日本顕微鏡学会第
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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 PowerPoint PPT Presentation


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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). 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. 低コンタクト抵抗化:シリサイド. Gate. Source. Drain. MOSFET. 素子製造(電極形成)に問題.

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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

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Presentation Transcript


I

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)

Ni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

3WaferMasters Inc.


Introduction

低コンタクト抵抗化:シリサイド

Gate

Source

Drain

MOSFET

素子製造(電極形成)に問題

Introduction①

MOSトランジスタの微細化:低消費電力・高速動作・生産性向上

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VD化

チャネル長:短

浅い接合

低抵抗電極形成:Niシリサイド

高濃度ドープ

ソースドレインの極浅接合(Ultra Shallow Junction)

           高キャリア濃度化


Introduction1

Gate

Source

Drain

MOSFET

Introduction②

極浅接合(USJ)

高キャリア濃度

低抵抗電極(Niシリサイド)

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

リーク電流

pyramid欠陥

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


I

Niシリサイドとピラミッド欠陥

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

NiSi層

{111} Si

{111} Si

Si基板

 △ 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)


I

Ni sputtering(R.T)

Ni

10nm

p-type Si wafer

Annealing systems

Hot-plate annealing

10 min

hot plate

Ni-silicide

wafer

p-type Si wafer

Ta = hot plate temperature

試料作製と熱処理

アクセプタイオン打ち込み

Si(001)

Si(001)

低キャリア濃度基板(p-)

高キャリア濃度基板(p+)

473K~723K

10min in N2


I

熱処理前のNiスパッタ基板

低キャリア濃度基板(p-)

Ni層

無欠陥・結晶性良好

高キャリア濃度基板(p+)

Ni層

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


I

Niシリサイド形成と欠陥生成 ①

低キャリア濃度基板(p-)

高キャリア濃度基板(p+)

残留欠陥の存在

熱処理前

Ni2Si層の形成

残留欠陥近傍に格子歪

225℃

275℃

ピラミッド欠陥の発生

NiSi層の形成

300℃


I

Not observed

Not observed

Niシリサイド形成と欠陥生成 ②

低キャリア濃度基板(p-)

高キャリア濃度基板(p+)

ピラミッド欠陥有

  • 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

325℃

界面ラフネス大

350℃

400℃

NiSiの単層化

ピラミッド欠陥なし

450℃

全温度域でピラミッド欠陥の発生なし


Si ni hrtem

Si-Niシリサイド界面の HRTEM観察

Ni2Si層

高キャリア濃度基板(p+)

NiSi2層

欠陥・格子歪

Ni層

225oC

225oC

残留欠陥

Si基板

NiSi2層

Ni2Si層

Si基板

{111}界面

NiSi層

熱処理前

275oC

Si基板


Si ni hrtem1

Si-Niシリサイド界面の HRTEM観察

高キャリア濃度基板(p+)

NiSi層

積層欠陥

{111} Si

Si基板

Si基板

ピラミッド欠陥の発生初期

Annealing temp.

= 573K (300oC)


Si ni hrtem2

Si-Niシリサイド界面の HRTEM観察

高キャリア濃度基板(p+)

Ni2Si層

NiSi層

NiSi層

{111} Si

{111} Si

{111} Si

{111} Si

Si基板

Si基板

Annealing temp.

= 598K (325oC)

Annealing temp.

= 573K (300oC)


I

Ni ⇒ Ni2Si

残留欠陥

残留原因:高濃度注入?

アニール不足?

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

Ni2Si ⇒ NiSi

界面ラフネス増大

~20nm

~15nm

NiSi

~30nm

ピラミッド欠陥

欠陥なし

ピラミッド欠陥形成

ピラミッド欠陥形成 : 相変態と残存欠陥の関連を示唆

ピラミッド欠陥形成の温度領域

  • 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 


I

再熱処理とピラミッド欠陥

450℃

熱処理前

NiSi,ピラミッド欠陥なし

460℃

NiSi,ピラミッド欠陥なし

225℃:Ni2Si+残留欠陥・格子歪み

460℃

NiSi,ラフ凹部にピラミッド欠陥残存

300℃:NiSi(Ni2Si)+ピラミッド欠陥

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


I

ま と め

  • 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)

  • 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


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