IE726 – Processos de Filmes IE726 – Processos de Filmes FinosFinos

Capítulo 9.2 – Silicetos Capítulo 9.2 – Silicetos CCSCCSProf. Ioshiaki Doi

FEEC-UNICAMP05/04/2003

Resultados de Silicetos de Ti, Resultados de Silicetos de Ti, Ni e Ni(Pt) feitos no CCSNi e Ni(Pt) feitos no CCS

Processos de FormaçãoProcessos de Formação

• Métodos de deposição do siliceto ou do Métodos de deposição do siliceto ou do metal para a silicetação são:metal para a silicetação são:– Sputtering e co-sputteringSputtering e co-sputtering; ; – Evaporação e co-evaporação por Evaporação e co-evaporação por e-beame-beam;;– CVD (CVD (Chemical Vapor DepositionChemical Vapor Deposition).).

• Método de reação:Método de reação:– Deposição do metal por sputtering;Deposição do metal por sputtering;– Deposição do metal por Evaporadora Deposição do metal por Evaporadora e-e-

beambeam..– Depois reação por RTPDepois reação por RTP

Formação do TiSiFormação do TiSi22 por reação: por reação:– Deposição do metal por e-beam do Ti;Deposição do metal por e-beam do Ti;– Primeiro recozimento RTP a 500-600ºC;Primeiro recozimento RTP a 500-600ºC;– Remoção seletiva do metal não reagido Remoção seletiva do metal não reagido

e dos compostos formados na e dos compostos formados na superfície, para evitar o crescimento superfície, para evitar o crescimento lateral do siliceto em dispositivos;lateral do siliceto em dispositivos;

– Segundo recozimento RTP a 800-900ºC, Segundo recozimento RTP a 800-900ºC, para a mudança de fase do siliceto, da para a mudança de fase do siliceto, da fase mais resistiva(C49) para a fase de fase mais resistiva(C49) para a fase de menor resistência(C54).menor resistência(C54).

Etapas de formação dos silicetos Etapas de formação dos silicetos

(TiSi(TiSi22))

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.

Formação dos silicetos Formação dos silicetos

(TiSi(TiSi22))

•Dip de HF 1:10;

•Deposição de Ti na Evaporadora

E-Beam (D.R. =0.8 Å/s).

1º recozimento RTA(Silicetação)550ºC até 600ºC, com variações do

tempo de exposição.

Sendo 600ºC a 90s a melhor opção.

2º recozimento RTA(Silicetação)800ºC até 900ºC, com variações no

tempo de exposição.

Sendo 800ºC a 30s a melhor opção.

Remoção do titânio não reagido (TiN e TiO):H2O2(50ml)+H20(50ml)

+NH4OH(10ml)

Limpeza RCA

Esquema do processo de Esquema do processo de formação dos silicetos(TiSiformação dos silicetos(TiSi22))

Resistências de folha (quatro pontas) Resistências de folha (quatro pontas) medidas após cada etapa de formação do medidas após cada etapa de formação do

(TiSi(TiSi22))

Comportamento do RComportamento do Rss final final com o patamar do 1com o patamar do 1oo RTP RTP

125,33

78,52

7,02

31,86

6,04

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Tempo de patamar (s)

Res

istê

ncia

de

folh

a fin

al

(ohm

/qua

drad

o)

Tempo de patamar do 1ºrecozimento

Comportamento do RComportamento do Rss final com o final com o patamar do 2patamar do 2oo RTP RTP

7,55

3,93

5,064,76

8,38

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 20 30 40 60

Tempo de patamar (s)

Resi

stên

cia

de fo

lha

Fina

l (o

hm/q

uadr

ado)

tempo de patamar do segundo recozimento

Resultados de difração de raio-Resultados de difração de raio-X (XRD) das amostras de TiSiX (XRD) das amostras de TiSi22

C54 (311)

900ºC - 10s

Área = 10 X 10m

Rugosidade RMS = 5.6 nm

550ºC - 150s

880ºC – 30s

Área = 10 X 10 m

Rugosidade RMS = 5.1 nm

600ºC - 90s

800ºC – 60s

Área = 10 X 10 m

Rugosidade RMS = 9.8 nm

Morfologia das Morfologia das amostras de TiSiamostras de TiSi22 – AFM– AFM

SEM das amostras de TiSiSEM das amostras de TiSi22 formados a temperaturas de formados a temperaturas de

800ºC800ºC

Amostra 2-26 :

1º - 600ºC – 90s

2º - 800ºC – 60s

Amostra B2 -22 :

1º - 600ºC – 90s

2º - 800ºC – 20s

Amostra B2-14 :

1º - 550ºC – 120s

2º - 800ºC – 60s

SEM/EDS das amostras de TiSiSEM/EDS das amostras de TiSi22

Amostra B2-22:

1º - 600ºC – 90s; 2º - 800ºC – 20s

Medidas RBS das amostras de TiSiMedidas RBS das amostras de TiSi22

AmostraAmostra Tempo de Tempo de patamar do patamar do

11oo RTA a RTA a 600ºC600ºC

Tempo de Tempo de patamar do patamar do

22oo RTA a RTA a 800ºC800ºC

Quantidade Quantidade evaporada evaporada

(nm)(nm)

Quantidade Quantidade consumida consumida

(nm)(nm)

B2-23B2-23 90s90s 20s20s 4040 3030

B2-24B2-24 90s90s 20s20s 4040 3030

B2-22B2-22 90s90s 20s20s 4040 2525

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.

Silicetos de Titânio:Silicetos de Titânio:

Deposição do metal por e-beam Deposição do metal por e-beam do Nido Ni

Recozimento em temperatura Recozimento em temperatura de 450-600ºC no forno RTP;de 450-600ºC no forno RTP;

Remoção seletiva do metal não Remoção seletiva do metal não reagido e de compostos que reagido e de compostos que não sejam o siliceto.não sejam o siliceto.

Etapas de formação dos Etapas de formação dos

silicetos (NiSi) por reação:silicetos (NiSi) por reação:

•Dip de HF 1:10;

•deposição do Ni por Evaporadora

E-Beam (D.R. =0.8 Å/s)

RTP(Silicetação)450ºC até 820ºC, com

tempos de patamar de 30, 60 e 90s. Remoção seletiva

H2SO4 : H2O2 = 4 : 1

Limpeza RCA

Processo de formação Processo de formação

dos silicetos (NiSi)dos silicetos (NiSi)

Resistências de folha (quatro Resistências de folha (quatro pontas) das amostras de NiSipontas) das amostras de NiSi

XRD de NiSi XRD de NiSi

SEM de NiSi SEM de NiSi

Amostra

D1-52: 700ºC/60s

Amostra

D1-42: 600ºC/60s

SEM/EDS de NiSiSEM/EDS de NiSi

Amostra D1-41: 600ºC/30s Amostra D1-61: 820ºC/30s

Silicetos de Níquel :Silicetos de Níquel :

formado em uma etapa de temperatura de formado em uma etapa de temperatura de 500 a 820ºC.500 a 820ºC.

menor resistência de folha foi obtida nas menor resistência de folha foi obtida nas amostras feitas em temperaturas menores amostras feitas em temperaturas menores que 600ºC; que 600ºC;

a a transiçãotransição de fase do NiSi de baixa de fase do NiSi de baixa resistência de folha para o NiSiresistência de folha para o NiSi22 de alta de alta resistência de folha, verificou-se a resistência de folha, verificou-se a temperatura de reação entre temperatura de reação entre 600 e 700ºC600 e 700ºC;.;.

uma uma forte tendência a formação de forte tendência a formação de aglomeradosaglomerados, em temperaturas maiores que , em temperaturas maiores que 500ºC, caracteriza falta de estabilidade 500ºC, caracteriza falta de estabilidade térmica;térmica;

os silicetos formados apresentaram os silicetos formados apresentaram resistências de folha entre resistências de folha entre RsRs 5 5 // e 20 e 20 //; ;

todo o metal depositado foi consumidotodo o metal depositado foi consumido na na reação de formação.reação de formação.

Deposição dos metais por e-Deposição dos metais por e-beam, sendo a Pt depositada beam, sendo a Pt depositada primeiro, seguida pelo Ni;primeiro, seguida pelo Ni;

Recozimento em temperatura de Recozimento em temperatura de 450-800ºC no forno RTP;450-800ºC no forno RTP;

Remoção seletiva do metal não Remoção seletiva do metal não reagido e de compostos que não reagido e de compostos que não sejam o siliceto.sejam o siliceto.

Etapas de formação dos Etapas de formação dos

silicetos Ni(Pt)Si por reação:silicetos Ni(Pt)Si por reação:

•Dip de HF 1:10;

•Deposição de Pt na Evaporadora

E-Beam (D.R. =0.8 Å/s).

Deposição de Ni

RTP(Silicetação)450ºC até 820ºC, com tempos de30, 60 e 90s. Remoção seletiva do metal não reagido

usando:HNO3 :HCl :H

2O

Limpeza RCA

Processo de formação dos Processo de formação dos

silicetos (Ni(Pt)Si)silicetos (Ni(Pt)Si)

Resistências de folha (quatro Resistências de folha (quatro pontas) das amostras de pontas) das amostras de

Ni(Pt)SiNi(Pt)Si

XRD de Ni(Pt)Si XRD de Ni(Pt)Si

AFM das AFM das amostras de amostras de

Ni(Pt)SiNi(Pt)Si

550ºC - 60s

Área = 5 X 5 m

Rugosidade RMS = 1.6 nm

450ºC - 120s

Área = 10 X 10 m

Rugosidade RMS = 3.6 nm

820ºC – 60s

Área = 10 X 10 m

Rugosidade RMS = 1.6 nm

SEM das amostras de SEM das amostras de Ni(Pt)SiNi(Pt)Si

Amostra

C1-41:

600ºC/30s

Amostra

C1-23:

500ºC/60s

SEM/EDS das amostras de SEM/EDS das amostras de Ni(Pt)Si Ni(Pt)Si

Amostra

C1-71: 900ºC/30s

Medidas RBS das amostras de Medidas RBS das amostras de Ni(Pt)SiNi(Pt)Si

AmostrasAmostras Temperatura Temperatura de Formação de Formação

do Siliceto (ºC)do Siliceto (ºC)

Quantidade de Quantidade de Níquel/Platina Níquel/Platina depositados depositados

(nm)(nm)

Quantidade de Quantidade de Níquel/Platina Níquel/Platina consumidos consumidos

(nm)(nm)

C1-13C1-13 450450 30/1530/15 28/1528/15

C1-21C1-21 500500 30/1530/15 31/1531/15

C1-33C1-33 550550 30/1530/15 30/1530/15

Siliceto de Níquel com camada de Siliceto de Níquel com camada de PlatinaPlatina

formação em uma etapa de formação em uma etapa de temperatura detemperatura de 450ºC até 820ºC450ºC até 820ºC sem sem degradação, com boa uniformidade, degradação, com boa uniformidade, boa estabilidade térmica e sem boa estabilidade térmica e sem aglomerados;aglomerados;

O siliceto de Ni(Pt) pode ser formado O siliceto de Ni(Pt) pode ser formado em apenas uma etapa de temperatura em apenas uma etapa de temperatura de silicetação, com ade silicetação, com a janela de janela de temperatura de 450 a 820ºCtemperatura de 450 a 820ºC;;

aa transição transição de Ni(Pt)Si de baixa de Ni(Pt)Si de baixa resistência para Ni(Pt)Siresistência para Ni(Pt)Si22 de alta de alta resistência de folha se verifica a resistência de folha se verifica a temperaturas entretemperaturas entre 820ºC e 900ºC;820ºC e 900ºC;

em em temperaturas elevadas da ordem de temperaturas elevadas da ordem de 900ºC900ºC com tempos de exposição com tempos de exposição maiores que 30s, pode ocorrer umamaiores que 30s, pode ocorrer uma degradação do filmedegradação do filme..

Siliceto de Níquel com camada de Siliceto de Níquel com camada de PlatinaPlatina

os silicetos de Níquel e Platina os silicetos de Níquel e Platina apresentam superfícies bem planas e apresentam superfícies bem planas e uniformes comuniformes com rugosidadesrugosidades RMS deRMS de 1.5 a 4.0 nm1.5 a 4.0 nm em toda a sua extensão;em toda a sua extensão;

as amostras estudadas de silicetos de as amostras estudadas de silicetos de Níquel e Platina apresentaramNíquel e Platina apresentaram resistências de folha em torno de Rs resistências de folha em torno de Rs 5 5 /sq./sq.

todos ostodos os metais depositados (Ni e Pt) metais depositados (Ni e Pt) são consumidossão consumidos na reação de na reação de formação do siliceto.formação do siliceto.

•ReferênciasReferências1.1. Regis Eugenio dos Santos; Investigação sobre Regis Eugenio dos Santos; Investigação sobre

formação e estabilidade térmica dos filmes de silicetos formação e estabilidade térmica dos filmes de silicetos de Ni e Ni(Pt) em substratos de Si(100). Dissertação de de Ni e Ni(Pt) em substratos de Si(100). Dissertação de Mestrado, 14/02/2003, FEEC/UNICAMP.Mestrado, 14/02/2003, FEEC/UNICAMP.

2.2. R. E. Santos, I. Doi, J. A. Diniz, J. W. Swart and S. G. R. E. Santos, I. Doi, J. A. Diniz, J. W. Swart and S. G. dos Santos; Formation and Characterization of the dos Santos; Formation and Characterization of the Ni(Pt)Si and NiSi for MOS Devices; Proceedings of the Ni(Pt)Si and NiSi for MOS Devices; Proceedings of the 1717thth International Symposium on Microelectronics International Symposium on Microelectronics Technology and Devices – SBMicro 2002, pp. 109-116, Technology and Devices – SBMicro 2002, pp. 109-116, Proc. vol. 2002-8 by The Electrochem. Soc, ISBN 1-Proc. vol. 2002-8 by The Electrochem. Soc, ISBN 1-56677-328-8; Porto Alegre, RS, Brazil, September 9-14, 56677-328-8; Porto Alegre, RS, Brazil, September 9-14, 2002.2002.