой энергии ионов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии установлено, что окисление тонких пленок рутения в кислородной плазме с добавкой 5% инертных газов (Ar или Kr) происходит с образованием оксидного слоя RuO2. Обнаружено, что с увеличением энергии ионов от 20 до 140 эВ содержание кислорода в приповерхностном слое увеличивается от 60 до 70 ат. %. Скорость травления Ru также возрастала в несколько раз. Такая симбатная зависимость объясняется тем, что ионная бомбардировка поверхности стимулирует не только удаление слабосвязанных оксидов металла на поверхности, но также способствует их ускоренному образованию на поверхности. Лимитирующей стадией травления является удаление слаболетучих оксидов металла. Смещение пиков дублета Ru3d, изменение их относительной интенсивности в зависимости от энергии ионов, а также наличие обогащенного кислородом слоя на поверхности RuO2 свидетельствует о том, что в процессе плазменной обработки на поверхности может образоваться оксид RuO3.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. И. Амиров

Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: ildamirov@yandex.ru
Россия, Ярославль, 150067

Н. В. Алов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: ildamirov@yandex.ru
Россия, Москва, 119991

П. Ю. Шаранов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: ildamirov@yandex.ru
Россия, Москва, 119991

Т. В. Рахимова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: ildamirov@yandex.ru
Россия, Москва, 119991

Список литературы

  1. Kim S.K., Popovici M. // MRS Bull. 2018. V.40. P. 334-338. https://doi.org/10.1557/mrs.2018.95
  2. Koroleva A.A., Kuzmichev D.S., Kozodaev M.G., Zabrosaev I.V., Korostylev E.V., Markeev A.M. // Appl. Phys. Lett. 2023. V.122. P. 022905. https://doi.org/10.1063/5.0138218
  3. Kim S.E., Sung J.Y., Jeon J.D., Jang S.Y., Lee H.M., Moon S.M., Kang J.G., Lim H.J., Jung H.-S., Lee S.W. // Adv. Mater. Technol. 2023. V. 8. P. 2200878. https://doi.org/10.1002/admt.202200878
  4. Chernikova A.G., Lebedinskii Y.Y., Khakimov R.R., Markeev A.M. // Appl. Phys. Lett. 2023. V. 122. P. 021601. https://doi.org/10.1063/5.0132056
  5. Ezzat S.S., Mani P.D., Khaniya A., Kaden W., Gall D., Barmak K., Coffey K.R. // J. Vac. Sci. Technol. A. 2019. V. 37. P. 031516. https://doi.org/10.1116/1.5093494
  6. Paolillo S., Wan D., Lazzarino F., Rassoul N., Piumi D., Tőkei Z. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2018. V. 36. P. 03E103. https://doi.org/10.1116/1.5022283
  7. Decoster S., Camerotto E., Murdoch v, Kundu S., Le Q.T., Tőkei Z., Jurczak G., Lazzarino F. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2022. V. 40. P. 032802. https://doi.org/10.1116/6.0001791
  8. Over H. // Chem. Rev. 2012. V.112. P. 3356. https://doi.org/10.1021/cr200247n
  9. Hrbek J., van Campen D.G., Malik I.J. // J. Vac. Sci. Technol. A. 1995. V. 13. P. 1409. https://doi.org/org/10.1116/1.579573
  10. Blume R., Niehus H., Conrad H., Böttcher A., Aballe L., Gregoratti L., Barinov A., Kiskinova M. // J. Phys. Chem. 2005. V. 109. P. 14052. https://doi.org/10.1021/jp044175x
  11. Yunogami T., Nojiri K. // J. Vac. Sci. Technol. B. 2000. V. 18. P. 1911. https://doi.org/ 10.1116/1.1303812
  12. Hsu C.C., Coburn J.W., Graves D.B. // J. Vac. Sci. Technol. A. 2006. V. 24. P. 1. https://doi.org/10.1116/1.2121751
  13. Iwasaki Y., Izumi A., Tsurumaki H., Namiki A., Oizumi H., Nishiyama I. // Appl. Surf. Sci. 2007. V. 253. P. 8699. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2007.04.063
  14. Herd B., Goritzka J.C., Over H. // J. Phys. Chem. C. 2013. V. 117. P. 15148. https://doi.org/10.1021/jp404239y
  15. Ribera R.C., van de Kruijs R.W.E., Kokke S., Zoethout E., Yakshin A.E., Bijkerk F. // Appl. Phys. Lett. 2014. V. 105. P. 131601. https://doi.org/10.1063/1.4896993
  16. Herd B., Over H. // Surface Science. 2014. V. 622. P. 24. https://doi.org/10.1016/j.susc.2013.11.017
  17. Flege J.I., Herd B., Goritzka J., Over H., Krasovskii E.E., Falta J. // ACS Nano. 2015. V. 9. № 8. P. 8468. https://doi.org/10.1021/acsnano.5b03393
  18. Khaniya A., Ezzat S., Cumston Q., Coffey K.R., Kaden W.E. // Surf. Sci. Spectra. 2020. V. 27. P. 024009. https://doi.org/10.1116/6.0000172
  19. Diulus J.T., Tobler B., Osterwalder J., Novotny Z. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2021. V. 54. P. 244001. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abedfd
  20. Алов Н.В., Лазов М.А., Ищенко А.А. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия. М.: Изд-во МИТХТ, 2013. 68 с.
  21. Alov N.V. // Phys. Stat. Sol. C. 2015. V. 12. Р. 263. https://doi.org/10.1002/pssc.201400108
  22. Amirov I.I., Izyumov M.O., Naumov V.V., Gorlachev E.S. // J. Phys. D. 2021. V. 54. P. 06520. https://doi.org/10.1088/1361-6463/abc3ed
  23. Voloshin D., Rakhimova T., Kropotkin A., Amirov I., Izyumov M., Lopaev D., Zotovich A., Ziryanov S. // Plasma Sources Sci. Technol. 2023. V. 32. P. 044001. https://doi.org/10.1088/1361-6595/acc355
  24. Krishna D.N.G., Philip J. // Appl. Surf. Sci. Adv. 2022. V. 12. P. 100332. https://doi.org/10.1016/j.apsadv.2022.100332
  25. Amirov I.I., Selyukov R.V., Naumov V.V., Gorlachev E.S. // Russ. Microelectronics. 2021. V. 50. P. 1. https://doi.org/10.1134/S106373972101003026
  26. Kanarik K.J., Tan S., Gottscho R.A. // J. Phys. Chem. Lett. 2018. V. 9. P. 4814. https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b00997

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. РФЭ-спектры уровней Ru3d поверхности исходной пленки с естественным оксидным слоем рутения (1) и после очистки ее с помощью бомбардировки ионным пучком аргона (2).

Скачать (123KB)
Метаданные
3. Рис. 2. РФЭ-спектры уровня Ru3d чистой поверхности Ru (1) и после воздействия плазмы O2 + 5% Kr при энергии ионов ~40 эВ в течение 360 с (2).

Скачать (120KB)
Метаданные
4. Рис. 3. РФЭ-спектры уровней Ru3d поверхности пленки Ru, обработанной в плазме O2 + 5% Kr при энергии 20 эВ в течение 120 (1) и 480 с (2).

Скачать (116KB)
Метаданные
5. Рис. 4. РФЭ-спектры уровней Ru3d поверхности пленки Ru, обработанной в плазме O2 + 5% Kr в течение 240 c при энергии 150 (1), 100 (2) и 60 эВ (3).

Скачать (145KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость содержания кислорода в пленке (1) и скорости травления Ru в плазме O2 + 5% Ar (2) и O2 + 5% Kr (3) от энергии бомбардирующих ионов.

Скачать (110KB)
Метаданные
7. Рис. 6. РЭМ-изображение поверхности пленки Ru после травления в плазме О2 + 5% Kr при Uсм = 130 эВ в течение 240 с (а) и 30 эВ в течение 360 с (б).

Скачать (910KB)
Метаданные

© Институт физики твердого тела РАН, Российская академия наук, 2024