danДоклады Национальной академии наук БеларусиDoklady of the National Academy of Sciences of Belarus1561-83232524-2431The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8323-2020-64-2-238-244dan-876Research ArticleТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИTECHNICAL SCIENCESСтруктурно-фазовые переходы в системе Pt–Si при быстрой термообработкеStructural-phase junctions in the system of Pt–Si during rapid thermal treatmentПилипенкоВ. А.PilipenkaU. A.

Пилипенко Владимир Александрович – член-корреспондент, д-р техн. наук, профессор, заместитель директора.

ул. Казинца, 121а, 220108, Минск

Pilipenka Uladzimir A. – Corresponding Member, D. Sc. (Engineering), Professor, Deputy Director.

121a, Kazinets Str., 220108, Minsk

office@bms.byКомаровФ. Ф.KomarovF. F.

Комаров Фадей Фадеевич – член-корреспондент, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий лабораторией.

ул. Курчатова, 7, 220045, Минск

Komarov Fadey F. – Corresponding Member, D. Sc. (Physics and Mathematics), Professor, Head of the Laboratory.

7, Kurchatov Str., 220045, Minsk

komarovf@bsu.byСолодухаВ. А.SaladukhaV. A.

Солодуха Виталий Александрович – канд. техн. наук, генеральный директор.

ул. Казинца, 121а, 220108, Минск

Saladukha Vitali A. – Ph. D. (Engineering), General Manager.

121a, Kazinets Str., 220108, Minsk

VSaladukha@integral.byГорушкоВ. А.HarushkaV. A.

Горушко Валентина Алексеевна – ведущий инженер.

ул. Казинца, 121а, 220108, Минск

Harushka Valiantsina A. – Leading engineer.

121a, Kazinets Str., 220108, Minsk

office@bms.byОткрытое акционерное общество «Интеграл»Holding Managing Company “Integral”Институт прикладных физических проблем имени А. Н. Севченко Белорусского государственного университетаA. N. Sevchenko Institute of Applied Physical Problems of Belarusian State University202017052020642238244Copyright © Пилипенко В.А., Комаров Ф.Ф., Солодуха В.А., Горушко В.А., 20202020Пилипенко В.А., Комаров Ф.Ф., Солодуха В.А., Горушко В.А.Pilipenka U.A., Komarov F.F., Saladukha V.A., Harushka V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.belnauka.by/jour/article/view/876

В последние годы интерес к силицидам значительно возрос в связи с их большими потенциальными возможностями как материала низкоомных контактов и межсоединений металлизации кремниевых интегральных микросхем. В связи с этим появилась необходимость более пристального изучения термодинамических, электрических и структурных особенностей их формирования. Цель работы заключалась в исследовании влияния быстрой термической обработки на структурно-фазовые переходы в системе Pt–Si при формировании силицида платины. В качестве образцов использовались пленки Pt толщиной 43,7 нм, нанесенные на подложки монокристаллического кремния КЭФ 0.5 ориентации (111) путем магнетронного распыления мишени из платины с чистотой 99,95 % на установке МРС 603 с криогенной откачкой до давления не хуже 5 · 10–5 Па. В качестве рабочей среды использовался аргон, чистота которого составляла 99,933 %. Быстрая термообработка проводилась в среде азота в диапазоне температур от 200 до 550 °С с шагом 50 °С и времени 7 с. Процесс взаимодействия платины с кремнием при обработке системы Pt–Si оценивался путем анализа РОР спектров. Показано, что в диапазоне температур 200 °С ≤ Т ≤ 300 °С за 7 с процесса БТО на границе металлической пленки с подложкой происходит образование слоя Pt2Si за счет диффузии атомов Pt в кремний через слой растущего силицида. Температуре Т = 300 °С характерно полное использование пленки Pt за 7 с в процессе силицидообразования однофазной системы Pt2Si. При 350 °С ≤ Т < 450 °С регистрируется формирование двухфазной системы Pt2Si → PtSi, начиная от межфазной границы Si/Pt2Si преимущественно за счет встречной диффузии атомов Si в слой Pt2Si. Температуре БТО Т = 450 °С соответствует образование термостабильной равновесной структуры PtSi по всей толщине силицида, что на 50–100 °С ниже и значительно быстрее, чем при длительной равновесной термообработке.

In recent years the interest to silicides significantly rose relating to their huge potentialities as the material of the low-Ohm contacts and interconnections of metallization of the silicon integrated circuits. In view of this the necessity appeared to consider more extensively the thermal dynamic, electric and structural peculiarities of their formation. Purpose of the work was in investigation of influence of the rapid thermal treatment on the structural –phase junctions in the system of Pt–Si during formation of platinum silicide. As samples, the Pt films were used, 43.7 nm thick and applied on the substrates of the mono-crystal silicon KEF КЭФ 0.5 with orientation (111) by means of the magnetron sputtering of the platinum target with purity of 99.95 % on the unit MRS 603 with the cryogenic pumping to the pressure not worse, than 5 · 10–5 Pa. As the operating medium, argon was used, whose purity constituted 99.933 %. Rapid thermal treatment was performed in the nitrogen medium within the temperature range from 200 to 550 °С with a step of 50 °С and the time period of 7 s. The process of interaction of platinum with silicon during treatment of the Pt–Si system was evaluated by means of the analysis of the RBS spectra. It is demonstrated, that within the temperature range of 200 °С ≤ Т ≤ 300 °С during 7 s of the rapid thermal process on the boundary of the metal film with the substrate, formation takes place of the Pt2Si layer owing to diffusion of the Pt atoms into silicon via the layer of the growing silicide. The temperature Т = 300 °С is peculiar for the complete application of the Pt film during 7 s in process of the silicide formation of the single phase system of Pt2Si. At 350 °С ≤ Т < 450 °С formation is registered of the double phase system of Pt2Si → PtSi, starting from the inter-phase boundary of Si/Pt2Si predominantly owing to the opposite diffusion of the Si atoms into the layer of Pt2Si. The temperature of the rapid thermal treatment Т = 450 °С marks formation of the thermally stable balanced structure of PtSi along the entire silicide thickness, which is 50–100 °С lower and considerably more rapid, than during the long-term balanced thermal treatment.

быстрая термическая обработкакремниевая пластинатвердофазная рекристаллизациясилицид платиныrapid thermal treatmentsilicon wafersolid phase recrystallizationplatinum silicideReferencesМьюрарка, Ш. П. Силициды для СБИС / Ш. П. Мьюрарка; пер. с англ. В. В. Баранова; под ред. Ю. Д. Чистякова. – М., 1986. – 176 с.Murarka Sh. P. Silicides for VLSI Applications. Academic Press, 1983. 200 p.Faber, E. J. On the kinetics of platinum silicide formation / E. J. Faber, R. A. M. Wolters, J. Schmitz // Appl. Phys. Lett. – 2011. – Vol. 98, N 8. – P. 082102 (1–3). https://doi.org/10.1063/1.3556563Faber E. J., Wolters R. A. M., Schmitz J. On the kinetics of platinum silicide formation. Applied Physics Letters, 2011, vol. 98, no. 8, pp. 082102 (1–3). https://doi.org/10.1063/1.3556563Формирование барьеров Шоттки на основе никель-платинового силицидного сплава / В. А. Солодуха [и др.] // Микроэлектроника. − 2014. − Т. 43, № 1. − С. 9–16.Solodukha V. A., Turtsevich A. S., Solov’ev Y. A., Komarov F. F., Mil’chanin O. V., Kovaleva T. B., Gaponenko S. V. Formation of the nickel-platinum alloy silicide Schottky barriers. Russian Microelectronics, 2014, vol. 43, no. 1, pp. 1–8. https://doi.org/10.1134/s1063739713050077Низкотемпературный метод формирования контактного слоя силицида платины для силовых диодов Шоттки / Ф. Ф. Комаров [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2013. – Т. 57, № 2. – С. 38–42.Komarov F. F., Milchanin O. V., Kovalyova T. B., Saladukha V. A., Solovjov J. A., Turtsevich A. S. Low Temperature Formation of the Platinum Silicide Contact Layer for the Schottky Diodes. Doklady Natsional’noi akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2013, vol. 57, no. 2, pp. 38–42 (in Russian).Borisenko, V. E. Rapid Thermal Processing of Semiconductors / V. E. Borisenko, P. J. Hesketh. – New York; London, 1997. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-1804-8Borisenko V. E., Hesketh P. J. Rapid Thermal Processing of Semiconductors. New York, London, 1997. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-1804-8Пилипенко, В. А. Управление свойствами тонкопленочных систем с применением импульсной фотонной обработки / В. А. Пилипенко, В. Н. Пономарь, В. А. Горушко // Инж.-физ. журн. − 2003. − Т. 76, № 4. − С. 95–98.Pilipenko V. A., Ponomar V. N., Gorushko V. A. Property Control of the Thin-Film Systems with Application of the Pulse Photon Treatment. Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal = Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2003, vol. 76, no. 4, pp. 95–98 (in Russian).Эффект фотонной активации синтеза пленок силицидов в гетеросистеме (111) Si–Ni–Pt / В. М. Иевлев [и др.] // Конденсированные среды и межфазные границы. − 2007. − Т. 9, № 3. − С. 216–227.Ievlev V. M., Soldatenko S. A., Kushev S. B., Gorozhankin Yu. V., Vakhtel V. M. Effect of Photon Activation during the Synthesis of Silicide Films in the Heterosystem (111) Si–Ni–Pt. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy = Condensed Matter and Interphases, 2007, vol. 9, no. 3, pp. 216–227 (in Russian).Naem, A. A. Platinum silicide formation using rapid thermal processing / A. A. Naem // J. Appl. Phys. – 1988. – Vol. 64, N 8. – P. 4161–4167. https://doi.org/10.1063/1.341329Naem A. A. Platinum silicide formation using rapid thermal processing. Journal of Applied Physics, 1988, vol. 64, no. 8, pp. 4161–4167. https://doi.org/10.1063/1.341329

The authors declare that there are no conflicts of interest present.