Формирование силицида никеля быстрой термообработкой в режиме теплового баланса

Методами резерфордовского обратного рассеяния, рентгеновского фазового анализа, просвечивающей электронной микроскопии и электрофизическими измерениями исследовано формирование слоев силицида никеля на пластинах (111)-Si при быстрой термической обработке в режиме теплового баланса. Слои никеля толщиной ~70 нм наносили магнетронным распылением при комнатной температуре. Быструю термообработку проводили в режиме теплового баланса путем облучения обратной стороны подложек некогерентным световым потоком кварцевых галогенных ламп в среде азота в течение 7 с до температуры от 200 до 550 °С. Установлено, что перераспределение атомов никеля и кремния до состава моносилицида NiSi начинается уже при температуре 300 °С и к температуре 400 °С практически завершается. В этом же диапазоне температур происходит формирование орторомбической фазы NiSi со средним размером зерен около 0,05–0,1 мкм. При температуре быстрой термообработки 300 °C происходит формирование двух силицидных фаз (Ni2 Si и NiSi), при этом на поверхности сохраняется тонкий слой непрореагировавшего Ni. Данный факт может объясняться высокой скоростью разогрева на начальной стадии отжига, при которой температурные условия формирования фазы NiSi наступают раньше, чем весь слой Ni успевает превратиться в фазу Ni2 Si. Слои с одновременным присутствием трех фаз характеризуются высокой шероховатостью границы раздела силицид–кремний. Зависимость удельного сопротивления слоев силицидов никеля демонстрирует рост до значений 26–30 мкОм · см в области температур быстрой термообработки 200–250 °С и последующее снижение до значений 15 мкОм · см при температуре быстрой термообработки 400 °С. Данная величина удельного сопротивления характерна для фазы NiSi с высокой проводимостью и хорошо коррелирует с результатами структурных исследований.

быстрая термическая обработка, силицид никеля, структурно-фазовые превращения

1. Мьюрарка, Ш. П. Силициды для СБИС / Ш. П. Мьюрарка. – М.: Мир, 1986. – 176 с.

2. Chen, L. J. Silicide Technology for Integrated Circuits / L. J. Chen. – London, 2004. – 279 p. https://doi.org/10.1049/pbep005e

3. Electrical properties and solid-phase reactions in Ni/Si(100) contacts / Y. Tsuchiya [et al.] // Japanese Journal of Applied Physics. – 2002. – Vol. 41, N 4B. – P. 2450–2454. https://doi.org/10.1143/jjap.41.2450

4. Impact of Ni-silicide grain orientation on the strain and stress fields induced in patterned silicon / C. Torregiani [et al.] // Applied Physics Letters. – 2007. – Vol. 90, N 5. – Art. 054101. https://doi.org/10.1063/1.2437064

5. Ultrathin Ni silicides with low contact resistance on srained and ultrastrained silicon / L. Knoll [et al.] // IEEE Electron device letters. – 2010. – Vol. 31, N 4. – P. 350–352. https://doi.org/10.1109/led.2010.2041028

6. Contact resistance reduction of Pt-incorporated NiSi for continuous CMOS scaling: Atomic level analysis of Pt/B/As distribution within silicide films / T. Sonehara [et al.] // IEEE International Electron Device Meeting. – San Francisco, 2008. – P. 921–924. https://doi.org/10.1109/iedm.2008.4796851

7. Enhancement of thermal stability of NiSi films on (100)Si and (111)Si by Pt addition / D. Mangelinck [et al.] // Applied Physics Letters. – 1999. – Vol. 75, N 12. – P. 1736–1738. https://doi.org/10.1063/1.124803

8. Электронная микроскопия тонких кристаллов / П. Б. Хирш [и др.]. – М.: Мир, 1968. – 574 c.

9. Томас, Г. Просвечивающая электронная микроскопия материалов / Г. Томас, М. Дж. Гориндж. – М.: Наука, 1983. – 320 c.

10. Majni, G. Growth kinetics of NiSi on (100) and (111) silicon / G. Majni, F. D. Valle, C. Nobili // Journal of Physics D: Applied Physics. – 1984. – Vol. 17, N 5. – P. L77–L81. https://doi.org/10.1088/0022-3727/17/5/002

11. Calorimetric analysis of thin-film reactions: Experiments and modeling in the nickel/silicon system / P. Knauth [et al.] // Journal of Applied Physics. – 1994. – Vol. 76, N 9. – P. 5195–5201. https://doi.org/10.1063/1.357238

12. Natan, M. Anomalous first-phase formation in rapidly thermal annealed, thin-layered Si/Ni/Si films / M. Natan // Applied Physics Letters. – 1986. – Vol. 49, N 5. – P. 257–259. https://doi.org/10.1063/1.97188

13. Borisenko, V. E. Rapid thermal processing of semiconductor / V. E. Borisenko, P. J. Hesketh. – New York, 1997. – 358 p. https://doi.org/10.1007/978-1-4899-1804-8

14. Соловьёв, Я. А. Влияние температуры быстрой термической обработки на электрофизические свойства пленок никеля на кремнии / Я. А. Соловьёв, В. А. Пилипенко // Докл. БГУИР. – 2020. – Т. 18, № 1. – С. 81–88. http://dx.doi.org/10.35596/1729-7648-2020-18-1-81-88