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

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１１京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.

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

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

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）

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

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

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℃

Ｎｏｔ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ Ｎｏｔ　ｏｂｓｅｒｖｅｄＮｉ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)

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　

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再 460℃ ＮｉＳｉ，ピラミッド欠陥なし 225℃：Ｎｉ２Ｓｉ+残留欠陥・格子歪み再 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

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

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