Особенности структурно-фазовых превращений в слоях сплава Ni–Pt–V на кремнии при быстрой термической обработке

Методами резерфордовского обратного рассеяния, рентгенофазового анализа, просвечивающей электронной микроскопии и дифракции установлены особенности структурно-фазовых превращений в слоях сплава Ni–Pt–V толщиной 30 нм на поверхности монокристаллического n-Si(111) при быстрой термической обработке некогерентным световым потоком постоянной мощности от кварцевых галогенных ламп, направленным на обратную сторону подложки, длительностью 7 с до достижения температуры от 350 до 500 °С. Показано, что в данных условиях термообработки происходит формирование слоев Ni_хSi_y, характеризующихся различной степенью упорядоченности (эпитаксиальности). Установлено, что быстрая термообработка при температуре 350 °С сопровождается перераспределением атомов никеля и кремния до состава ∼Ni₃Si на границе раздела пленка-подложка с уменьшением доли Si к поверхности с формированием доменов гексагональной (P321) фазы силицида β-Ni₃₁Si₁₂ эпитаксиальных подложек. Быстрая термообработка при температуре от 400 до 500 °С приводит к дальнейшему диффузионному перераспределению реагирующих компонентов до композиционного состава ∼Ni₅₀Si₅₀ и формированию орторомбической (Pnma) фазы силицида NiSi, имеющего трансротационную степень эпитаксиальности. При этом упорядоченный рост силицида NiSi происходит на эпитаксиальных доменах β-Ni₃₁Si₁₂, сохраняющихся на границе раздела силицид-подложка вплоть до температуры 500 °С.

1. Borisenko V. E., Heskesth P. J. (1997) Rapid Thermal Processing of Semiconductors. Berlin, Springer.

2. Chen L. J. (2004) Silicide Technology for Integrated Circuits. London, Institution of Engineering and Technology.

3. Wolansky D., Blaschke J. P., Drews J., Grabolla T., Heinemann B., Lenke T., et al. (2020) Nickel and Nickel-Platinum Silicide for BCDMOS Devices. ECS Trans. 98 (5), 351–361. http:/doi.org/10.1149/09805.0351ecst.

4. Wang R. N., Feng J. Y., Huang Y. (2003) Mechanism About Improvement of NiSi Thermal Stability for Ni/Pt/Si (111) Bi-Layered System. Applied Surface Science. 207 (1–4), 139–143. http://doi.org/10.1016/S0169-4332(02)01327-2.

5. Adusumilli P., Seidman D., Murray C. (2012) Silicide-Phase Evolution and Platinum Redistribution During Silicidation of Ni0.95Pt0.05/Si(100) Specimens. Applied Physics Letters. 112 (6). http://doi.org/10.1063/1.4751023.

6. Li M. Y., Chen J. M., Liu C. C., Lin J. F. (2011) CESL-Stressor-Induced Morphological Instability of Pt-Dissolved Ni Germanosilicide Formed on Silicon Germanium Epilayer. IEEE Electron Device Letters. 32 (12), 1725–1727. http://doi.org/10.1109/LED.2011.2166991.

7. Mangelinck D., Dai J. Y., Pan J. S., Lahiri S. K. (1999) Enhancement of Thermal Stability of NiSi Films on (100)Si and (111)Si by Pt Addition. Applied Physics Letters. 75 (12), 1736–1738. http://doi.org/10.1063/1.124803.

8. Cioldin F. H., Diniz J. A., Vaz A. R., Calligaris G. A., Cardoso L. P. et al. (2017) Study of the Phase Transitions of Nickel Platinum Silicide Obtained by Sputtering and Rapid Thermal Processing. 32nd Symposium on Microelectronics Technology and Devices (SBMicro). http://doi.org/10.1109/SBMicro.2017.8113007.

9. Ahmet P., Shiozawa T., Nagahiro K., Nagata T., Kakushima K., Tsutsu K., et al. (2008) Thermal Stability of Ni Silicide Films on Heavily Doped n+ and p+ Si Substrates. Microelectronic Engineering. 85 (7), 1642–1646. http://doi.org/10.1016/j.mee.2008.04.001.

10. Lee P. S., Pey K. L., Mangelinck D., Ding J., Chi D. Z., Chan L. (2001) New Salicidation Technology with Ni(Pt) Alloy for MOSFETs. IEEE Electron Device Letters. 22 (12), 568–570. http://doi.org/10.1109/55.974579.

11. Detavernier C., Özcan A. S., Jordan-Sweet J., Stach E. A., Tersoff J., Ross F. M., et al. (2003) An Off-Normal Fibre-Like Texture in Thin Films on Single-Crystal Substrates. Nature. 426, 641–645. http://doi.org/10.1038/nature02198.

12. Murarka S. P. (1986) Silicides for VLSI Applications. Moscow, Mir Publ. 176 (in Russian).

13. Tu K. N., Chu W. K., Mayer J. W. (1975) Structure and Growth Kinetics of Ni2Si on Silicon. Thin Solid Films. 25 (2), 403–413. http://doi.org/10.1016/0040-6090(75)90058-9.

14. Frank K., Schubert K. (1971) Kristallstruktur von Ni31Si12. Acta Crystallographica Section B. 27 (5), 916–920. https://doi.org/10.1107/S0567740871003261.

15. Hirsch P. B., Howie A., Nicholson R. B., Pashley D. W., Whelan M. J. (1968) Electron Microscopy of Thin Crystals. Moscow, Mir Publ. 574 (in Russian).

16. Tomas G., Goridge M. J. (1983) Transmission Electron Microscopy of Materials. Moscow, Nauka Publ. (in Russian).

17. Alberti A., Bongiorno C., Alippi P., Magna A. L., Spinella C., Rimini E. (2006) Structural Characterization of Ni2Si Pseudoepitaxial Transrotational Structures on [001] Si. Acta Crystallografica Section B. 62 (5), 729–736. https://doi.org/10.1107/S0108768106029727.

18. Alberti A., Magna A. L. (2013) Role of the Early Stages of Ni-Si Interaction on the Structural Properties of the Reaction Products. Journal of Applied Physics. 114 (12). https://doi.org/10.1063/1.4818630.