IE726 – Processos de Filmes Finos Capítulo 9.2 – Silicetos CCS Prof. Ioshiaki Doi FEEC-UNICAMP 05/04/2003.

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1 IE726 – Processos de Filmes Finos Capítulo 9.2 – Silicetos CCS Prof. Ioshiaki Doi FEEC-UNICAMP 05/04/2003

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

3 Processos de Formação Métodos de deposição do siliceto ou do metal para a silicetação são: 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: Método de reação: –Deposição do metal por sputtering; –Deposição do metal por Evaporadora e-beam. –Depois reação por RTP

4 Formação do TiSi 2 por reação: Formação do TiSi 2 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). Etapas de formação dos silicetos (TiSi 2 )

5 Formação do TiSi 2 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 (TiSi 2 )

6 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): H 2 O 2 (50ml)+H 2 0(5 0ml)+NH 4 OH(10ml ) Limpeza RCA Esquema do processo de formação dos silicetos(TiSi 2 )

7 Resistências de folha (quatro pontas) medidas após cada etapa de formação do (TiSi 2 )

8 Comportamento do R s final com o patamar do 1 o RTP

9 Comportamento do R s final com o patamar do 2 o RTP

10 Resultados de difração de raio-X (XRD) das amostras de TiSi 2 C54 (311)

11 900ºC - 10s Área = 10 X 10 m 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 amostras de TiSi 2 – AFM

12 SEM das amostras de TiSi 2 formados a temperaturas de 800ºC 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

13 SEM/EDS das amostras de TiSi 2 Amostra B2-22: 1º - 600ºC – 90s; 2º - 800ºC – 20s

14 Medidas RBS das amostras de TiSi 2 Amostra Tempo de patamar do 1 o RTA a 600ºC Tempo de patamar do 2 o RTA a 800ºC Quantidade evaporada (nm) Quantidade consumida (nm) B2-2390s20s4030 B2-2490s20s4030 B2-2290s20s4025

15 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:

16 Deposição do metal por e-beam do Ni Deposição do metal por e-beam do Ni Recozimento em temperatura de 450-600ºC no forno RTP; Recozimento em temperatura de 450-600ºC no forno RTP; Remoção seletiva do metal não reagido e de compostos que não sejam o siliceto. Remoção seletiva do metal não reagido e de compostos que não sejam o siliceto. Etapas de formação dos silicetos (NiSi) por reação:

17 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 H 2 SO 4 : H 2 O 2 = 4 : 1 Limpeza RCA Processo de formação dos silicetos (NiSi)

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

19 XRD de NiSi

20 SEM de NiSi Amostra D1-52: 700ºC/60s Amostra D1-42: 600ºC/60s

21 SEM/EDS de NiSi Amostra D1-41: 600ºC/30s Amostra D1-61: 820ºC/30s

22 Silicetos de Níquel : formado em uma etapa de temperatura de 500 a 820ºC. formado em uma etapa de temperatura de 500 a 820ºC. menor resistência de folha foi obtida nas amostras feitas em temperaturas menores que 600ºC; 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 NiSi 2 de alta resistência de folha, verificou-se a temperatura de reação entre 600 e 700ºC;. a transição de fase do NiSi de baixa resistência de folha para o NiSi 2 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; 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 / ; os silicetos formados apresentaram resistências de folha entre Rs 5 / e 20 / ; todo o metal depositado foi consumido na reação de formação. todo o metal depositado foi consumido na reação de formação.

23 Deposição dos metais por e-beam, sendo a Pt depositada primeiro, seguida pelo Ni; Deposição dos metais por e-beam, sendo a Pt depositada primeiro, seguida pelo Ni; Recozimento em temperatura de 450-800ºC no forno RTP; Recozimento em temperatura de 450-800ºC no forno RTP; Remoção seletiva do metal não reagido e de compostos que não sejam o siliceto. Remoção seletiva do metal não reagido e de compostos que não sejam o siliceto. Etapas de formação dos silicetos Ni(Pt)Si por reação:

24 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:HNO 3 :HCl :H 2 O Limpeza RCA Processo de formação dos silicetos (Ni(Pt)Si)

25 Resistências de folha (quatro pontas) das amostras de Ni(Pt)Si

26 XRD de Ni(Pt)Si

27 AFM das amostras de Ni(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

28 SEM das amostras de Ni(Pt)Si Amostra C1-41: 600ºC/30s Amostra C1-23: 500ºC/60s

29 SEM/EDS das amostras de Ni(Pt)Si Amostra C1-71: 900ºC/30s

30 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) C1-1345030/1528/15 C1-2150030/1531/15 C1-3355030/1530/15

31 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; 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; 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)Si 2 de alta resistência de folha se verifica a temperaturas entre 820ºC e 900ºC; a transição de Ni(Pt)Si de baixa resistência para Ni(Pt)Si 2 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. em temperaturas elevadas da ordem de 900ºC com tempos de exposição maiores que 30s, pode ocorrer uma degradação do filme.

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

33 ReferênciasReferências 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.