Микроэлектроника, 2024, № 3

Российская академия наук
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
Том 53    № 3    2024    Май–Июнь
Основан в 1972 г. 
Выходит 6 раз в год 
ISSN 0544-1269
Журнал издается под руководством
Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН
Главный редактор
Г.Я. Красников
Редакционная коллегия:
И.И. Абрамов, М.Р. Бакланов, А.А. Бухараев,
А.А. Горбацевич, Е.С. Горнев, Ф.Ф. Комаров, 
В.Ф. Лукичев (заместитель главного редактора), П.П. Мальцев, 
И.Г. Неизвестный (заместитель главного редактора),
В.П. Попов, Д.В. Рощупкин, 
К.В. Руденко (ответственный секретарь), 
А.С. Сигов, М.Н. Стриханов, Р.А. Сурис, 
Ю.А. Чаплыгин, В.А. Шахнов 
Зав. редакцией Е.В. Есина
Адрес редакции: 117218 Москва, Нахимовский проспект, 36, корп. 1, ФТИАН 
Тел. 8-499-129-54-46
ponomareval@mail.ru
Москва
ФГБУ «Издательство «Наука»
© Российская академия наук, 2024
© Редколлегия журнала “Микроэлектроника” 
     (составитель), 2024

СОДЕРЖАНИЕ
Том 53, номер 3, 2024 
ДИАГНОСТИКА
Комплексное исследование неравномерности свойств тонкопленочного катода LiCoO2, 
изготовленного методом ВЧ-магнетронного распыления
С. В. Курбатов, А. С. Рудый, В. В. Наумов, А. А. Мироненко, О. В. Савенко, 
М. А. Смирнова, Л. А. Мазалецкий, Д. Э. Пухов
189
Влияние добавки водорода на электрофизические параметры 
и спектры излучения плазмы тетрафторметана
Д. Б. Мурин, А. Ю. Граждян, И. А. Чесноков, И. А. Гогулев
206
МОДЕЛИРОВАНИЕ
Тепловое моделирование и оптимизация топологии GaN интегральной схемы полумоста 
с драйвером управления и силовыми транзисторами
В. А. Кагадей, И. Ю. Кодорова, Е. С. Полынцев
212
Моделирование кремниевых полевых конических GAA-нанотранзисторов 
со стековым SiO2/HfO2 подзатворным диэлектриком
Н. В. Масальский
222
Кинетика электромиграционного массопереноса в интерфейсных элементах 
микро- и наноэлектроники в зависимости от прочности тонкопленочных соединений
Т. М. Махвиладзе, М. Е. Сарычев
232
ПАМЯТЬ
Структура и формирование энергонезависимых ячеек памяти SuperFlash
Д. А. Абдуллаев, Е. В. Боброва, Р. А. Милованов
243
ПРИБОРЫ
Разработка приборной структуры Ge-МДПТ с индукцированным каналом p-типа
Н. А. Алябина, Е. А. Архипова, Ю. Н. Бузынин, С. А. Денисов, А. В. Здоровейщев, 
А. М. Титова, В. Ю. Чалков, В. Г. Шенгуров
259
Анализ механизмов рассеяния носителей в AlN/GaN HEMT-гетероструктурах
с ультратонким AlN барьером
А. С. Гусев, А. О. Султанов, А. В. Катков, С. М. Рындя, Н. В. Сигловая, 
А. Н. Клочков, Р. В. Рыжук, Н. И. Каргин, Д. П. Борисенко
265
Влияние лазерного излучения на функциональные свойства приборных МОП-структур
С. Ш. Рехвиашвили, Д. С. Гаев
274

CONTENTS
No 3, 2024 
DIAGNOSTICS
A comprehensive study of nonuniformity properties of the LiCoO2 thin-film cathode fabricated 
by RF sputtering
S. V. Kurbatov, A. S. Rudy, V. V. Naumov, A. A. Mironenko, O. V. Savenko, 
M. A. Smirnova, L. A. Mazaletsky, D. E. Pukhov
189
Influence of Hydrogen Additive on Electrophysical Parameters and Emission Spectra 
of Tetrafluoromethane Plasma
D. B. Murin, A. Yu. Grazhdyan, I. A. Chesnokov, I. A. Gogulev
206
MODELING
Thermal modelling and layout optimization of GaN half-bridge IC with integrated drivers 
and power HEMTs
V. A. Kagadey, I. Yu. Kodorova, E. S. Polyntsev
212
Simulation of silicon conical field efect GAA nanotransistors with stack SiO2/HfO2 dielectric of gate
N. V. Masalsky
222
Kinetics of electromigration mass transfer in micro- and nanoelectronics interface elements 
depending on the strength of thin-film junctions
T. M. Makhviladze, M. E. Sarychev
232
MEMORY
The structure and formation of non-volatile memory cells of Superflash
D. A. Abdullaev, E. V. Bobrova, R. A. Milovanov
243
DEVICES
Development of the Ge-MDST instrument structure with an induced p-type channel
N. A. Alyabina, E. A. Arkhipova, Yu. N. Buzynin, S. A. Denisov, A. V. Zdoroveishchev, 
A. M. Titova, V. Yu. Chalkov, V. G. Shengurov
259
Carrier Scattering Analysis in AlN/GaN HEMT Heterostructures with an Ultrathin AlN Barrier
A. S. Gusev, A. O. Sultanov, A. V. Katkov, S. M. Ryndya, N. V. Siglovaya, A. N. Klochkov, 
R. V. Ryzhuk, N. I. Kargin, D. P. Borisenko
265
The Efect оf Laser Radiation оn Functional Properties Instrument MOS Structures
S. Sh. Rekhviashvili, D. S. Gaev
274

МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2024, том 53, № 3, с. 189–205
 ДИАГНОСТИКА
УДК 53.08, 533.9, 544.6, 621.355
КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ СВОЙСТВ 
ТОНКОПЛЕНОЧНОГО КАТОДА LiCoO2, ИЗГОТОВЛЕННОГО 
МЕТОДОМ ВЧМАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ
© 2024 г.    С. В. Курбатов1, *, А. С. Рудый1, **, В. В. Наумов1, 
А. А. Мироненко1, О. В. Савенко2, М. А. Смирнова1, 
Л. А. Мазалецкий3, Д. Э. Пухов1
1Ярославский филиал Физико-технологического института им. К.А. Валиева 
РАН, Ярославль, Россия
2Ярославский государственный университет им. П.Г. Демидова, 
Ярославль, Россия
3Российский университет дружбы народов им. Патриса Лумумбы,
Москва, Россия
*E-mail: kurbatov-93@bk.ru
**E-mail: rudy@uniyar.ac.ru
Поступила в редакцию 22.02.2024 г.
После доработки 20.03.2024 г.
Принята к публикации 20.03.2024 г.
Исследовано влияние неоднородности катодного слоя LiCoO2, нанесенного методом магнетронного распыления, на емкость твердотельных тонкопленочных литий-ионных аккумуляторов (ТТЛИА). 
Показано, что неоднородность пленки соответствует распределению плотности плазмы магнетрона 
и угловому распределению распыляемых частиц. Исследована зависимость емкости ТТЛИА на основе LiCoO2 от расстояния от центра подложки. Установлено, что максимальная емкость соответствует 
плотной части тороидальной области плазмы. Показано, что основными причинами более низкой 
емкости аккумуляторов, сформированных в центральной части подложки и на периферии, являются 
побочные фазы кобальтита лития и меньшая толщина катодного слоя.
Ключевые слова: ВЧ магнетронное распыление, неоднородность катодного слоя, разброс удельной емкости, тонкопленочный литий-ионный аккумулятор
DOI: 10.31857/S0544126924030019
1. ВВЕДЕНИЕ
В  середине 1990-х  гг. в  Ок-Риджской национальной лаборатории (ORNL) был разработан 
твердотельный электролит — фосфор-оксинитрид 
лития или LiPON [1—7]. Практически одновременно с LiPON появились первые твердотельные 
тонкопленочные литий-ионные аккумуляторы 
(ТТЛИА). Первым, судя по всему, стал ТТЛИА, 
разработанный в ORNL [2]. Затем свои разработки представила компания Front Edge Technology 
(1994 г.), а также компания Cymbet Corporation 
(2001 г.), которая приобрела лицензии на 15 патентов ORNL. В 2006 г. компания Infinite Power 
Solutions, Inc. (IPS) объявила о завершении строительства первого в мире предприятия по серийному производству твердотельных тонкопленочных 
аккумуляторов. Появление ТТЛИА создало условия для дальнейшего развития и миниатюризации 
так называемой носимой электроники, смарт-карт, 
RFID-меток, имплантатов, трансдермальных пластырей и т.д. Ведется разработка специализированных ТТЛИА для гибкой электроники, устройств 
микросистемной техники и  микроботики [8]. 
Фактором, сдерживающим темпы производства 
ТТЛИА, остается высокая стоимость единицы энергии [9]. Одним из способов удешевления 
ТТЛИА может стать увеличение количества аккумуляторов на одной подложке за счет увеличения 
площади подложки по аналогии с производством 
микрочипов. Этот способ налагает более строгие 
требования на равномерность нанесения функциональных слоев ТТЛИА.
Основной технологией изготовления ТТЛИА на сегодняшний день остается магнетронное распыление [10]. К числу достоинств метода относятся хорошая управляемость процессом 
распыления и  воспроизводимость результатов, 
возможность нанесения как проводящих, так 
189

КУРБАТОВ и др.
электролита LiPON наблюдалось только гауссово 
распределение толщины с максимумом в центре 
подложки и соответствующее распределение Li+-ионной проводимости [11]. Влияние неоднородности толщины состава и структуры функциональных слоев на характеристики аккумуляторов ранее 
не рассматривалось.
В настоящей работе исследуется неоднородность 
толщины, элементного состава и текстуры тонкопленочного катода LCO, изготовленного методом ВЧ-магнетронного распыления. С этой целью 
были изготовлены двухслойные образцы LCO/Ti 
на кремниевой подложке размерами 50 × 50 мм2. 
Электрохимические свойства слоя LCO  исследовались в составе ТТЛИА методами гальваностатической потенциометрии и циклической вольтамперометрии. Неоднородность толщины, элементного состава и структуры пленки изучалась 
методами сканирующей электронной микроскопии, 
рентгенофазового анализа и спектроскопии комбинационного рассеяния. Анализ проводился с более 
высоким пространственным разрешением (шаг — 
5 мм), по сравнению с ранее опубликованным исследованием [26]. С помощью маски, окна которой 
располагались в тех же точках, где тестировались параметры пленки LCO, были изготовлены и испытаны три партии ТТЛИА электрохимической системы 
Si@O@Al-LiPON-LCO (анод — электролит — катод). Данные о неоднородности свойств LCO сопоставлены с разбросом удельных емкостей ТТЛИА.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
и диэлектрических пленок толщиной от ~0.01 до 
3 мкм, а в отдельных случаях — до 20 мкм [11], возможность масштабирования и низкая температура 
осаждения. Последнее обстоятельство позволяет 
использовать гибкие полимерные подложки для 
изготовления ТТЛИА [12]. Наиболее существенным и принципиальным недостатком магнетронного распыления является неоднородность свойств 
осаждаемых пленок, вызванная неравномерным 
распылением мишени. Неравномерность распыления мишени напрямую связана с конструкцией 
магнетрона, который формирует плазменный разряд тороидальной формы в области, где силовые 
линии магнитного поля параллельны поверхности 
мишени [13]. Напротив этой области происходит 
ускоренное распыление мишени, в результате чего 
формируется кольцо эрозии (или зона выработки). Эрозия мишени наблюдается как в магнетронах постоянного тока, так и в ВЧ-магнетронах [14]. 
Для напылительных систем с круглыми планарными магнетронами и неподвижной подложкой это 
приводит к неоднородному радиальному распределению толщины пленки и таких ее характеристик, 
как текстура, химический состав, морфология, оптические и электрические параметры.
Наиболее изученной является проблема неоднородности пленок по толщине. Были предложены 
модели, достаточно хорошо описывающие зависимость профиля пленки от геометрических размеров 
распылительной системы [14, 15]. В других работах 
исследовалось влияние неравномерного распределения потока бомбардирующих частиц на структурные, электрические и  оптические свойства 
прозрачных полупроводниковых пленок [16—19]. 
В частности, результатом неравномерной ионной 
бомбардировки является латеральное распределение удельного сопротивления пленок с экстремумами напротив зоны эрозии мишени [20]. Наконец, отличие угловых распределений у различных 
элементов, входящих в состав мишени [21—24] 
приводят к радиальной зависимости элементного 
состава многокомпонентных пленок. В работе [25] 
показано, что вид углового распределения зависит 
от массы распыляемого атома и энергии связи атома с поверхностью.
В настоящее время тема влияния параметров 
магнетронного распыления на  неоднородность 
функциональных слоев ТТЛИА недостаточно изучена. Известны всего две работы, в которых сообщалось о радиальной зависимости характеристик катодной пленки LiCoO2 (далее — LCO) [26] 
и твердого электролита LiPON [11], изготовленных методом ВЧ-магнетронного распыления. Слой 
LCO, нанесенный на  неподвижную подложку, 
имел значительное радиальное распределение толщины, элементного состава (соотношение Li/Co) 
и текстуры [26]. Причем распределение элементного состава пленки также зависело от степени 
выработки мишени. В случае аморфного твердого 
2.1. Технология изготовления образцов
Для проведения исследований изготовлены двухслойные образцы LCO/Ti и  полноценные ТТЛИА со  структурой подложка/Ti/LCO/
LiPON/Si@O@Al/Ti [27]. Слои наносились методом ВЧ-магнетронного распыления на установке SCR 651 “Tetra” (Alcatel). Двухслойные структуры изготавливались на  подложках размерами 
50 × 50 мм2, вырезанных из 100 мм кремниевых 
пластин КЭФ-4.5 (100) со  слоем термического 
оксида. Аналогичные подложки, но с размерами 
60  × 72  мм2 использовались для изготовления 
ТТЛИА. Аккумуляторные слои наносились распылением мишеней LiCoO2 (99%), Li3PO4, Si3Al 
и Ti (99.99%). изготовленных из порошков соответствующего состава методом горячего прессования 
в ООО “Гирмет” г. Москва. Мишени имели форму 
диска диаметром 100 мм и толщиной 5 мм. Перед 
нанесением рабочая камера откачивалась до остаточного давления 5 × 10–5 Па. В качестве рабочего 
газа для нанесения Ti использовался чистый аргон (99.9995%), а в случае нанесения слоев LCO 
и Si@O@Al использовалась смесь аргона и кислорода. При нанесении LiPON распыление мишени проводилось в атмосфере азота (99.9999%). 
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
том 53
№ 3
2024

КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ
191
‒
аккумуляторы из первого кольца с номерами 2, 
4, 6 и 8 — расстояние от центра 19.5 мм;
‒
аккумуляторы из второго кольца с номерами 1, 
3, 7 и 9 — расстояние от центра 25.5 мм.
Активная площадь ТТЛИА определялась площадью верхнего токоотвода и составляла 0.25 см2
(5 × 5 мм2).
Изготовленная партия аккумуляторов разделялась на отдельные образцы ТТЛИА, которые сразу же герметизировались для защиты от влияния 
атмосферы. Далее с  помощью токопроводящего клея к Ti-токоотводам приклеивались медные 
электроды.
Всего было изготовлено три партии ТТЛИА 
со следующими параметрами: партия A — с расчетной толщиной LiPON 600 нм; партия B — с расчетной толщиной LiPON 1200 нм; партия C в составе: образцы № 1—3, 7 со структурой Ti/LCO/
LiPON(600 нм)/Si@O@Al/Ti; образцы № 4—6, 8 
Подложка при нанесении слоев LCO, LiPON 
и Si@O@Al располагалась на расстоянии 95 мм над 
мишенью соосно с ней. В начале процесса нанесения функционального слоя соответствующая мишень для очистки распылялась на заслонку. Все 
слои наносились без дополнительного нагрева подложки. Остальные параметры процесса нанесения 
слоев приведены в табл. 1.
Двухслойные образцы LCO/Ti наносились 
на  всю доступную площадь подложки, которая 
закреплялась на подложкодержателе с помощью 
специальных прижимов (рис. 1, а). ТТЛИА изготовлялись с использованием масочной технологии. 
Маски были спроектированы с учетом радиальной 
симметрии распределения параметров пленки так, 
чтобы формировались три группы аккумуляторов с различным удалением от центра подложки 
(рис. 1, б, в):
‒
центральный аккумулятор с порядковым номером 5 — расстояние от центра 0 мм;
Таблица 1. Параметры ВЧ-магнетронного нанесения аккумуляторных слоев
Слой
P, Па
Расход (газ), ст.см3/мин
W, Вт/см2
t, мин
d, нм*
Двухслойные образцы LCO/Ti
Ti
0.2
20 (Ar)
3.82
10
200
LCO
1
20 (Ar)
5 (O2)
2.55
190
1000
ТТЛИА
Ti
0.2
20 (Ar)
3.82
10
200
LCO
1
20 (Ar)
5 (O2)
2.55
95
500
LiPON
2
50 (N2)
1.27
300/630
600/1200
Si@O@Al
1.75
200 (Ar)
0.6 (O2)
5.1
4
200
Ti
0.2
20 (Ar)
3.82
10
200
* Расчетная толщина слоя в центре подложки.
(а)
(б)
(в)
Рис. 1. Подложка для нанесения двухслойной структуры LCO/Ti, закрепленная на подложкодержателе (а), маска 
для нанесения верхнего токоотвода ТТЛИА (б) и фотография партии ТТЛИА (в).
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
том 53
№ 3
2024

КУРБАТОВ и др.
и 9 со структурой Ti/LCO/LiPON(600 нм)/Ti. При 
изготовлении партии C часть окон в маске на стадии нанесения Si@O@Al была закрыта. В этом случае были получены образцы с неполной структурой (без слоя Si@O@Al). В литературе данный тип 
ТТЛИА называется “безанодные” или “Li-free” 
[28]. В качестве анода в таких структурах выступает 
металлический Li, который электрохимически осаждается на отрицательном токоотводе в процессе 
заряда аккумулятора. В свою очередь при разряде 
Li с отрицательного электрода переносится в катодный материал.
2.2. Измерение профиля выработки мишени
На момент изготовления образцов общая наработка мишени LiCoO2 составила ~162 ч. За это 
время на мишени появилась значительная область 
выработки (рис. 2). Профиль выработки мишени 
был измерен по диаметру с шагом 1 мм с использованием микрометра с  часовым индикатором 
(цена деления 0.01 мм). Для этого мишень закреплялась на столике с микроподачей и выставлялась 
по уровню, микрометр закреплялся над мишенью 
на жестком штативе. Далее головка микрометра 
подводилась к поверхности мишени и фиксировалась неподвижно. Мишень на столике перемещалась с шагом 1 мм, на каждом шаге записывались 
показания микрометра в относительных единицах. 
Данные затем были откалиброваны относительно 
края мишени, уровень которого принимался равным нулю.
2.3. Исследование неоднородностей слоя LCO
Измерения толщины, состава и структуры слоя 
LCO проводились с использованием образца LCO/
Ti (см. рис. 1, а) по схеме, показанной на рис. 3. 
Анализ выполнялся вдоль осей X и Y, которые являются равноправными вследствие радиальной 
симметрии магнетронного нанесения. Толщина пленки LCO измерялась на поперечном сколе 
образца (по оси Y) через каждые 5 мм с помощью 
сканирующего электронного микроскопа Supra 40 
(Carl Zeiss, Германия).
Распределение элементного состава исследовалось комбинацией двух методов. Отношение 
массовых долей элементов O/Co в пленке определялось методом рентгеновского энергодисперсионного микроанализа (EDX) на приставке EDAX 
к сканирующему электронному микроскопу Quanta 
3D 200i (FEITM, Нидерланды). Анализ выполнялся в точках с шагом 5 мм вдоль оси X (см. рис. 3). 
Образец смещался с помощью подвижного столика СЭМ. Энергия электронного пучка устанавливалась равной 10 кэВ, спектры набирались в течение 270 с в каждой точке. Отношение элементов 
Li/Co определялось с  помощью масс-спектроскопии с индуктивно связанной плазмой (ИСПМС) на спектрометре ELAN DRC-e (Perkin Elmer, 
США) в  Курчатовском комплексе химических 
исследований (ИРЕА), Москва. Материал пленки испарялся непосредственно с подложки с использованием системы лазерной абляции NWR213 
(New Wave Research), оснащенной Nd:YAG лазером с длинной волны 213 нм. Параметры абляции: частота лазерных импульсов — 5 Гц; диаметр 
пятна лазера  — 80 мкм; удельная мощность  — 
4 Дж/см2 и длительность набора 300 с были подобраны таким образом, чтобы обеспечить устойчивое 
испарение материала и одновременно предотвратить 
прожиг пленки. В каждой точке снималось по три 
спектра для набора статистики. Анализ проводился без использования стандартов, по этой причине 
(а)
(б)
Рис. 2. Фотографии мишени LiCoO2 после 162 ч работы: а — вид сверху; б — вид сбоку.
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
том 53
№ 3
2024

КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ
193
Y
EDX/ИСП-МС
5 мм
СЭМ
Рентгеностр.
КР
рассеяния (КР-спектроскопия) с помощью спектрометра EnSpectr R532 (ООО “Спектр-М”, Россия). Спектрометр оснащен полупроводниковым 
лазером мощностью 20 мВт с длиной волны 532 нм, 
спектральное разрешение — 6 см–1. Спектры снимались в режиме: длительность экспозиции — 3000 мс; 
количество измерений  — 100. Анализировался 
участок спектра 350—850 см–1. Полученные спектры были разложены на отдельные колебательные 
моды с использованием функции Лоренца.
50 мм
30 мм
X
1
2
3
4
5
50 мм
2.4. Испытание ТТЛИА
Испытания ТТЛИА проводились с использованием многоканального потенциостата-гальваностата Р-20Х8 (ООО “Элинс”, Россия) в режимах гальваностатического циклирования. ТТЛИА 
циклировались при постоянном токе 8 мкА (плотность тока — 32 мкА/см2), что примерно соответствует скорости заряда-разряда 015С, в потенциальном окне — 1.5—3.8 В. Все испытания проводились при комнатной температуре (23 ± 2)°С.
Рис. 3. Схема анализа неравномерности LCO.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Толщина и микроструктура слоя LCO
На  рис.  4 представлены СЭМ изображения 
структуры LCO/Ti, полученные в центре (X = 0 мм) 
и на краях подложки (X = –25 мм и X = +25 мм). 
В центре подложки слой LCO имеет столбчатую 
микроструктуру, которая характерна для пленок 
кобальтата лития, нанесенных магнетронным методом [29]. На краях подложки столбчатая микроструктура пленки выражена слабее и имеет наклон 
в сторону центра.
Угол наклона столбиков (α) представлен 
на рис. 5 в виде графика зависимости от расстояния до центра подложки. Из графика видно, что 
угол наклона микроструктуры изменяется симметрично относительно центра подложки по закону близкому к параболическому. Угол наклона 
на краях подложки составляет |α| ≈ 9.8°, а в центре 
в результатах представлены не истинные значения 
соотношений Li/Co, а их нормированные значения.
Кристаллическая структура слоя LCO исследовалась на рентгеновском дифрактометре ARL 
X'tra (Thermo Fisher Scientific, Швейцария) со схемой фокусировки Брэгга—Брентано. Длина волны 
рентгеновского излучения составляла λ(CuKα) = 
=1.5418 Å. Пластина 50 × 50 мм2 была предварительно разрезана на отдельные полоски шириной 
5 мм с номерами от 1-го до 5-го (см. рис. 3), которые анализировались по отдельности. Полоски 
закреплялись таким образом, чтобы луч рентгеновского излучения падал примерно в середину 
полоски. Полученные дифрактограммы интерпретировались с использованием базы данных ICDD 
PDF2.
Образцы №  1—5 дополнительно исследовались методом спектроскопии комбинационного 
X = ‒25 мм
X = +25 мм
X = 0 мм
889 нм
887 нм
965 нм
LCO
202 нм
Ti
200 нм
100 нм
100 нм
Рис. 4. СЭМ-изображения поперечного скола структуры LCO/Ti в центре (X = 0 мм) и на краях подложки (X = –25 мм 
и X = 25 мм).
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
том 53
№ 3
2024

КУРБАТОВ и др.
‒
косинусоидальное распределение, впервые 
предложенное в теории Зигмунда [31], применялось для аппроксимации профиля толщины 
металлических пленок, полученных магнетронным методом [15]:
Y
A
n
( )
cos ( ),
T
T
=
                       (2)
где А и n — подгоночные параметры. Параметр n
завиcит от  массы и  энергии бомбардирующих 
ионов, а также от массы атомов мишени. Однако, как 
отмечалось в работе [23], в случае распыления низкоэнергетическими ионами (Ei < 1 кэВ), что характерно для магнетронного распылении (300—700 эВ 
[32]), функция углового распыления может сильно 
отличаться от косинусоидальной; 
‒
функция
Y
A
( )
cos( )
подложки 0°. Известно, что наклонные микроструктуры получают при нанесении пленки на наклоненную подложку (напыление под скользящим 
углом), где направление роста отдельных столбиков или волокон в пленке ориентируется вдоль потока осаждаемых частиц. В частности, таким способом были получены пленки кобальтата лития 
с наклонной микроструктурой [30]. В настоящей 
работе подложка располагалась плоскопараллельно 
мишени и, следовательно, наклон микроструктуры 
связан с угловым распределением потока распыляемого материала вблизи поверхности подложки.
Распределение толщины пленки на подложке 
представлено на рис. 6. Толщина пленки (T) в центре и на краю подложки равнялась 965 и 888 нм 
соответственно. Таким образом, относительная 
неравномерность пленки по толщине на радиусе 
25 мм составила примерно 8%.
Для аппроксимации профиля толщины пленки 
Т(x) использовалось выражение
–
cos ( )
,
=
+(
)
2
2
2
1
              (3)

2
0
         (1)
R
( )
( ) ( ) cos( )
,
=
∫
∫




T x
R Y
c
Rd dR
2
0
0
где A и α — подгоночные параметры, которые применяются для аппроксимации надкосинусного 
(over-cosine) и подкосинусного (under-cosine) угловых распределений [23, 33]. Параметр α представляет собой отношение большой и малой осей эллипса. 
При α > 1 функция (3) — надкосинусное распределение, которое наблюдается при распылении мишени ионами высокой энергии. При α < 1 — подкосинусное распределение, которое характерно при 
распылении ионами низкой энергии ~100 эВ [34].
В условиях магнетронного распыления угловые распределения некоторых атомов могут иметь 
сложную форму. Для их  аппроксимации была 
предложена следующая функция [23]:
где R0 — радиус мишени; Ψ(R) — профиль выработки мишени; Y(θ) — функция углового распределение потока распыленных атомов из мишени; c —
расстояние от точки распыления до точки осаждения на подложке [22—24].
Профиль выработки Ψ(R) определяется экспериментально, а Y(θ) подбирается из условия наилучшей 
аппроксимации экспериментальных данных. В качестве функции углового распределения распыленных 
атомов были предложены следующие варианты:
1.0
14
α
0 °
0.9
12
0.8
0.7
10
0.6
8
0.5
T, мкм
Эксперимент
|α|, град
0.4
6
0.3
(2)
(3)
(4)
4
0.2
Эксперимент
Аппроксимация
0.1
2
20
30
0.0
0
40
50
‒20
‒30
‒10
‒40
‒50
‒30
0
0
10
‒20
20
‒10
30
10
X, мм
X, мм
Рис. 5. Угол наклона столбчатой микроструктуры (α) 
слоя LCO в зависимости от расстояния до центра подложки (X).
Рис. 6. Распределение толщины слоя LCO на подложке: точки — экспериментальные данные, линии — результаты аппроксимации с различными функциями 
углового распределения согласно формулам (2)—(4).
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
том 53
№ 3
2024

КОМПЛЕКСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ
195
2
R

Y
A
B
n
m
( )
cos ( )
cos ( ),
T
T
T
=
−
           (4)
−
−
(
. )
.
20 5
188 1
<( )
.
;
2                 (5)
R
=
−
+
1 34
20 5
188 1
(
. )
.
.
R
e
1 34
.
e







где n, m, A и B — подгоночные параметры.
На рис. 7 представлен профиль выработки мишени LiCoO2, который был снят после нанесения слоя LCO. Максимальная глубина выработки составляет 1.3 мм и находится на расстоянии 
R = 20.5 мм от центра мишени.
Для численного решения уравнения (1) профиль выработки был аппроксимирован двумя симметричными функциями Гаусса [23, 33]:
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
Результаты аппроксимации для различных 
функций углового распределения в  диапазоне 
от –50 до 50 мм отображены на рис. 6. Наилучшее 
качество аппроксимации достигнуто с использованием подгоночных параметров A = 1.61, n = 0.4 для 
формулы (2), A = 7.15, α = 7.38 для формулы (3) 
и n = 2.29, m = 3.01, A = 13.23 и B = 11.91 для формулы (4). Аппроксимирующие кривые с угловыми 
распределениями (3) и (4) достаточно точно описывают экспериментальные данные, тогда как кривая с косинусным распределением имеет значительные отклонения в центре и на краях подложки. 
Также можно отметить, что в случае распыления 
многокомпонентных мишеней формула (4) выглядит предпочтительнее, поскольку позволяет более 
точно подогнать форму углового распределения 
под экспериментальные данные.
0.5
Глубина выработки, мм
0
40
50
‒20
‒30
‒10
‒40
‒50
0.0
20
30
10
R, мм
Рис. 7. Профиль выработки мишени LiCoO2: квадраты — экспериментальные данные; сплошная линия — 
аппроксимация симметричными функциями Гаусса.
3.2. Элементный состав слоя LCO
На рис. 8, а, б представлены отношения массовых долей элементов O/Co и Li/Co в зависимости 
от расстояния до центра мишени. Обе зависимости имеют максимум в центре подложки и медленно убывают по мере удаления от него. В частности, в центре подложки отношение O/Co = 0.52 ± 
± 0.01 близко к стехиометрическому значению 0.54 
(по массe) в LCO, а на краю подложки наблюдается дефицит кислорода. Такая картина согласуется с распределением состава в пленках силицидов 
металлов TiSix, MoSix и WSix [21]. Во всех случаях 
(а)
(б)
0.56
1.2
0.54
0.52
1.0
0.50
0.48
0.8
0.46
0.44
0.6
Отношение масс. долей O/Co
0.42
 Норм. отношение масс. долей Li/Co
5
0
0.40
10
15
20
25
30
‒30
0.4
‒10
0
10
20
30
‒20
X, мм
X, мм
Рис. 8. Отношение массовых долей элементов слоя LCO в зависимости от расстояния до центра пластины: а — отношение O/Co по данным EDX-анализа; б — нормированное отношение Li/Co по данным ИСП-МС с лазерной 
абляцией.
МИКРОЭЛЕКТРОНИКА
том 53
№ 3
2024