Interactions of Thin Al Films with Ni–Cr Alloy and Bilayer Films Deposited on Si (1986)

Interactions of thin Al films with thin films of Ni–Cr alloys and Ni–Cr bilayers deposited on Si are studied using Auger electron spectroscopy and X-ray diffraction. For Al on the Ni–rich alloy Ni60Cr10 deposited on Si the as-deposited state is preserved after 30 min annealing at 400 °C apart from some interaction of the inner part of the alloy film with the substrate to form a nickel silicide layer; a heat treatment at 500 °C for 30 min results in a structure of Al3Ni/NiAl0.5Si0.5 + + CrSi2/NiSi/Si. However, for Al on the Cr-rich alloy Ni20Cr80 deposited on Si under similar conditions Al penetrates to the substrate interface forming a layer consisting of Ni, Si, and Al. The penetration can be prevented by preannealing at 500 °C the Ni20Cr80/Si sample prior to Al deposition — a treatment which results in a structure of CrSi2/NiSi/Si. For the multilayer structures of Al on Cr/Ni bilayer deposited on Si and Al on 500 °C preannealed Cr/Ni bilayer deposited on Si, which yields a structure of CrSi2/NiSi/Si, Al penetration to the substrate is observed after 500 °C anneal. On the other hand a similar heat treatment for Al on Ni/Cr bilayer deposited on Si results in the layered structure of Al3Ni/CrSi2/Si, and even after 30 min annealing at 600 °C no Al is found in the inner part of the CrSi2 layer. Aluminum permeation to the substrate is prevented for the Ni-rich alloy and for the case of Al/Ni/Cr/Si by the formation of an outer Al3Ni layer which consumes the available Al and acts as a sacrificial barrier. The good stability of Al on preannealed Ni20Cr80/Si is attributed to the presence of O or Ni in the adjacent CrSi2 layer which acts as a diffusion barrier. Mittels Augerelektronenspektroskopie und Röntgenbeugung werden Wechselwirkungen von dünnen Al-Schichten mit dünnen Schichten von Ni–Cr-Legierungen und Ni–Cr-Doppelschichten auf Si untersucht. Für Al auf einer Ni-reichen Ni60Cr40-Legierung, die auf Si aufgebracht wird, bleibt der ursprüngliche Zustand nach einer 30 minütigen Temperung bei 400 °C bis auf einige Wechselwirkungen des inneren Teils der Legierungsschicht mit dem Substrat unter Bildung einer Nickel-Silizidschicht erhalten; eine Wärmebehandlung bei 500 °C und 30 min führt zu einer Struktur von Al3Ni/NiAl0.5Si0.5 + CrSi2/NiSi/Si. Für Al jedoch auf einer Cr-reichen Ni20Cr8o-Legierung, aufgebracht auf Si unter ähnlichen Bedingungen, wandert Al zur Substratgrenzfläche und bildet eine Schicht aus Ni, Si und Al. Die Wanderung kann verhindert werden durch eine Vortemperung der Ni20Cr80/Si-Probe bei 500 °C vor der Al-Ablagerung — eine Behandlung, die zu einer Struktur von CrSi2/NiSi/Si führt. Für die Mehrschichtstrukturen von Al auf Cr/Ni-Doppelschichten auf Si und Al auf einer bei 500 °C vorgetemperten Cr/Ni-Doppelschicht auf Si. was zu einer Struktur von CrSi2/NiSi/Si führt, wird Al-Wanderung zum Substrat nach der 500 °C-Temperung beobachtet. Auf der anderen Seite führt eine ähnliche Warmebehandlung für Al auf Ni/Cr-Doppelschicht auf Si zu einer Schiehtstruktur von Al3Ni/CrSi2/Si und sogar nach einer 30 min Temperung bei 600 °C wird kein Al im inneren Teil der CrSi2-Schicht gefunden. Durchdringen von Al zum Substrat wird für die Ni-reiche Legierung und für den Fall des Al/Ni/Cr/Si durch die Bildung einer äußeren Al3Ni-Schicht verhindert, die das verfügbare Al verbraucht und alseine Opferbarriere wirkt. Die gute Stabilität von Al auf vorgetempertem Ni20Cr80/Si wird auf die Anwesenheit von O oder Ni in der benachbarten CrSi2-Schicht, die als Diffusions-barriere wirkt, zurückgeführt.