Структурно-фазовые переходы в системе Pt–Si при быстрой термообработке

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.

1. Мьюрарка, Ш. П. Силициды для СБИС / Ш. П. Мьюрарка; пер. с англ. В. В. Баранова; под ред. Ю. Д. Чистякова. – М., 1986. – 176 с.

2. 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/10.1063/1.3556563

3. Формирование барьеров Шоттки на основе никель-платинового силицидного сплава / В. А. Солодуха [и др.] // Микроэлектроника. − 2014. − Т. 43, № 1. − С. 9–16.

4. Низкотемпературный 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.

5. Borisenko, V. E. Rapid Thermal Processing of Semiconductors / V. E. Borisenko, P. J. Hesketh. – New York; London, 1997. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-1804-8

6. Пилипенко, 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.

7. 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.

8. 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/10.1063/1.341329