FORMATION AND PROPERTIES OF NANOMETER-THICK PLATINUM SILICIDE LAYERS

AUTOR(ES)
FONTE

IBICT - Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia

DATA DE PUBLICAÇÃO

1996

RESUMO

Os filmes finos de siliceto de platina são largamente usados em dispositivos de silício como contatos ôhmico e Schottky. Têm-se demonstrado recentemente que barreiras Schottky empregando filmes ultra-finos de siliceto de platina (espessura <10 nm) podem ser usados em fotodetecção no infravermelho próximo. Neste trabalho foi estudada a formação de filmes finos de siliceto de platina e suas propriedades elétricas em função da temperatura de recozimento. A influência de duas condições diferentes de preparação foram analisadas, isto é, estudou-se filmes de siliceto de platina obtidos por reação no estado sólido: a) em presença de uma camada interfacial de óxido de silício nativo de espessura variável; b) sobre substratos de silício que sofreram danos de irradiação em superfície, com profundidades variáveis, devido a uma limpeza adicional com bombardeamento por plasma. O interesse na investigação da influência dessas duas imperfeições do processo de limpeza da superfície do substrato sobre a reação Pt-Si e sobre as características estruturais e elétricas dos filmes de siliceto de platina é de origem tecnológica: tanto uma como outra ocorrem freqüentemente na rotina de fabricação de tais filmes. Apesar de ser um evento freqüente, até nossos dias, contraditoriamente, muito pouco foi relatado a respeito na literatura. A qualidade e a reprodutibilidade dos films de siliceto de platina em fabricação rotineira depende fortemente do controle do processo, onde a limpeza do substrato desempenha um papel fundamental. O óxido de silício nativo pode estar presente devido a uma remoção incompleta por ataque químico antes da deposição do metal ou devido a um rápido recrescimento da camada de óxido após ataque químico. Sabe-se que uma camada de óxido interfacial pode causar problemas na metalização no contato de platina, embora as características resultantes dos filmes de siliceto de platina obtidos em função da espessura do óxido interfacial e da temperature de recozimento não sejam bem conhecidas. Por outro lado, para garantir a remoção completa da camada de oxido nativo, principalmente durante o delicado processo de fabricação de filmes ultra-finos de siliceto, um bombardeamento por plasma é aplicado sobre a superfície do substrato antes da deposição do metal. Este procedimento pode introduzir uma certa quantidade de danos na superfície do substrato que, por sua vez, podem influenciar a reação Pt-Si bem como a morfologia, cristalografia e características elétricas dos filmes obtidos. As amostras foram preparadas usando-se diferentes ataques químicos e procedimentos para obter-se a remoção completa e incompleta do óxido nativo. O ataque por plasma na superfície do substrato foi aplicado com duração e potência de descarga variáveis a fim de obter diferentes profundidades de danos de irradiação por plasma. A reação de silicidação foi executada em temperaturas de recozimento diferentes. Cinco técnicas de caracterização foram empregadas para estudar essas amostras: Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM), Microscopia Eletrônica de Varredura (SEM), Microscopia de Fotoelétrons (PEM), Fotoemissão Interna (IPE) e Medidas por Quatro-Pontas. Das três primeiras técnicas foram obtidas informações de caráter morfológico, composicional, estrutural e cristalográfico, que foram subseqüentemente correlacionadas com as propriedades elétricas dos filmes, obtidas através das duas últimas técnicas. Observamos que os filmes de siliceto com camada de óxido interfacial de espessura de até 2.2 nm, recozidos em temperaturas apropriadas, são equivalentes aos filmes produzidos sobre substrato sem óxido no que concerne às aplicações práticas de metalização de dispositivos. As medidas de resistividade indicam o mesmo valor mínimo, 30 \ M ômega\ cm, para os filmes com e sem óxido nativo interfacial, recozidos entre 350 e 550 C. O papel representado pela camada de óxido interfacial é preponderante durante as etapas preliminares da reação Pt-Si. Na ausência do óxido interfacial, o siliceto de platina é formado facilmente mesmo a baixas temperaturas (T <200 C). Em presença do óxido interfacial, a difusão dos reagentes se processa através dos poros do óxido nativo. Neste caso, a taxa de reação entre Pt e Si e a formação das fases de siliceto dependem principalmente da densidade e do diâmetro dos poros. Na faixa de temperatura de recozimento entre 350 e 550 C, os filmes de siliceto obtidos com e sem óxido nativo interfacial alcançam uma estrutura estável, homogênea e bastante semelhante entre eles, consistindo de grãos policristalinos e epitaxiais de PtSi e uma interface siliceto/silício plana. Esta região de temperaturas de recozimento permite aos filmes de siliceto com e sem camada de óxido interfacial de alcançar condições morfológicas e cristalográficas que darão ótimas propriedades de transporte. Os filmes produzidos em presença de camada de óxido interfacial apresentam, no entanto, uma particularidade: a existência de uma sub-camada contínua de Pt2Si no topo da camada de siliceto, que se mantém inalterada mesmo sob recozimento a temperaturas mais altas. A existência desta sub-camada pode garantir a continuidade do filme de siliceto até 700 C mesmo se os grãos de PtSi abaixo dela já são epitaxiais e isolados uns dos outros. Em amostras sem óxido interfacial a sub-camada de Pt2Si não existe e a transformação para um filme do tipo \ ilha\ é observada após recozimentos a temperaturas mais baixas (550 - 600 C). A presença da sub-camada de Pt2Si é, portanto, benéfica e até mesmo desejável para melhorar as propriedades de transporte. Alguns nanômetros de danos de irradiação por ataque de plasma na superfície do substrato são benéficos aos filmes ultra-finos (3-5 nm) de siliceto de platina. Os danos por plasma contribuem para retardar o início da formação de ilhas e estendem a faixa de temperatura de recozimento na qual os filmes de siliceto de platina mantêm a continuidade e as propriedades de transporte. Em filmes de siliceto com espessura entre 4 - 5 nm os danos por plasma podem aumentar ligeiramente a resistividade. Por outro lado, danos por plasma de profundidade de alguns nanômetros podem ajudar os filmes mais finos do que 3.5 nm a melhorar as propriedades de transporte.

ASSUNTO(S)

microscopia eletrônica platinum silicide films ultra-thin films fisica

ACESSO AO ARTIGO

Documentos Relacionados