Download - N i シリサイド電極形成にともなう 欠陥導入過程の考察
N i シリサイド電極形成にともなう 欠陥導入過程の考察
一色俊之1 ,西尾弘司1 ,溝部誠2 ,中村勇1, 深田卓史3 ,吉本昌弘1 ,播磨弘1
1 京都工芸繊維大学大学院工芸科学研究科2 京都工芸繊維大学電子情報工学科3 WaferMasters Inc.
日本顕微鏡学会第 63 回学術講演会 2007 年 5 月 20 日 , 朱鷺メッセ(新潟)
Introduction ①MOS トランジスタの微細化:低消費電力・高速動作・生産性向上
Source DrainGate
MOSFET
低コンタクト抵抗化:シリサイド
ソースドレインの極浅接合 (Ultra Shallow Junction)
高キャリア濃度化
スケーリング則に基づいた,
ゲート(チャネル)長短縮 低電圧化 ゲート絶縁膜の極薄化 etc....
低抵抗電極形成: Ni シリサイド
素子製造(電極形成)に問題
浅い接合
低 VD 化
高濃度ドープ
チャネル長:短
Introduction ②
シリサイド化反応で,電極下に欠陥が生成(ピラミッド欠陥(スパイク欠陥))
リーク電流の発生 × 消費電力増大,動作不良,素子破壊
Source DrainGate
MOSFET
pyramid 欠陥
リーク電流
極浅接合 (USJ) 高キャリア濃度低抵抗電極( Ni シリサイド)
Niシリサイド層
目的:断面TEM法によるピラミッド欠陥形成過程の解明
Ni シリサイドとピラミッド欠陥
△ 積層欠陥 ダイヤモンド構造の{111}面のすべり多面体
○ シリサイド相の貫入 Si と整合する結晶格子 ⇒ NiSi2( × 蛍石型高温相 ○ 非蛍石型低温相)
{ 11
1}
Si
{111} Si
ピラミッド欠陥の構造
・ Siと同一の結晶格子
・ Si{111} 面を境界,格子のずれ
・ Siより暗いコントラスト
・ 積層欠陥コントラスト ( 縞状 ) が不明瞭
Si基板
NiSi層
高キャリア濃度基板( p+)
低キャリア濃度基板( p-)
アクセプタイオン打ち込み
Ni-silicide
p-type Si wafer
Ni
p-type Si wafer
10nm
Ni sputtering (R.T)
Annealing systemsHot-plate annealing 10 min
wafer
hot plate
Ta = hot plate temperature
473K~723K
Si(001) Si(001)
10min in N2
試料作製と熱処理
低キャリア濃度基板( p-)
高キャリア濃度基板( p+)
無欠陥・結晶性良好
欠陥コントラスト有・結晶性不良
高濃度イオン打ち込みによる表層欠陥の残留
熱処理前の Niスパッタ基板
Ni層
Ni層
Niシリサイド形成と欠陥生成 ①
高キャリア濃度基板( p+)
低キャリア濃度基板( p-)
熱処理前
225℃
275℃
300℃
ピラミッド欠陥の発生
残留欠陥近傍に格子歪
残留欠陥の存在
NiNi22SiSi 層の形成層の形成
NiSi 層の形成
• 高キャリア濃度試料のみピラミッド欠陥発生• 300℃ 付近の熱処理で発生が顕著
Not observed
Not observed
高キャリア濃度基板( p+)
低キャリア濃度基板( p-)
325℃
350℃
400℃
450℃
Niシリサイド形成と欠陥生成 ②
ピラミッド欠陥なし
ピラミッド欠陥有
全温度域でピラミッド欠陥の発生なし
界面ラフネス大
NiSi の単層化
Si-Ni シリサイド界面の HRTEM 観察
225oC
熱処理前
225oC
275oC
Si 基板
Si 基板
Si 基板
Ni2Si 層
Ni2Si 層
NiSi 層
残留欠陥
高キャリア濃度基板( p+)
NiSi2 層
NiSi2 層
Ni 層
{111} 界面
欠陥・格子歪
Annealing temp.
= 573K (300oC)
Si-Ni シリサイド界面の HRTEM 観察
Si 基板
Si 基板
積層
欠陥
NiSi 層
高キャリア濃度基板( p+)
ピラミッド欠陥の発生初期
{111
} Si
Annealing temp.
= 573K (300oC)
Si-Ni シリサイド界面の HRTEM 観察
Annealing temp.
= 598K (325oC)
NiSi 層
Si 基板 Si 基板
Ni2Si 層
NiSi 層
高キャリア濃度基板( p+)
{111
} Si
{111
} Si
{111} Si
{111} Si
• 低キャリア濃度試料– 全温度域でピラミッド欠陥は観察されず
• 高キャリア濃度試料 基板内欠陥(残留欠陥)の存在– 225℃ ~ 275℃ シリサイド化進行と残留欠陥の一部侵食 歪コントラスト– 300℃ ~ 325℃ ピラミッド欠陥の形成顕著 ← Ni2SiからNiSiへの相変態温度
域– 350℃ ~ 400℃ 界面の凹凸大きく,凹部下層に微細なピラミッド欠陥– 450℃ ピラミッド欠陥の発生なし ⇒ ピラミッド欠陥生成温度域を通過
ピラミッド欠陥形成の温度領域
ピラミッド欠陥形成 : 相変態と残存欠陥の関連を示唆
残留欠陥
Ni2Si NiSi⇒
Ni Ni⇒ 2Si
Ni2Si の成長 ⇒ 残留欠陥消滅:不完全 界面応力による歪みコントラスト
残留原因:高濃度注入? アニール不足?
ピラミッド欠陥形成
NiSi
~ 30nm
~ 15nm ~ 20nm
欠陥なしピラミッド欠陥
界面ラフネス増大
再熱処理とピラミッド欠陥
450℃
225℃ :Ni2Si + 残留欠陥・格子歪み
300℃ :NiSi(Ni2Si)+ ピラミッド欠陥
熱処理前
460℃
460℃
NiSi,ピラミッド欠陥なし
NiSi,ピラミッド欠陥なし
NiSi,ラフ凹部にピラミッド欠陥残存
相変態温度域の滞留がピラミッド欠陥生成を誘起
一度生成したピラミッド欠陥は再熱処理では消失しない
再
再
• ピラミッド欠陥の構造 {111}界面で Si と整合した結晶格子・同一パターン
• 貫入シリサイド相( NiSi2 非蛍石型構造)
• ピラミッド欠陥の生成 相変態温度( 300℃ 近傍)での滞留
イオン打ち込みの残留欠陥 残留欠陥 ⇒ 応力・歪集中 ⇒積層欠陥形成 ⇒ Ni拡散進行
⇒ ピラミッド欠陥形成
• 再アニール処理 ピラミッド欠陥のアニール除去は困難 (シリサイド化進行で消失するが界面のラフネス増大)
ま と め
ピラミッド欠陥形成に関与
熱処理温度域の選択・残留欠陥の除去 ⇒ ピラミッド欠陥形成を抑制