Основные операции. Создание силицидов

Расчёт температурных профилей в системе «металл – полупроводник» (кремний) показывает, что для формирования слоя силицида больше 100 Å при температуре ниже точки плавления необходимо проводить облучение импульсами длиннее 1 мкс. При облучении импульсами короче 10⁻⁷ с формирование силицидов и эпитаксиальный рост кремния происходит при температуре выше температуры плавления кремния.

Исследования возможности формирования однородного по глубине силицида NiSi₂, при воздействии наносекундного лазерного импульса на систему «Ni – плёнка – Si –подложка» показали, что образование однородной по глубине смеси NiSi₂ получается в результате полного перемешивания Ni с Si посредством диффузии в жидкой фазе. Профили распределения, полученные методом обратного резерфордовского рассеяния лёгких ионов, отражают главным образом состав жидкости перед последующим быстрым затвердеванием. Чтобы получить постоянную концентрацию Ni по всему жидкому слою, слой должен оставаться расплавленным на время, достаточное для диффузии Ni в расплавленном слое толщиной l, отвечающей условию D_τ ≳ l, где D — коэффициент диффузии. Продолжительность существования τ и толщина l жидкого слоя линейно зависят от разности ΔQ между плотностью энергии, падающей на образец, и плотностью энергии, необходимой для его плавления. По оценке время существования жидкой фазы составляет τ ≃ 100ΔQ (нс) и её толщина l ≃ 2,5·10⁻⁵ΔQ (см), (в обоих случаях ΔQ в Дж/см²). Полагая для коэффициента диффузии D величину порядка 5·10⁻⁴ см²/с, получаем оценку критической толщины расплавленного Si порядка 3·10⁻⁶ см. С другой стороны, толщина расплавленного слоя l, должна быть достаточной для того, чтобы прореагировать со всем слоем нанесённого металла. В случае образования NiSi₂ число Ni атомов/см² не должно превышать половину числа Si атомов/см², соответствующего толщине расплава. Оценённая величина Ni атомов/см² составляет ∼10¹⁷ атомов/см², что хорошо согласуется с толщиной слоя Ni (15 нм), используемого в эксперименте. В результате был сделан вывод, что для получения однородных силицидов необходимо на Si подложку наносить слои Ni толщиной не более 20 нм. При сблучении толстых плёнок Ni (200 нм) получался слой из непрореагировавшего Ni и из набора поликристаллических силицидов Ni₂Si, Ni₃Si, NiSi и NiSi₂.

Исследования, проведённые с помощью дифракции рентгеновских лучей, показали, что при облучении плёнки Ni толщиной 15 нм импульсом с плотностью энергии 0,7 Дж/см², на поверхности кремниевой подложки образуется только один силицид NiSi₂ с кубической структурой. Полное перемешивание в более толстых слоях возможно для большей длины диффузии D_τ.