Способ формирования силицидов металлов

Изобретение относится к полупроводниковой технологии. Техническим результатом изобретения является уменьшение величины удельного поверхностного сопротивления и относительного разброса значений поверхностного сопротивления силицидов металлов за счет получения глубокого однородного силицидного слоя и упрощение способа. Сущность изобретения заключается в том, что в способе формирования силицидов металлов, включающем осаждение металла на кремний и его плавление, плавление осуществляют воздействием компрессионного плазменного потока продолжительностью 50-200 мкс, плотностью энергии 8-20 Дж/см² в переменном магнитном поле, перпендикулярном плоскости осажденного металла, с частотой 1300-2000 Гц или 2100 Гц и индукцией 0,22-12 мТл или 12,5 мТл. 4 ил, 2 табл.

 

Изобретение относится к технологии электронной промышленности и может быть использовано для формирования соединений «металл-полупроводник».

Известен способ формирования силицидов металлов [1], включающий нанесение металла на кремний, облучение ионами элементов, обладающих электроотрицательностью, меньшей, чем электроотрицательность нанесенного металла, и последующий нагрев структуры «металл-кремний» СВЧ-излучением с основной частотой 950 МГц-1000 ГГц, плотностью поглощенной энергии излучения 0,2-2 кДж/см² в течение 1-10³ с.

Известный способ не обеспечивает формирования глубокого силицидного слоя с низким поверхностным сопротивлением из-за диффузионного характера переноса металла и кремния.

Наиболее близким к заявляемому является способ формирования силицидного слоя на кремниевой подложке [2], включающий аморфизацию кремния, осаждение металла на кремний и последующее его плавление лазерным излучением в среде рабочего газа.

Известный способ также не обеспечивает формирования глубокого силицидного слоя и однородности распределения силицида по поверхности из-за малой длительности лазерного импульса при плавлении металла и кремния.

Техническим результатом изобретения является уменьшение величины поверхностного сопротивления и относительного разброса значений поверхностного сопротивления силицидов металлов за счет обеспечения глубокого и однородного силицидного слоя и упрощение способа.

Технический результат достигается тем, что в способе формирования силицидов металлов, включающем осаждение металла на кремний и его плавление, плавление осуществляют воздействием компрессионного плазменного потока продолжительностью 50-200 мкс, плотностью энергии 8-20 Дж/см² в переменном магнитном поле, перпендикулярном плоскости осажденного металла, с частотой 1300-2000 или 2100 Гц и индукцией 0,22-12 или 12,5 мТл.

При таком способе формирования силицидов металлов достигается глубокое проплавление металла и кремния и их эффективное перемешивание, что обеспечивает формирование глубокого и однородного силицидного слоя, и соответственно уменьшение удельного поверхностного сопротивления и относительного разброса значений удельного поверхностного сопротивления. Исключение необходимой в известном способе операции аморфизации кремния упрощает способ.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено растровоэлектронно-микроскопическое изображение поверхности слоя силицида титана, полученного по известному способу, на фиг.2 изображены распределения интенсивностей линий характеристического рентгеновского излучения K_α1 титана и K_α1 кремния, измеренные вдоль линии А-А на фиг.1, пропорциональных концентрациям титана и кремния соответственно; на фиг.3 представлено растровоэлектронно-микроскопическое изображение поверхности слоя силицида титана, полученного по заявляемому способу, на фиг.4 приведены распределения интенсивностей линий характеристического рентгеновского излучения титана и кремния, измеренные вдоль линии А-А на фиг.3.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом.

На монокристаллическую пластину кремния (кристаллографическая ориентация (100)) размером 10×10 мм наносят на установке вакуумно-дугового осаждения ВУ-2МБС металлическое покрытие толщиной 1,5 мкм. Пластину с нанесенным металлом помещают в камеру магнитоплазменного компрессора компактной геометрии. Из камеры откачивают воздух до давления 400 Па и вводят рабочий газ - азот. Осуществляют воздействие компрессионным плазменным потоком, генерируемым в камере магнитоплазменного компрессора, продолжительностью 50-200 мкс, плотностью энергии 8-20 Дж/см² в переменном магнитном поле, перпендикулярном плоскости нанесенного металла, с частотой 1300-2000 или 2100 Гц и индукцией 0,22-12 или 12,5 мТл.

Изобретение иллюстрируется примерами.

Примеры формирования силицидов титана.

Пример 1. Приповерхностный слой кремния марки КДБ-10 с ориентацией (100) по известному способу аморфизируется путем имплантации ионов мышьяка с энергией 30 кэВ, дозой 3·10¹⁴ ион/см², наносят слой титана и плавят в среде азота лазерным излучением с плотностью энергии 0,45 Дж/см², длительностью импульса 0,1 мкс. Результаты испытания приведены в табл.1 (пример 1).

Примеры 2-196. На поверхность кремния КДБ-10 с ориентацией (100) по заявляемому способу наносят слой титана и обрабатывают компрессионными плазменными потоками с плотностью энергии 5, 8, 13, 20, 22 Дж/см², длительностью разряда 45, 50, 100, 200, 300 мкс в переменном магнитном поле, перпендикулярном плоскости полупроводникового материала, с частотой 1200, 1300, 1900, 2000, 2100, Гц и индукцией 0,2, 0,22, 6,0, 12,0, 12,5 мТл. Режимы обработки и результаты испытаний сведены в табл.1 (примеры 2-196).

Для исследования однородности распределения силицида титана по поверхности при его формировании по известному и заявляемому способу были проведены исследования методами растровой электронной микроскопии и рентгеноспектрального микроанализа на микроскопе LEO1455VP с энергодисперсионным рентгеновским микроанализатором Röntec. Как видно из фиг.2, интенсивность линии характеристического рентгеновского излучения кремния, и соответственно его концентрация, при сканировании вдоль поверхности изменяется примерно в 3 раза, что говорит о неоднородности распределения силицида по поверхности при его формировании по известному способу. Как видно из фиг.4, интенсивности линий характеристического рентгеновского излучения титана и кремния практически одинаковы вдоль линии сканирования, что свидетельствует об однородном распределении силицида по поверхности при его формировании по заявляемому способу.

Примеры формирования силицидов никеля.

Из серии проведенных экспериментов по формированию силицидов никеля по заявляемому способу в табл.2 приведены результаты испытаний при плотности энергии компрессионного плазменного потока 8, 13, 15 Дж/см², длительности разряда 100 и 150 мкс, частоте магнитного поля 2000, Гц и индукции 12,0 мТл.

Таблица 2
№ Примера	Плотность энер-гии, Дж/см2	Длитель-ность импуль-са, мкс	Частота магнит-ного поля, Гц	Индукция магнитного поля, мТл	Удельное поверхностное сопротив-ление, мОм/□	Относительный разброс значений удельно-го поверхностного сопротивления, %	Глубина слоя силицида, мкм
1	8	150	2000	12,0	62	24	32,59
2	13	100	2000	12,0	58	19	28,16
3	15	100	2000	12,0	67	15	38,91

Как видно из приведенных в таблицах данных, заявляемый способ по сравнению с известным обеспечивает уменьшение величины удельного поверхностного сопротивления силицида титана более чем в 7 раз, силицида никеля - более чем в 8 раз и уменьшение относительного разброса значений удельного сопротивления на более чем на 20% как для силицида титана, так и для силицида никеля.

Источники информации

1. Патент РФ №1080675; МПК 6 H01L 21/24. 1999.11.10.

2. Патент США №6387803; МПК 8 H01L 21/28, 21/268, 21/336, 21/02, 21/768, 21/70, 21/285, 21/3205, 21/265. 2002.05.14 - прототип.

Способ формирования силицидов металлов, включающий осаждение металла на кремний и его плавление, отличающийся тем, что плавление осуществляют воздействием компрессионного плазменного потока продолжительностью 50-200 мкс, плотностью энергии 8-20 Дж/см² в переменном магнитном поле, перпендикулярном плоскости осажденного металла, с частотой 1300-2000 Гц или 2100 Гц и индукцией 0,22-12 мТл или 12,5 мТл.