IE726

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IE726 Processos de Filmes Finos

• Capítulo 9.2 Silicetos CCS

Prof. Ioshiaki Doi FEEC-UNICAMP 05/04/2003
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Resultados de Silicetos de Ti, Ni e Ni(Pt) feitos
no CCS
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Processos de Formação

• Métodos de deposição do siliceto ou do metal para
  a silicetação são
• Sputtering e co-sputtering
• Evaporação e co-evaporação por e-beam
• CVD (Chemical Vapor Deposition).
• Método de reação
• Deposição do metal por sputtering
• Deposição do metal por Evaporadora e-beam.
• Depois reação por RTP

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Etapas de formação dos silicetos (TiSi2)

• Formação do TiSi2 por reação
• Deposição do metal por e-beam do Ti
• Primeiro recozimento RTP a 500-600ºC
• Remoção seletiva do metal não reagido e dos
  compostos formados na superfície, para evitar o
  crescimento lateral do siliceto em dispositivos
• Segundo recozimento RTP a 800-900ºC, para a
  mudança de fase do siliceto, da fase mais
  resistiva(C49) para a fase de menor
  resistência(C54).

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Formação dos silicetos (TiSi2)
Formação do TiSi2 por RTP para várias
temperaturas, onde T1 ? 600 ºC, T2 ? 700 ºC e T3
? 900 ºC.
Ilustração do efeito de crescimento lateral do
siliceto sobre o óxido espaçador, devido a
difusão do Si.
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Esquema do processo de formação dos
silicetos(TiSi2)
Limpeza RCA

• Dip de HF 110
• Deposição de Ti na Evaporadora
• E-Beam (D.R. 0.8 Å/s).

2º recozimento RTA(Silicetação) 800ºC até 900ºC,
com variações no tempo de exposição. Sendo 800ºC
a 30s a melhor opção.
1º recozimento RTA(Silicetação) 550ºC até 600ºC,
com variações do tempo de exposição. Sendo 600ºC
a 90s a melhor opção.
Remoção do titânio não reagido (TiN e
TiO) H2O2(50ml)H20(50ml)NH4OH(10ml)
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Resistências de folha (quatro pontas) medidas
após cada etapa de formação do (TiSi2)
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Comportamento do Rs final com o patamar do 1o RTP
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Comportamento do Rs final com o patamar do 2o RTP
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Resultados de difração de raio-X (XRD) das
amostras de TiSi2
C54 (311)
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Morfologia das amostras de TiSi2 AFM
900ºC - 10s Área 10 X 10?m Rugosidade RMS
5.6 nm
600ºC - 90s 800ºC 60s Área 10 X 10
?m Rugosidade RMS 9.8 nm
550ºC - 150s 880ºC 30s Área 10 X 10
?m Rugosidade RMS 5.1 nm
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SEM das amostras de TiSi2 formados a temperaturas
de 800ºC
Amostra B2-14 1º - 550ºC 120s 2º - 800ºC
60s
Amostra B2 -22 1º - 600ºC 90s 2º - 800ºC
20s
Amostra 2-26 1º - 600ºC 90s 2º - 800ºC 60s
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SEM/EDS das amostras de TiSi2
Amostra B2-22 1º - 600ºC 90s 2º - 800ºC
20s
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Medidas RBS das amostras de TiSi2
Amostra Tempo de patamar do 1o RTA a 600ºC Tempo de patamar do 2o RTA a 800ºC Quantidade evaporada (nm) Quantidade consumida (nm)
B2-23 90s 20s 40 30
B2-24 90s 20s 40 30
B2-22 90s 20s 40 25
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Silicetos de Titânio

• formado em duas etapas de temperatura, sendo uma
  até 600ºC e a outra até 900ºC
• a transição da fase C49 - C54 à temperatura entre
  600ºC e 700ºC
• mostram tendências a formação de aglomerados a
  altas temperaturas de reação
• apresentam superfícies bastante planas e
  uniformes de baixa rugosidade rms variando de 5 a
  10 nm
• as resistências de folha dos silicetos fabricados
  variaram de Rs ? 3.9 ?/? até 8.4?/?
• a reação de silicetação pode não consumir
  totalmente o metal depositado. Dos 40 nm de Ti
  depositado foram consumidos aproximadamente 30 nm.

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Etapas de formação dos silicetos (NiSi) por
reação

• Deposição do metal por e-beam do Ni
• Recozimento em temperatura de 450-600ºC no forno
  RTP
• Remoção seletiva do metal não reagido e de
  compostos que não sejam o siliceto.

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Processo de formação dos silicetos (NiSi)
Limpeza RCA
RTP(Silicetação) 450ºC até 820ºC, com tempos de
patamar de 30, 60 e 90s. Remoção seletiva H2SO4
H2O2 4 1

• Dip de HF 110
• deposição do Ni por Evaporadora
• E-Beam (D.R. 0.8 Å/s)

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Resistências de folha (quatro pontas) das
amostras de NiSi
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XRD de NiSi
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SEM de NiSi
Amostra D1-52 700ºC/60s
Amostra D1-42 600ºC/60s
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SEM/EDS de NiSi
Amostra D1-41 600ºC/30s
Amostra D1-61 820ºC/30s
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Silicetos de Níquel

• formado em uma etapa de temperatura de 500 a
  820ºC.
• menor resistência de folha foi obtida nas
  amostras feitas em temperaturas menores que
  600ºC
• a transição de fase do NiSi de baixa resistência
  de folha para o NiSi2 de alta resistência de
  folha, verificou-se a temperatura de reação entre
  600 e 700ºC.
• uma forte tendência a formação de aglomerados, em
  temperaturas maiores que 500ºC, caracteriza falta
  de estabilidade térmica
• os silicetos formados apresentaram resistências
  de folha entre Rs? 5 ?/? e 20 ?/?
• todo o metal depositado foi consumido na reação
  de formação.

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Etapas de formação dos silicetos Ni(Pt)Si por
reação

• Deposição dos metais por e-beam, sendo a Pt
  depositada primeiro, seguida pelo Ni
• Recozimento em temperatura de 450-800ºC no forno
  RTP
• Remoção seletiva do metal não reagido e de
  compostos que não sejam o siliceto.

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Processo de formação dos silicetos (Ni(Pt)Si)

• Dip de HF 110
• Deposição de Pt na Evaporadora
• E-Beam (D.R. 0.8 Å/s).

Limpeza RCA
Deposição de Ni
RTP(Silicetação) 450ºC até 820ºC, com tempos
de30, 60 e 90s. Remoção seletiva do metal não
reagido usandoHNO3 HCl H2O
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Resistências de folha (quatro pontas) das
amostras de Ni(Pt)Si
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XRD de Ni(Pt)Si
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AFM das amostras de Ni(Pt)Si
450ºC - 120s Área 10 X 10 ?m Rugosidade RMS
3.6 nm
820ºC 60s Área 10 X 10 ?m Rugosidade RMS
1.6 nm
550ºC - 60s Área 5 X 5 ?m Rugosidade RMS 1.6
nm
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SEM das amostras de Ni(Pt)Si
Amostra C1-41 600ºC/30s
Amostra C1-23 500ºC/60s
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SEM/EDS das amostras de Ni(Pt)Si
Amostra C1-71 900ºC/30s
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Medidas RBS das amostras de Ni(Pt)Si
Amostras Temperatura de Formação do Siliceto (ºC) Quantidade de Níquel/Platina depositados (nm) Quantidade de Níquel/Platina consumidos (nm)
C1-13 450 30/15 28/15
C1-21 500 30/15 31/15
C1-33 550 30/15 30/15
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Siliceto de Níquel com camada de Platina

• formação em uma etapa de temperatura de 450ºC até
  820ºC sem degradação, com boa uniformidade, boa
  estabilidade térmica e sem aglomerados
• O siliceto de Ni(Pt) pode ser formado em apenas
  uma etapa de temperatura de silicetação, com a
  janela de temperatura de 450 a 820ºC
• a transição de Ni(Pt)Si de baixa resistência para
  Ni(Pt)Si2 de alta resistência de folha se
  verifica a temperaturas entre 820ºC e 900ºC
• em temperaturas elevadas da ordem de 900ºC com
  tempos de exposição maiores que 30s, pode ocorrer
  uma degradação do filme.

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Siliceto de Níquel com camada de Platina

• os silicetos de Níquel e Platina apresentam
  superfícies bem planas e uniformes com
  rugosidades RMS de 1.5 a 4.0 nm em toda a sua
  extensão
• as amostras estudadas de silicetos de Níquel e
  Platina apresentaram resistências de folha em
  torno de Rs ? 5 ?/sq.
• todos os metais depositados (Ni e Pt) são
  consumidos na reação de formação do siliceto.

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Referências

1. Regis Eugenio dos Santos Investigação sobre
   formação e estabilidade térmica dos filmes de
   silicetos de Ni e Ni(Pt) em substratos de
   Si(100). Dissertação de Mestrado, 14/02/2003,
   FEEC/UNICAMP.
2. R. E. Santos, I. Doi, J. A. Diniz, J. W. Swart
   and S. G. dos Santos Formation and
   Characterization of the Ni(Pt)Si and NiSi for MOS
   Devices Proceedings of the 17th International
   Symposium on Microelectronics Technology and
   Devices SBMicro 2002, pp. 109-116, Proc. vol.
   2002-8 by The Electrochem. Soc, ISBN
   1-56677-328-8 Porto Alegre, RS, Brazil,
   September 9-14, 2002.