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IE726 – Processos de Filmes IE726 – Processos de Filmes FinosFinos
Capítulo 9.1 – Capítulo 9.1 – Silicetos Silicetos Prof. Ioshiaki Doi
FEEC-UNICAMP05/04/2003
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•O Que São Silicetos?O Que São Silicetos?
Formado por reação de metal (de Formado por reação de metal (de transição ou nobre) com Si. transição ou nobre) com Si. Exemplos: TiSiExemplos: TiSi22, TaSi, TaSi22, MoSi, MoSi22, CoSi, CoSi22, , WSiWSi22, PtSi, PtSi22, etc.; , etc.;
Resistência mais baixa que o si-poli. Resistência mais baixa que o si-poli. Excelente para contato, metal de Excelente para contato, metal de porta e resistor de filmes finos;porta e resistor de filmes finos;
Ponto de fusão mais alto que Al Ponto de fusão mais alto que Al pode suportar temperaturas mais pode suportar temperaturas mais altas.altas.
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•11oo Material de Contato Material de Contato - Al- Al
Fácil de depositar e fazer corrosão;Fácil de depositar e fazer corrosão; Resistência a temperatura pobre, Resistência a temperatura pobre,
devido ao baixo ponto de fusão;devido ao baixo ponto de fusão; Problemas de eletromigração para Problemas de eletromigração para
altas densidades de corrente;altas densidades de corrente; Problemas de spiking: Al penetra no Problemas de spiking: Al penetra no
Si e forma liga, arruinando o Si e forma liga, arruinando o dispositivo. Inadequado para dispositivo. Inadequado para junções rasas.junções rasas.
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•Material de Contato Material de Contato Seguinte: Si-Policristalino Seguinte: Si-Policristalino (si-poli)(si-poli)
Compatibilidade com processamento Compatibilidade com processamento a altas temperaturas;a altas temperaturas;
Compatibilidade de função de Compatibilidade de função de trabalho, não necessita de barreiras;trabalho, não necessita de barreiras;
Excelente interface com SiOExcelente interface com SiO22,,
Mesmo altamente dopado, alta Mesmo altamente dopado, alta resistividade (1000 resistividade (1000 -cm).-cm).
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•Porque Contato de Porque Contato de Siliceto?Siliceto?
Boa estabilidade térmica;Boa estabilidade térmica; Boa condutividade elétrica – Boa condutividade elétrica –
melhor que o si-poli;melhor que o si-poli; Reação de silicetação é um Reação de silicetação é um
importante mecanismo para importante mecanismo para eliminação de óxido nativo, eliminação de óxido nativo, traps e defeitos da interface traps e defeitos da interface contato mais confiável.contato mais confiável.
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•Tabela de Resistividades Tabela de Resistividades ((-cm)-cm)
CuCu 1.71.7 TiSiTiSi22 13 – 1613 – 16
AuAu 2.22.2 CoSiCoSi22 14 - 2014 - 20
AlAl 3.1 – 3.1 – 3.33.3
Pt-SiPt-Si 28 – 3528 – 35
MoMo 4.84.8 TaSiTaSi22 35 – 4535 – 45
WW 5.55.5 WSiWSi22 30 – 7030 – 70
TaTa 5050 MoSiMoSi22 40 - 9040 - 90
Poly-SiPoly-Si 10001000
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•Pontos de FusãoPontos de Fusão
MaterialMaterial Ponto de Fusão Ponto de Fusão (ºC)(ºC)
Coef. Expansão Coef. Expansão Térmica Térmica (10(10-6-6/ºC)/ºC)
SiSi 14201420 3.03.0
Si-poliSi-poli 14701470 3.03.0
TiTi 16701670 8.58.5
MoMo 26202620 5.05.0
WW 34103410 4.54.5
TaTa 29962996 6.56.5
TiSiTiSi22 15401540 10.510.5
TaSiTaSi22 24002400 8.88.8
WSiWSi22 21652165 6.26.2
MoSiMoSi22 18701870 8.28.2
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• Metais que podem formar Metais que podem formar Silicetos:Silicetos:
Todos os metais podem formar silicetos. Exceto os que encontram dentro das linhas cheias.
Metais dentro das linhas quebradas, formam silicetos por reação térmica a temperaturas moderadas.
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•Requisitos para Materiais Requisitos para Materiais Silicetos 1Silicetos 1
Baixa resistividade;Baixa resistividade; Fácil formação;Fácil formação; Propriedade de controle da Propriedade de controle da
oxidação;oxidação; Estabilidade a alta Estabilidade a alta
temperatura;temperatura; Superfície lisa;Superfície lisa; Resistente a corrosão.Resistente a corrosão.
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•Requisitos para Materiais Requisitos para Materiais Silicetos 2Silicetos 2
Formação de contato estável em Si e Formação de contato estável em Si e Al;Al;
Excelente adesão;Excelente adesão; Baixo estresse;Baixo estresse; Resistente a eletromigração;Resistente a eletromigração; Baixa resistência de contato e ohmico;Baixa resistência de contato e ohmico; Estabilidade durante processamento a Estabilidade durante processamento a
alta temperatura.alta temperatura.
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• Métodos de Formação de Métodos de Formação de SilicetosSilicetos
Reação metalúrgica direta com o metal Reação metalúrgica direta com o metal depositado por evaporação, sputter ou depositado por evaporação, sputter ou CVD:CVD:
M + xSi M + xSi MSi MSixx
Co-evaporação de fontes Co-evaporação de fontes independentes de Si e M;independentes de Si e M;
Co-sputtering de alvos independentes Co-sputtering de alvos independentes de Si e M;de Si e M;
Sputtering de alvos compostos de MSiSputtering de alvos compostos de MSixx;; Deposição por CVD.Deposição por CVD.
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•Aplicação de SilicetosAplicação de Silicetos
Metalização de porta (policeto) (1);
Metal de contato ohmico/barreira (tecnologia Salicide) (2);
Interconexão Local (3);
Resistores de filmes finos.
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•Estrutura PolicetoEstrutura PolicetoSi-poli/siliceto
Formado depositando o metal sobre o si-poli e reagindo para formar o siliceto + si-poli: Deposição do metal;
Recozimento para formar o siliceto;
Remoção seletiva do metal não reagido.
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•PolicetoPoliceto
Usado principalmente para redução Usado principalmente para redução da resistência de porta de da resistência de porta de dispositivos MOS;dispositivos MOS;
Tem função de trabalho de si-poli;Tem função de trabalho de si-poli; Tem interface si-poli/SiOTem interface si-poli/SiO22 confiável; confiável;
Pode ser passivado por oxidação.Pode ser passivado por oxidação.
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•Processo Salicide (self-Processo Salicide (self-aligned silicide)aligned silicide)
Etapas envolvidas: Etapas envolvidas: – Formação de espaçador lateral Formação de espaçador lateral
(óxido ou nitreto);(óxido ou nitreto);– Deposição do metal por PVD;Deposição do metal por PVD;– Recozimento para reação de Recozimento para reação de
silicetação;silicetação;– Remoção seletiva de metais não Remoção seletiva de metais não
reagidos sem afetar o siliceto.reagidos sem afetar o siliceto.
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•Processo SalicideProcesso Salicide• Siliceto de Titânio auto-alinhadoSiliceto de Titânio auto-alinhado
Deposição
de Ti
Recozimento para
Silicetação
Remoção de Ti
Salicide – parte integrante do processo CMOS atual.
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•Alguns Silicetos para Alguns Silicetos para Contatos 1Contatos 1
• Ti-SiTi-Si Não reativo em reações térmicas;Não reativo em reações térmicas; TiSi (500 ºC) e TiSiTiSi (500 ºC) e TiSi22 (600 ºC); (600 ºC); Excelente propriedade de adesão com Excelente propriedade de adesão com
Si e SiOSi e SiO22;; Tecnologicamente importante.Tecnologicamente importante.
• W-SiW-Si Não reativo e abrupto em reações Não reativo e abrupto em reações
térmicas;térmicas; 500 ºC, observa-se mistura;500 ºC, observa-se mistura; 750 ºC, observa-se formação de WSi750 ºC, observa-se formação de WSi22..
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• Ni-SiNi-Si Observa mistura e reação Observa mistura e reação
expontânea;expontânea; NiNi22Si (<300 ºC); Si (<300 ºC);
NiNi55SiSi22 (400 ºC), (400 ºC),
NiNi33Si (450 ºC);Si (450 ºC); NiSi (350 – 750 ºC);NiSi (350 – 750 ºC); NiSiNiSi22 (750 ºC) – estável. (750 ºC) – estável.
•Alguns Silicetos para Alguns Silicetos para Contatos 2Contatos 2
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• Au-SiAu-Si Reativo com mistura substancial mesmo a Reativo com mistura substancial mesmo a
baixas temperaturas;baixas temperaturas; Tendência de formação de ligas, mais do Tendência de formação de ligas, mais do
que siliceto;que siliceto; Observa envelhecimentoObserva envelhecimento
• Pd-SiPd-Si Reativo em reações térmicas;Reativo em reações térmicas; Forma PdSi a 700 ºC;Forma PdSi a 700 ºC; PdPd22Si – rejeita dopantes (As, P, etc.) Si – rejeita dopantes (As, P, etc.)
fazendo deslocar para a interface Si-fazendo deslocar para a interface Si-siliceto, aumentando a concentração de siliceto, aumentando a concentração de dopante na superfície.dopante na superfície.
•Alguns Silicetos para Alguns Silicetos para Contatos 3Contatos 3
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• Pt-SiPt-Si PtPt22Si (200-500 ºC) e PtSi (300 ºC);Si (200-500 ºC) e PtSi (300 ºC); Observa rejeição de dopantes;Observa rejeição de dopantes; Forma uma das barreiras mais altas Forma uma das barreiras mais altas
resistência de contato alto.resistência de contato alto.• Co-SiCo-Si
Tecnologicamente importante, superior ao Tecnologicamente importante, superior ao Ti-Si;Ti-Si;
Ao contrário de Ti, não forma Ao contrário de Ti, não forma aglomerações a temperaturas altas. aglomerações a temperaturas altas. Temperatura de recozimento é baixo;Temperatura de recozimento é baixo;
Formado em 2 etapas: primeira forma Formado em 2 etapas: primeira forma CoSi a 450 ºC e a segunda, CoSiCoSi a 450 ºC e a segunda, CoSi22 a 700 ºC. a 700 ºC.
•Alguns Silicetos para Alguns Silicetos para Contatos 4Contatos 4
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•Rugosidade de Vários Rugosidade de Vários FilmesFilmes
Si-poli dopado
Ti sobre si-poli, 900ºC em H2
Ta sobre si-poli, 1000ºC em H2
Co-sputtering de TaSi sobre si-poli, recozido a 1000ºC
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•Silicetos para Aplicações Silicetos para Aplicações ULSIULSI
TiSiTiSi22 e CoSi e CoSi22 são os mais atrativos são os mais atrativos
Dificuldades do processo Salicide de TiSi2:
Aumento da resistência do TiSi2 com diminuição da largura da linha;
Aumento de Rs do TiSi2 sobre si-poli dopado, devido a supressão da reação de siliceto;
Solução: amorfização da superfície do si-poli n+/p+ antes da deposição do Ti. Pré-amorfização aumenta nucleação do C54 e melhora a uniformidade da reação de siliceto.
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•Formação do TiSiFormação do TiSi22
Recozimento em 2 etapas (650ºC e 750-800ºC) Recozimento em 2 etapas (650ºC e 750-800ºC) e remoção seletiva do Ti não reagido;e remoção seletiva do Ti não reagido;
2 etapas, inibe o crescimento lateral do TiSi2 etapas, inibe o crescimento lateral do TiSi22, , por causa do TiN formado no primeiro anneal por causa do TiN formado no primeiro anneal sobre a superfície do TiSisobre a superfície do TiSi22 atual como atual como barreira para o metal durante a segunda etapa;barreira para o metal durante a segunda etapa;
22aa etapa a 800ºC: transformação C49 para C54; etapa a 800ºC: transformação C49 para C54; C49 filme de alta resistência e C54 fase de C49 filme de alta resistência e C54 fase de
baixa resistência;baixa resistência; Forma uma camada de TiSiForma uma camada de TiSi22 uniforme de baixa uniforme de baixa
resistência sobre si-poli dopado.resistência sobre si-poli dopado.
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•Siliceto de Cobalto Siliceto de Cobalto (CoSi(CoSi22))
Limitações do processo salicide de Limitações do processo salicide de Ti: Ti: – Dimensões < 0.25 Dimensões < 0.25 m, causa aumento m, causa aumento
da temperatura de transição C49 da temperatura de transição C49 C54; C54;– A diminuição da espessura do siliceto, A diminuição da espessura do siliceto,
causa aglomeração;causa aglomeração;Reduz janela de temperatura do Reduz janela de temperatura do
processo salicide de Ti.processo salicide de Ti.
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•Características do Características do CoSiCoSi22
A temperatura de formação do CoSiA temperatura de formação do CoSi22 de fase de baixa resistência é de fase de baixa resistência é independente da dimensão das linhas;independente da dimensão das linhas;
Portanto, processo salicide apropriado Portanto, processo salicide apropriado para dimensões < 0.25 para dimensões < 0.25 m;m;
Processo de TiSiProcesso de TiSi22 está sendo está sendo substituído por CoSisubstituído por CoSi22 em tecnologias em tecnologias avançadas.avançadas.
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Co oxida facilmente Co oxida facilmente requer camada requer camada de proteção de TiN para prevenir da de proteção de TiN para prevenir da oxidação e obtenção de CoSioxidação e obtenção de CoSi22 uniforme; uniforme;
Co depositado por sputtering, seguido Co depositado por sputtering, seguido de TiN, sem quebrar o vácuo;de TiN, sem quebrar o vácuo;
Formação feita em 2 etapas de RTA. Formação feita em 2 etapas de RTA. TiN e os metais não reagidos são TiN e os metais não reagidos são removidos seletivamente após o 1removidos seletivamente após o 1oo RTA. O 2RTA. O 2oo RTA transforma CoSi e CoSi RTA transforma CoSi e CoSi22..
•Características do Características do CoSiCoSi22
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•Espessura do TiSiEspessura do TiSi22 vs. vs. Temperatura e Tempo de Temperatura e Tempo de
RTARTA
Wafer: <100> p-type Si;
Deposição do metal: 200 nm de sputtering de Ti.
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•Estrutura do Siliceto de Estrutura do Siliceto de TitânioTitânio
36 38 40 42 44
Titanium Silicide
C54 - (040)
C49 - (131)
1-24 - 600 °C
1-36 - 700 °C
1-44 - 800 °C
1-54 - 900 °C
C54 - (311)
1-15 - 550 °C
Inte
nsit
y (
a.u
.)
2 ( ° )
XRD de siliceto de titânio
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•Propridedades do TiSiPropridedades do TiSi22 e e CoSiCoSi22
Resistência de Folha do TiSi2 vs. Temperatura do RTA
T > 700ºC, Rs 3 /sq, devido a transição para fase C54 de baixa resistência.
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Redução das dimensões para escala menores que quarto de micron, a resistência de folha do TiSi2 aumenta consideravelmente. A dimensão decresce para valor comparável ao tamanho do grão de C54 TiSi2 ocorre falta de sítio para nucleação requer temperatura mais alta para formação do TiSi2 de fase C54.
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•Resistência de Folha do Resistência de Folha do CoSiCoSi22
Rs da ordem de 3 /sq para T de 700 – 950ºC.
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•Dependência do CoSiDependência do CoSi22 com com a dimensão da linhaa dimensão da linha
A vantagem comparada com o TiSi2 é bastante clara. O CoSi2 não degrada com a redução da linha para dimensões menores que 0.25 m.
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Referências :