RU2034364C1 - Process of manufacture of contacts of integrated circuits based on silicon - Google Patents
Process of manufacture of contacts of integrated circuits based on silicon Download PDFInfo
- Publication number
- RU2034364C1 RU2034364C1 RU92008690A RU92008690A RU2034364C1 RU 2034364 C1 RU2034364 C1 RU 2034364C1 RU 92008690 A RU92008690 A RU 92008690A RU 92008690 A RU92008690 A RU 92008690A RU 2034364 C1 RU2034364 C1 RU 2034364C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contacts
- alloy
- annealing
- film
- silicon
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 title description 23
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 17
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims description 9
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 10
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 7
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 7
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910011208 Ti—N Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 6
- 229910019001 CoSi Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910020517 Co—Ti Inorganic materials 0.000 description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 5
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000676 Si alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000013101 initial test Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical group 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002294 plasma sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000682 scanning probe acoustic microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003606 tin compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электронной технике, более конкретно к способу изготовления слабопроникающих контактов интегральных микросхем на кремнии с мелкозалегающими р-n-переходами и особенно в тех случаях, когда требуется высокая термическая стабильность контактов и воспроизводимость их электрических параметров в условиях формирования высокотемпературной металлизации кремниевых интегральных схем. The invention relates to electronic equipment, and more particularly to a method for manufacturing low-penetrating contacts of silicon integrated circuits with shallow pn junctions, and especially in cases where high thermal stability of the contacts and reproducibility of their electrical parameters are required under conditions of the formation of high-temperature metallization of silicon integrated circuits.
Известны способы изготовления слабопроникающих термостабильных контактов полупроводниковых приборов и ИС на кремнии [1, 2] в которых используют многослойные структуры, содержащие контактный слой на основе силицида металла платиновой группы (Pd, Pt), диффузионно-барьерный слой нитрида тугоплавкого металла и верхний токопроводящий слой Al. Known methods for the manufacture of weakly penetrating thermostable contacts of semiconductor devices and ICs on silicon [1, 2] which use multilayer structures containing a contact layer based on a platinum group metal silicide (Pd, Pt), a diffusion-barrier layer of a refractory metal nitride and an upper conductive layer of Al .
Основным недостатком указанных способов является то, что при создании контактов проводят многостадийный, поэтапный процесс формирования вначале контактного слоя силицида путем нанесения и последующего отжига пленки металла платиновой группы, затем процесс нанесения пленки нитрида тугоплавкого металла с целью формирования диффузионного барьера и, наконец, нанесение токопроводящего слоя Al. The main disadvantage of these methods is that when creating contacts, a multi-stage, step-by-step process of forming a silicide contact layer is first formed by applying and then annealing a platinum group metal film, then the process of applying a refractory metal nitride film to form a diffusion barrier and, finally, applying a conductive layer Al.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является способ [3] в котором технологический цикл изготовления многослойных контактных структур сокращен за счет совмещения (интеграции) процессов формирования контактного и диффузионно-барьерного слоев, что достигается путем нанесения в вакууме и отжига в вакууме или нейтральной среде на подложке Si пленки сплава Pd и тугоплавкого металла, образующего с Pd твердый раствор. В процессе отжига подложки в пленке сплава происходит процесс так называемого "фазового расслоения" (ФР): в первоначально однородной по структуре и составу пленке в результате ее взаимодействия с кремниевой подложкой возникают два фазовыраженных слоя, а именно переходный слой Pd2Si, образующий с подложкой собственно контакт, и диффузионно-барьерный слой (ДБС) на основе тугоплавкого металла.The closest in technical essence to the proposed one is the method [3] in which the technological cycle of manufacturing multilayer contact structures is reduced due to the combination (integration) of the processes of formation of the contact and diffusion-barrier layers, which is achieved by applying in vacuum and annealing in vacuum or neutral medium on a Si substrate of a film of an alloy of Pd and a refractory metal forming a solid solution with Pd. In the process of substrate annealing, the so-called “phase separation” (PS) process takes place in the alloy film: in a film that is initially uniform in structure and composition, as a result of its interaction with the silicon substrate, two phase-expressed layers arise, namely, the Pd 2 Si transition layer forming with the substrate proper contact, and diffusion-barrier layer (DBL) based on refractory metal.
Недостатком известного способа [3] выбранного нами в качестве прототипа заявляемого изобретения, является низкая термическая и временная стабильность ДБС. Это приводит к тому, что на последующих после изготовления контактов стадиях высокотемпературной обработки ИС (например, операция планаризации и уплотнения межуровневого диэлектрика, производимая при температуре Т 600-850оС) происходит интенсивная диффузия атомов Si сквозь диффузионно-барьерный слой и, соответственно, деградация электрических параметров контактов. Известно, что ряд тугоплавких металлов (например, Ti, Ta, Nb) наряду с W являются высокоэффективными диффузионно-барьерными материалами, однако их использование в интегрированных по способу [3] процессах формирования контактов затруднено. Причиной этого является то, что указанные металлы образуют с платиноидами термодинамически устойчивые интерметаллические соединения, что, в свою очередь, приводит к блокировке протекания в этих сплавах процесса фазового расслоения.The disadvantage of this method [3], we have chosen as a prototype of the claimed invention, is the low thermal and temporary stability of the DBL. This leads to the fact that in the subsequent manufacture of contact after a high temperature IC processing steps (e.g., planarization operation and interlevel dielectric seal produced at a temperature T 600-850 ° C) occurs intensive diffusion of atoms through Si diffusion-barrier layer, and accordingly, degradation electrical parameters of the contacts. It is known that a number of refractory metals (for example, Ti, Ta, Nb), along with W, are highly efficient diffusion-barrier materials, however, their use in contact formation processes integrated by the method [3] is difficult. The reason for this is that these metals form thermodynamically stable intermetallic compounds with platinoids, which, in turn, blocks the phase separation process in these alloys.
Технический результат, полученный в изобретении, повышение термической стабильности металлизации ИС на кремнии. The technical result obtained in the invention, increasing the thermal stability of the metallization of IP on silicon.
Результат достигается тем, что на кремниевую подложку, маскированную диэлектриком со вскрытыми в нем окнами к активным областям, наносят пленку сплава, содержащего 20-50 ат. Со и 80-50 ат. Ti, методом ионно-плазменного распыления в смеси инертного газа и N2 при содержании N2 8-20 ат. затем проводят отжиг подложки с нанесенной на нее пленкой сплава при температуре 750-900оС в течение 20-30 мин, после чего формируют токопроводящий слой Аl.The result is achieved by the fact that a film of an alloy containing 20-50 at. Is deposited on a silicon substrate masked by a dielectric with windows opened in it to the active regions. Co and 80-50 at. Ti, by ion-plasma spraying in a mixture of inert gas and N 2 with the content of N 2 8-20 at. then annealing is carried out with a substrate coated thereon alloy film at a temperature of 750-900 ° C for 20-30 min, after which the conductive layer is formed of Al.
Новизна заявляемого изобретения обуславливается тем, что, в отличие от известного способа [3] в качестве контактного материала используется сплав Со с тугоплавким металлом Ti, который образует с Со при стандартных условиях нанесения пленки сплава интерметаллические соединения (а не только твердый раствор, как это необходимо для реализации способа [3]), вследствие чего реакционного разделения фаз, как указывалось выше, в такой системе не происходит. Чтобы препятствовать возникновению интерметаллидов, при нанесении пленки сплава Со-Ti в состав рабочего газа вводится N2. Это приводит к тому, что на последующей стадии формирования контактов высокотемпературного отжига реализуется процесс фазового расслоения с образованием контактного переходного слоя на основе СоSi2 и более эффективного, чем в [3] диффузионно-барьерного слоя на основе термодинамически устойчивого соединения TiN (в [3] ДБС формируется на основе тугоплавкого металла). В то же время Со не образует с N2 каких-либо соединений и растворимость N2в Со пренебрежимо мала.The novelty of the claimed invention is due to the fact that, in contrast to the known method [3], a Co alloy with a refractory Ti metal is used as contact material, which forms intermetallic compounds (and not just a solid solution, as necessary with Co under standard conditions for applying an alloy film) to implement the method [3]), as a result of which reactive phase separation, as mentioned above, does not occur in such a system. In order to prevent the occurrence of intermetallic compounds, when applying a film of Co-Ti alloy, N 2 is introduced into the composition of the working gas. This leads to the fact that at the subsequent stage of the formation of high-temperature annealing contacts, a phase separation process is realized with the formation of a contact transition layer based on CoSi 2 and more effective than in [3] a diffusion-barrier layer based on a thermodynamically stable TiN compound (in [3] DBL is formed on the basis of refractory metal). At the same time, Co does not form any compounds with N 2 and the solubility of N 2 in Co is negligible.
Известен способ [3] изготовления многослойной контактной системы, содержащей контактный и диффузионно-барьерный слои, в едином (интегрированном) технологическом процессе. Известен также способ формирования диффузионно-барьерных слоев на основе нитридов тугоплавких металлов [1, 2] Тем не менее легирование сплава Со-Ti азотом в заявляемом решении направлено на выполнение новой для N2 функции (исключить возможность образования интерметаллидов в системе Со-Ti, осуществить процесс фазового расслоения и одновременно сформировать ДБС на основе соединения нитрида тугоплавкого металла), которая не вытекает с очевидностью из его известных свойств. В науке и технике совместного использования данных отличительных признаков в заявляемой совокупности связей не обнаружено.A known method [3] for the manufacture of a multilayer contact system containing contact and diffusion-barrier layers in a single (integrated) process. There is also known a method of forming diffusion-barrier layers based on refractory metal nitrides [1, 2] Nevertheless, alloying the Co-Ti alloy with nitrogen in the claimed solution is aimed at performing a new function for N 2 (to exclude the possibility of the formation of intermetallic compounds in the Co-Ti system, the process of phase separation and at the same time to form DBS on the basis of a compound of refractory metal nitride), which does not follow with obviousness from its known properties. In science and technology, the sharing of these distinguishing features in the claimed combination of relationships was not found.
Выбор исходной толщины пленки сплава, концентрации ингредиентов в нем, а также состава рабочего газа для проведения процесса реактивного ионно-плазменного распыления был обусловлен следующим. The choice of the initial film thickness of the alloy, the concentration of ingredients in it, as well as the composition of the working gas for carrying out the process of reactive ion-plasma spraying was due to the following.
Толщина пленки сплава составляла 150-250 нм и выбиралась исходя из необходимости создания расчетной протяженности диффузионно-барьерного и контактного силицидного слоев после завершения в пленке процесса реакционного разделения фаз (при заданной концентрации ингредиентов). The alloy film thickness was 150-250 nm and was selected based on the need to create the calculated length of the diffusion-barrier and contact silicide layers after completion of the reaction phase separation process in the film (at a given concentration of ingredients).
Концентрация ингредиентов сплава выбиралась из необходимости получения заданного соотношения протяженностей диффузионно-барьерного и контактного силицидного слоев. Уменьшение концентрации Со < 20% приводит к образованию в ходе процесса ФР несплошного слоя силицида кобальта, а затем к деградации электрофизических параметров контактов. С другой стороны, превышение концентрации Со > 50% приводит к образованию в ходе процесса ФР слишком тонкого диффузионно-барьерного слоя на основе TiN, который оказывается неспособным выполнять свои функции. The concentration of alloy ingredients was selected from the need to obtain a given ratio of the lengths of the diffusion-barrier and contact silicide layers. A decrease in the concentration of Co <20% leads to the formation of a discontinuous cobalt silicide layer during the RF process, and then to the degradation of the electrical parameters of the contacts. On the other hand, an excess of the concentration of Co> 50% leads to the formation of too thin a diffusion-barrier layer based on TiN during the PD process, which is unable to perform its functions.
Концентрация азота в рабочем газе выбиралась таким образом, чтобы связать в соединение TiNх как можно большую часть Ti, входящего в состав получаемой пленки сплава, тем самым предотвратить образование интерметаллических соединений СохТiy и освободить Со для взаимодействия с S1 с образованием СоSi2, а также получить при этом наиболее эффективный диффузионный барьер.The nitrogen concentration in the working gas was chosen so as to bind to the TiN x compound as much as possible of the Ti contained in the resulting alloy film, thereby preventing the formation of Co x Ti y intermetallic compounds and freeing Co to interact with S1 to form CoSi 2 , and also get the most effective diffusion barrier.
Выбор температуры отжига в указанном выше диапазоне обусловлен существованием температурной области реализации эффекта "фазового расслоения" в пленках сплава, используемого в заявляемом способе. При более низких температурах не удается сформировать контактную систему за счет интегрированного процесса реакционного разделения фаз. При более высоких температурах имеет место неконтролируемое взаимодействие ингредиентов сплава с полупроводниковой подложкой, сопровождаемое деградацией электрических параметров контакта. Конкретное время отжига пленки сплава в процессе изготовления контактов с использованием заявляемого способа зависит в общем случае от состава (т. е. от концентрации ингредиентов) и толщины пленки. В свою очередь, указанное время может быть оценено эмпирически по признаку завершенности процесса фазового расслоения и проконтролировано с использованием известных методов инструментального исследования контактных систем (например, метода рентгеновского фазового анализа, Оже-спектроскопии, снятия ВАХ-контактов и др.). The choice of annealing temperature in the above range is due to the existence of a temperature region for the implementation of the phase separation effect in the alloy films used in the inventive method. At lower temperatures, it is not possible to form a contact system due to the integrated process of reactive phase separation. At higher temperatures, there is an uncontrolled interaction of the ingredients of the alloy with the semiconductor substrate, accompanied by the degradation of the electrical parameters of the contact. The specific time of annealing of the alloy film in the process of making contacts using the proposed method generally depends on the composition (i.e., on the concentration of ingredients) and the thickness of the film. In turn, the indicated time can be estimated empirically based on the completeness of the phase separation process and monitored using well-known methods of instrumental research of contact systems (for example, the method of X-ray phase analysis, Auger spectroscopy, removal of CVC contacts, etc.).
На фиг. 1 представлена последовательность технологических операций, иллюстрирующая сущность изобретения. In FIG. 1 is a flowchart illustrating the invention.
Согласно изобретению, способ изготовления термостабильных контактов полупроводниковых приборов и интегральных схем включает ряд стадий (фиг. 1):
1. Нанесение (методом ионно-плазменного распыления в среде, содержащей N2) на поверхность полупроводниковой подложки (Si) 1, локально маскированной диэлектрической пленкой (Si02, Si3N4) 2 и содержащей активные области 3, к которым должен быть осуществлен контакт, пленки 4 сплава Со-Тi, содержащей в качестве легирующего компонента азот (фиг. 1, а);
2. Отжиг подложки с нанесенной на ее поверхность пленкой сплава, в результате чего в первоначально однородной по структуре и фазовому составу пленке сплава образуются две фазовыраженные области (фиг. 1, б), а именно: переходный контактный слой 5 силицида CoSi2, который образует с подложкой выпрямляющий или невыпрямляющий контакт, и диффузионно-барьерный слой 6, образующийся поверх контактного слоя силицида и состоящий в основном из химического соединения TiNx;
3. Нанесение верхнего токопроводящего слоя Al 7 на поверхность сформированной контактной структуры TiNx(CoSi2)Si (фиг. 1, в).According to the invention, a method of manufacturing thermostable contacts of semiconductor devices and integrated circuits includes a number of stages (Fig. 1):
1. Application (by ion-plasma spraying in a medium containing N 2 ) on the surface of a semiconductor substrate (Si) 1, locally masked by a dielectric film (Si0 2 , Si 3 N 4 ) 2 and containing
2. Annealing of the substrate with an alloy film deposited on its surface, as a result of which two phase-expressed regions are formed in the initially uniform film structure and phase composition of the alloy (Fig. 1b), namely: the
3. The application of the upper conductive layer of
Предлагаемый способ изготовления термостабильных контактов кремниевых микросхем реализован следующим образом. The proposed method of manufacturing thermostable contacts of silicon microcircuits is implemented as follows.
В качестве исходных тестовых структур, использованных для формирования выпрямляющих контактов (контактов с барьером Шоттки), были взяты пластины Si КЭФ-0,01, на поверхность которых с использованием известных способов эпитаксии, термического окисления и литографии был вначале выращен эпитаксиальный слой n Si с концентрацией ND 5 х 1015 см-3 (ρv= 1 Ом х см), затем получена пленка термического окисла SiO2 (толщиной d 0,3 мкм), после чего в слое окисла были вскрыты контактные окна (площадь окон 400-40000 мкм2).The initial test structures used to form the rectifying contacts (contacts with the Schottky barrier) were Si KEF-0.01 plates, on the surface of which, using the known methods of epitaxy, thermal oxidation, and lithography, an n Si epitaxial layer with a concentration of N D 5 x 10 15 cm -3 (ρ v = 1 Ohm x cm), then a film of thermal oxide SiO 2 (thickness d 0.3 μm) was obtained, after which contact windows were opened in the oxide layer (window area 400-40000 μm 2 ).
Для измерения характеристик омических контактов использовались структуры с "ячейкой Кельвина", где концентрация примеси в сформированном ионной имплантацией диффузионном резисторе была в случае p+ Si NA 3 x 1019 см-3, в случае n+ Si ND 2 х 1020 см-3.To measure the characteristics of ohmic contacts, we used structures with a Kelvin cell, where the impurity concentration in the diffusion resistor formed by ion implantation was in the case of p + Si N A 3 x 10 19 cm -3 , in the case of n + Si N D 2 x 10 20 cm -3 .
Непосредственно перед нанесением пленки сплава пластины проходили стандартное финишное освежение в буферном травителе, содержащем HF, для удаления следов естественного окисла с поверхности Si внутри контактных окон. Immediately prior to applying the alloy film, the plates underwent a standard finish refreshment in a buffer etchant containing HF to remove traces of natural oxide from the Si surface inside the contact windows.
Нанесение сплава Со-Ti-N с заданной концентрацией ингредиентов осуществлялось методом реактивного ионно-плазменного распыления мозаичной мишени Со-Ti в смеси Ar + N2 на установке УРМ 3.279.026, оснащенной турбомолекулярным насосом.Co-Ti-N alloy with a given concentration of ingredients was deposited by reactive ion-plasma sputtering of a Co-Ti mosaic target in an Ar + N 2 mixture using a URM 3.279.026 unit equipped with a turbomolecular pump.
Режимы процесса нанесения пленок сплава:
Давление остаточных газов
в рабочей камере
установки не выше 6,5х10-4 Па
Давление рабочего
газа (Ar + N2) 6,5х10-1 Па
Напряжение на мишени 500 В
Ток мишени 1-2 А
Скорость нанесения пле-
нок сплава 2-2,5
Residual gas pressure
in the working chamber
installation no higher than 6.5x10 -4 Pa
Worker Pressure
gas (Ar + N 2 ) 6.5x10 -1 Pa
Target voltage 500 V
Target current 1-2 A
Application speed
nock alloy 2-2.5
Отжиг структур с нанесенной пленкой сплава Со-Тi-N осуществлялся в вакууме Р < 1,3 х 10-3 Па в диапазоне 750-900оС с использованием печи резистивного нагрева, время отжига составляло 20-30 мин.Annealing of the structures with a deposited Co-Ti-N alloy film was carried out in a vacuum P <1.3 x 10 -3 Pa in the range of 750-900 о С using a resistance heating furnace, the annealing time was 20-30 minutes.
Нанесение верхнего токопроводящего слоя Al толщиной 0,6 мкм в случае изготовления структур с выпрямляющими и невыпрямляющими контактами и 500
Для формирования топологического рисунка контактной системы, полученной заявляемым способом, использовался метод обратной (взрывной) литографии. Для контроля завершенности процесса фазового расслоения применялись методы рентгеновского дифракционного анализа (дифракция на отражение по Бреггу-Брентано) на установке ДРОН-2, профильного анализа на установке рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФЭС) ESCALAB-5, а также метод снятия ВАХ контактов. При этом неизменность распределения элементов по глубине при РФЭС-анализе, а также стабилизация вида рентгеновских дифрактограмм или неизменность электрофизических характеристик контактов на уровне оптимальных для образцов, прошедших вакуумный отжиг при различных временах, свидетельствовало о завершении в пленке сплава процессов взаимодействия с подложкой. To form a topological drawing of the contact system obtained by the claimed method, the method of reverse (explosive) lithography was used. To control the completeness of the phase separation process, the methods of X-ray diffraction analysis (Bragg-Brentano reflection diffraction) were used on the DRON-2 apparatus, profile analysis on the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ESCALAB-5, and also the method for removing the I – V characteristics of contacts. In this case, the invariance of the depth distribution of elements in the XPS analysis, as well as the stabilization of the appearance of X-ray diffraction patterns or the invariance of the electrical characteristics of the contacts at the optimum level for samples that underwent vacuum annealing at different times, indicated the completion of interaction processes with the substrate in the alloy film.
На фиг. 2, а и б, представлены типичные результаты профильного РФЭС-анализа для контактной системы на основе сплава Со-Ti-N до и после отжига при 850оС в течение 20 мин соответственно. Проведенные эксперименты подтвердили, что введение азота в состав контактного материала позволяет реализовать процесс фазового расслоения в сплаве Со-Ti, что выражается на РФЭС-профиле резким увеличением концентрации Со на границе раздела сплав-кремний (рис. 2, б). Исследования образцов методом рентгеновского дифракционного анализа подтвердили образование фаз СоSi2 и ТiN. На фиг. 3, а и б, приведены РФЭС-профили контактной системы Al/Co-Ti-N/Si, где структура Со-Ti-N/Si была подвергнута отжигу при 850оС продолжительностью 20 мин, соответственно, до и после термической обработки при 510оС в течение 60 мин. Сравнение приведенных результатов показывает, что за 60 мин отжига при Т 510оС происходит незначительное проникновение Al сквозь диффузионный барьер. Однако увеличение продолжительности отжига не приводит к видимому увеличению этой глубины. Это свидетельствует о том, что диффузионно-барьерный слой достаточно хорошо выполняет свою функцию.In FIG. 2, a and b are representative of an alloy based on XPS analysis profile for the contact system of Co-Ti-N before and after annealing at 850 ° C for 20 minutes, respectively. The experiments confirmed that the introduction of nitrogen into the composition of the contact material makes it possible to realize the phase separation process in the Co – Ti alloy, which is manifested on the XPS profile by a sharp increase in the Co concentration at the silicon – alloy interface (Fig. 2b). Examination of samples by x-ray diffraction analysis confirmed the formation of CoSi 2 and TiN phases. In FIG. 3, a and b, shows XPS profiles Al / Co-Ti-N / Si contact system, wherein the structure of Co-Ti-N / Si was annealed at 850 C lasting 20 minutes, respectively, before and after heat treatment at 510 ° C for 60 min. A comparison of the above results shows that after 60 minutes of annealing at Т 510 о С, Al penetrates insignificantly through the diffusion barrier. However, an increase in the duration of annealing does not lead to a visible increase in this depth. This indicates that the diffusion-barrier layer performs its function quite well.
Электрофизические свойства выпрямляющих и невыпрямляющих контактов на основе сплава Со-Ti-N и контактов, полученных на основе материалов, взятых нами за прототип, представлены в таблице. Анализ приведенных в таблице и на рис. 2 и 3 результатов указывает на то, что заявляемый способ позволяет получить контакты кремниевых ИС, обладающие повышенной термической стабильностью. The electrophysical properties of rectifying and non-rectifying contacts based on the Co-Ti-N alloy and contacts obtained on the basis of materials taken by us as a prototype are presented in the table. The analysis given in the table and in fig. 2 and 3 of the results indicate that the inventive method allows to obtain contacts of silicon ICs with high thermal stability.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92008690A RU2034364C1 (en) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | Process of manufacture of contacts of integrated circuits based on silicon |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU92008690A RU2034364C1 (en) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | Process of manufacture of contacts of integrated circuits based on silicon |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2034364C1 true RU2034364C1 (en) | 1995-04-30 |
| RU92008690A RU92008690A (en) | 1995-12-27 |
Family
ID=20132682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU92008690A RU2034364C1 (en) | 1992-11-27 | 1992-11-27 | Process of manufacture of contacts of integrated circuits based on silicon |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2034364C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2152108C1 (en) * | 1998-08-20 | 2000-06-27 | Акционерное общество открытого типа "НИИМЭ и завод "Микрон" | Method for manufacturing of semiconductor instrument |
| RU2250533C1 (en) * | 2003-11-06 | 2005-04-20 | ГОУ Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Method for manufacturing semiconductor device |
| RU2698540C1 (en) * | 2018-10-17 | 2019-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method of contact-barrier metallization production |
-
1992
- 1992-11-27 RU RU92008690A patent/RU2034364C1/en active
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 1. Заявка Японии N 59-55016, кл. H 01L 21/285, 1984. * |
| 2. Заявка Франции N 2530383, кл. H 01L 29/52, 17/00, 1984. * |
| 3. Tu K.N. Shallow and parallel silicide contacts. - J. Vac. Sci. Tec., - 1981, v.19, N 3, p.766-777. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2152108C1 (en) * | 1998-08-20 | 2000-06-27 | Акционерное общество открытого типа "НИИМЭ и завод "Микрон" | Method for manufacturing of semiconductor instrument |
| RU2250533C1 (en) * | 2003-11-06 | 2005-04-20 | ГОУ Московский государственный институт электронной техники (технический университет) | Method for manufacturing semiconductor device |
| RU2698540C1 (en) * | 2018-10-17 | 2019-08-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Method of contact-barrier metallization production |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6214711B1 (en) | Method of low angle, low energy physical vapor of alloys including redepositing layers of different compositions in trenches | |
| CA1187351A (en) | Method for lpcvd co-deposition of metal and silicon to form metal silicide | |
| KR100530401B1 (en) | Semiconductor device having a low-resistance gate electrode | |
| US5023201A (en) | Selective deposition of tungsten on TiSi2 | |
| EP0377137B1 (en) | Method for selective deposition of refractory metals on silicon substrates | |
| US5286676A (en) | Methods of making integrated circuit barrier structures | |
| US6174823B1 (en) | Methods of forming a barrier layer | |
| Jang et al. | Tantalum and niobium as a diffusion barrier between copper and silicon | |
| Garcı́a-Méndez et al. | XPS and HRTEM characterization of cobalt–nickel silicide thin films | |
| Tsukimoto et al. | Effect of annealing ambient on the self-formation mechanism of diffusion barrier layers used in Cu (Ti) interconnects | |
| US5138432A (en) | Selective deposition of tungsten on TiSi2 | |
| Chen et al. | Silver diffusion and defect formation in Si (1 1 1) substrate at elevated temperatures | |
| Hübner et al. | Influence of nitrogen content on the crystallization behavior of thin Ta–Si–N diffusion barriers | |
| RU2152108C1 (en) | Method for manufacturing of semiconductor instrument | |
| Iyer et al. | Ambient gas effects on the reaction of titanium with silicon | |
| US6410460B1 (en) | Technology for thermodynamically stable contacts for binary wide band gap semiconductors | |
| RU2034364C1 (en) | Process of manufacture of contacts of integrated circuits based on silicon | |
| Palmstro/m et al. | Thin film interactions of Al and Al (Cu) on TiW | |
| JP2001176817A (en) | Improved method for metallizing aluminum, and product | |
| Lin et al. | Characteristics of sputtered TaBx thin films as diffusion barriers between copper and silicon | |
| Olowolafe et al. | Chromium thin film as a barrier to the interaction of Pd2Si with Al | |
| Gromov et al. | CoSi2 formation in contact systems based on Ti-Co alloy with low cobalt content | |
| Merchant et al. | Thermal stability of diffusion barriers for aluminum alloy/platinum silicide contacts | |
| Willer et al. | WSix refractory gate metal process for GaAs MESFETs | |
| CN101036230A (en) | Treatment of silicon prior to nickel silicide formation |