СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИЛИЦИДОВ МЕТАЛЛОВ
METHOD OF PRODUCING METAL SILICIDES

Изобретение относится к технологии электронной промышленности и может быть использовано для формирования соединений «металл-полупроводник».
2
3
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/см в течение 1-10 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.
2
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/см 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.
α1
α1
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 титана и K 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.
2
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/см 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.
14
2
2
Пример 1. Приповерхностный слой кремния марки КДБ-10 с ориентацией (100) по известному способу аморфизируется путем имплантации ионов мышьяка с энергией 30 кэВ, дозой 3·10 ион/см, наносят слой титана и плавят в среде азота лазерным излучением с плотностью энергии 0,45 Дж/см, длительностью импульса 0,1 мкс. Результаты испытания приведены в табл.1 (пример 1).
2
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/см, 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.
2
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/см, длительности разряда 100 и 150 мкс, частоте магнитного поля 2000, Гц и индукции 12,0 мТл.
Таблица 2
№ Примера
Плотность энер-гии, Дж/см<sup>2</sup>
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.