МИКРОЭЛЕКТРОНИКА, 2004, том 33, № 3, с. 186-190
ТЕХНОЛОГИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ
УДК 621.382
ВЛИЯНИЕ АЗОТА НА ПРОЦЕССЫ ФАЗОВОГО РАССЛОЕНИЯ
В СИСТЕМАХ И-Со-М^^ЦОО) И И-Со^-М^^СМО) В УСЛОВИЯХ ПРЕОБЛАДАНИЯ ДИФФУЗИОННЫХ РЕАКЦИЙ
© 2004 г. А. Г. Васильев1, 2, А. Л. Васильев3, 4, Р. А. Захаров5, А. А. Орликовский1,
И. А. Хорин1, М. Эиндоу4
Физико-технологический институт Российской АН 2Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики
(технический университет) 3Институт кристаллографии Российской АН 4Институт материаловедения Коннектикутского университета, США 5Научно-исследователъский институт ядерной физики Московского государственного университета
Поступила в редакцию 03.03.2002 г.
В работе рассмотрены поверхностно-диффузионные реакции взаимодействия сплавов Т1-Со-К и Т1-Со-Б1-К с Со81х/81(100) подложками.
ВВЕДЕНИЕ
В последние годы наблюдается значительный интерес к исследованию методов формирования тонких пленок Со812 и N181, которые считаются перспективными материалами для контактных слоев в глубокосубмикронной КМОП-техноло-гии. Эти материалы имеют низкое удельное сопротивление - 15 и 10 мкОм см соответственно. Приборы на их основе не подвержены отказам из-за закороток затвор-сток, затвор-исток, поверхностное сопротивление силицида не зависит от ширины линии вплоть до размеров ~0.1 мкм.
Один из методов формирования слоев Со812 и N181 заключается в осаждении на 81 подложку сплава ПМ-ТМ, где ПМ - полублагородный металл, ТМ - тугоплавкий металл, и последующем отжиге. В результате происходит формирование структуры ПМ-ТМ/ПМ8У81.
Так в [1] рассматривается взаимодействие пленки сплава №90Т110 толщиной 100 нм с подложкой 81(100). Показано, что в результате отжига при Т = 400°С в системе происходит фазовое расслоение, в результате чего формируется структура №3Т1/№81/81. При повышении температуры отжига до 600°С усиливается диффузия 81 в верхний слой. В результате повышения температуры отжига до 800°С в слое, прилежащем к подложке, происходит переход фазы N181 в №812. Его толщина при этом составляет ~300 нм. №812 может расти на 81(100) как эпитаксиально, так и не эпитак-сиально. В первом случае фаза №812 состоит из больших зерен (до ~700 нм). В случае эпитакси-ального роста на границе раздела №81^81 наблюдается высокая плотность граней в направлениях
{111}. Верхний слой состава ~NiTiSi3 толщиной ~70 нм состоит из равноосных зерен размером до ~50 нм. Кроме того, Si достигает поверхности и начинает скапливаться на ней.
В [2] исследуется взаимодействие аморфной пленки Co05Ta05 с Si подложками. Показано, что первой фазой, которая кристаллизуется из аморфного сплава, является Co2Ta при температуре 600°С. При T = 700°С на Si(100) появляется фаза CoSi, затем CoSi2 и в заключение - TaSi2 на поверхности. Энергии активации, необходимые для формирования CoSi2 и TaSi2 на Si(100) 1.97 и 3.07-3.23, соответственно. На границе раздела пленка^(100) наблюдаются домены CoSi2 клинообразной формы (фасетки типа (111) длиной 40100 нм). В областях между фасетками Co из слоя Co-Ta может легче взаимодействовать с подложкой, образуя через CoSi фазу CoSi2. Дальнейший рост и утолщение силицида является двухмерным: латеральным и вертикальным, до получения на некоторой стадии сплошной пленки путем сращивания зерен. Диффузия Co в Si(100) быстрее (~10-4 см2/с при T = 913°С), чем диффузия Co в CoSi2. Поэтому сравнительно толстая пленка CoSi2 может вырасти в местах, где существует прямой контакт Co-Si. Кроме того, диффузия Co по поверхностям фасеток обеспечивает быстрый способ перемещения в Si и таким образом вносит вклад в общий рост CoSi2.
В [3] описывается образование CoSi2 с использованием термической реакции между аморфным слоем Co70Ti30 и подложкой Si(100). Аморфный Co70Ti30 имеет высокую температуру кристаллизации и пригоден как поставщик атомов Co для формирования соединения CoSi2. Реакция между
аморфным слоем Со70Т130 и 81(100) начинается при ~400°С с диффузии атомов Со из сплава в подложку. Этот процесс сопровождается миграцией 81 в исходный сплав (обычно при температурах свыше 500°С). Во время взаимной диффузии около подложки формируется слой, содержащий фазы Со81 и Со812. После селективного травления верхнего слоя, включающего в себя Т1, проводится дополнительный отжиг при температуре выше 600°С для полного перехода силицида к низкоомной фазе Со812.
Следующим шагом в развитии данной темы было добавление в сплав Т1-Со азота. В [4, 5] рассматривается фазовое расслоение в системе Т1-Со-К/81. Показано, что при температуре отжига ~850-900°С в системе происходит фазовое расслоение. При этом может формироваться структура ^N/^81^81. Однако, как было показано в [6, 7], в результате отжига сплава Т1-Со-К на 8Ю2 при температуре ~850-900°С происходит образование трудно удаляемых соединений. Это делает процессы фазового расслоения, проводимые с помощью объемных твердофазных реакций взаимодействия сплава Т1-Со-К со структурой 81-8Ю2, неприменимыми для самосовмещенной технологии формирования контактных систем УБИС. В тех же работах рассмотрена возможность использования поверхностно-диффузионных реакций взаимодействия пленок сплавов Т1-Со-81-К и Т1-Со-К с 81 подложкой, нагретой до температуры 650-700°С. Было отмечено несколько интересных особенностей данного процесса.
В данной работе исследуется влияние азота на фазовое расслоение в системах
Т1-Со-К/Со81х/81(100) и Т1-Со-81-К//Со81х/81(100)
при поверхностно-диффузионных реакциях взаимодействия.
ЭКСПЕРИМЕНТ
Формирование образцов проводилось в установке магнетронного распыления с безмасляной системой откачки. В качестве подложек использовались пластины р-81(100). Предельное давление в камере составляло не более 1 х 10-6 торр. Распыление титана проводилось на ёе-магнетро-не, Со и 81 - на г1-магнетроне. Перед формированием структуры поверхность подложек подвергалась специальной чистке в Аг плазме.
Для формирования первого образца на вращающуюся 81(100) подложку, нагретую до температуры ~650-700°С, распылялся сплав Со81х из двух независимых мишеней Со и 81 (мощность составляла 300 и 450 Вт, соответственно). Толщина пленки составляла с1 ~ 10-15 нм. Затем проводилось распыление сплава Т1-Со (200 и 500 Вт, соответственно) в среде
Аг + N (рАг = 3 х 10-3 торр, рК = 6 х 10-4 Тор).
Толщина пленки составляла с1 ~ 80-100 нм.
Для формирования второго образца на вращающуюся со скоростью 8 об/мин 81(100) подложку, нагретую до температуры ~650-700°С, распылялся сплав Со81х с двух независимых мишеней Со и 81 (мощность составляла 300 и 450 Вт, соответственно). При этом на подложку подавалось смещение 100 Вт. Толщина пленки составляла с1 ~ 10-12 нм. Затем проводилось распыление сплава Т1-Со-81 (300, 1000 и 450 Вт, соответственно) в среде
Аг + N (рАг = 3 х 10-2 торр, рК = 6 х 10-3 торр).
При этом на подложку подавалось смещение 100 Вт. Толщина пленки составляла с1 ~ 100-120 нм.
Образцы исследовались методами растровой электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии, энерго-дисперсионной спектрометрии, резерфордовского обратного рассеяния.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1 приведены экспериментальный и смоделированный спектры РОР для первого образца. На рис. 2 показано рассчитанное на основе спектра распределение элементов по глубине. Распределение элементов носит следующий характер: верхний слой, по составу близкий к Со3Т181, имеет толщину ~20 нм. Второй слой, по составу близкий к Со81, имеет толщину ~15 нм. Третий слой по составу близкий к Со814, имеет толщину ~45 нм. Глубина диффузии кобальта в подложку составляет ~500-550 нм. При этом максимумы концентрации Со и Т1 располагаются на поверхности.
Таким образом, в данной системе фазового расслоения не произошло. Глубокое проникновение Со в 81 подложку объясняется высоким коэффициентом диффузии атомов Со в 81. На поверхности, по-видимому, сформировались интерметаллические Т1-Со фазы и тройные Т1-Со-81 соединения.
На рис. 3 приведены экспериментальный и смоделированный спектры РОР для второго образца. На рис. 4 показано рассчитанное на основе спектра распределение элементов по глубине. Распределение элементов носит следующий характер: верхний слой толщиной ~20-30 нм содержит титан, кобальт, кремний и азот. Второй слой, по составу близкий к Со5812К имеет толщину ~35 нм. Третий слой по составу близкий Со81, имеет толщину ~15 нм. Четвертый слой, по составу близкий к Со813, имеет толщину ~20 нм. Глубина диффузии кобальта в подложку составляет ~700-750 нм.
Сравнивая рис. 2 и 4 следует отметить несколько особенностей. Второй слой на рис. 2 и третий слой на рис. 4, одинаковые по составу и толщине, по-ви-
E, МэВ
400 450 500 Номер канала
Рис. 1. Экспериментальный и смоделированный спектры POP структуры Ti-Co-N/CoSix/Si(100), полученной при температуре подложки Тп = 650-700°С.
Концентрация элементов, % 1.0
0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
/ s i
1
( C э
\
/
/
/ \
Ti \
\
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Глубина, нм
Рис. 2. Распределение элементов по глубине для структуры Т1-Со-Н/Со81х/81(100), полученной при температуре подложки Тп = 650-700°С.
димому, соответствуют слою СоБ1х, предварительно осажденному на подложку. Над этим слоем структура второго образца состоит из двух слоев, верхний из которых содержит значительное количество титана, а нижний титана не содержит. Таким образом, в данной системе произошло фазовое расслоение.
Сравнивая условия изготовления образцов можно сделать вывод о том, что фазовое расслоение во втором случае определяется присутстви-
ем в составе осаждаемого сплава азота. Известно, что устойчивые интерметаллические соединения Т1-Со образуются при сравнительно низкой температуре, ~300°С. Пр
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.