CHAPITRE I : Généralités sur le silicium dopé et les siliciures
I.2 La diffusion réactive dans les siliciures
I.2.4 Revue sur la formation de siliciures de Ni alliés 5% en Pt
Après avoir décrit les résultats bibliographiques sur les effets des dopants (bore) sur la formation des phases, nous présentons maintenant les effets des éléments d’alliages sur la formation des phases. Plusieurs études sur ce sujet ont été faites. Après avoir fait un court rappel sur l’intérêt du platine pour le procédé « Salicide », nous allons présenter les informations bibliographique sur les effets du Pt sur la formation des siliciures de Ni et sur la redistribution du Pt à travers les différentes phases.
I.2.4.1 Intérêt du platine pour le procédé SALICIDE
La réduction des dimensions du transistor CMOS impose l’intégration de nouveaux siliciures tels que le monosiliciure de nickel (NiSi), sachant que le siliciure de titane (TiSi2) ainsi que le siliciure de cobalt (CoSi2) ont atteint leurs limites en termes de fiabilité. Malgré les nombreux avantages que le NiSi présente, l’intégration de ce nouvel siliciure est limitée par sa stabilité thermique. A hautes températures, NiSi se transforme rapidement en NiSi2, phase hautement résistive. De plus, à hautes températures NiSi peut s’agglomérer (formation des îlots) ce qui a un effet néfaste sur la réalisation des bons contacts dans les dispositifs.
C’est à ce stade que rentre en jeu les éléments d’alliages. Mangelinck et al. (57) ont montré que l’ajout du platine au film de NiSi peut résoudre le problème d’instabilité thermique. Les auteurs ont comparé, par Spectroscopie de Photoélectrons induits par les rayons X (XPS), la formation des siliciures de nickel dans le cas d’un film mince de Ni contenant 5% de Pt avec le cas d’un film mince de Ni pur.
Dans la Figure 28, chaque plateau définit un domaine en température de la phase concernée. Dans les deux cas, Ni2Si est la première phase observée. Elle se forme à environ 200-250°C et reste présente jusqu’à 300-350°C. A partir de 300°C la phase NiSi commence à se former et reste stable jusqu’à 700°C dans le cas du Ni pur et 900°C dans le cas du Ni
contenant 5% de Pt. Il est clair que l’adition de 5% de Pt augmente la stabilité thermique du NiSi d’environ 200°C.
Figure 28 : Variation du pic 2p (énergie de liaison) obtenue par analyse XPS pour le Ni pur (en pointillait) et pour le Ni contenant 5% de Pt (en gras) (57).
I.2.4.2 La formation des siliciures de Ni allié en Pt
La présence du Pt peut agir sur la formation des siliciures de Ni. Généralement, les phases apparaissent de façon séquentielle comme le montre la plupart d’études réalisées sur le film de Ni allié en Pt (69), (90). Récemment, Hoummada et al. (91) ont observé après dépôt, à l’aide de la sonde atomique tomographique (SAT), la présence simultanée de Ni2Si et NiSi avec le Ni dans le cas d’un film de Ni allié à 5% de platine. NiSi forme une couche homogène tandis que Ni2Si est présente sous la forme d’une particule en accord avec l’étape de la germination de la phase Ni2Si. En appliquant un recuit thermique, les deux phases Ni2Si et NiSi croissent simultanément, sachant que la cinétique de croissance de NiSi est faible par rapport à la croissance de Ni2Si au cours de cette formation simultanée.
La présence du Pt peut agir aussi sur la formation des phases transitoires (apparition et disparition rapide de phases), généralement vues dans le cas du système Ni pur/Si. Pour le système Ni(5%Pt)/Si, plusieurs auteurs ont observé l’absence de ces phases transitoires (91). Cela peut être expliqué comme ceci : l’ajout de 5% de Pt augmente la barrière de germination des phases transitoires. Il se peut que la redistribution du Pt, lors des premiers stades de
Ainsi, une bonne connaissance de la redistribution du platine s’impose. Nous allons décrire brièvement ce que la littérature présente sur la redistribution du platine dans le système Ni(Pt)/Si.
I.2.4.3 Redistribution du Pt
L’un des éléments d’alliages le plus discuté pour les siliciures de Ni est le platine parce qu'il a récemment résolu beaucoup de problèmes liés à l'intégration de NiSi comme contact dans la technologie CMOS (57).
Comme nous avons vu auparavant, le co-dépôt de Ni et Pt (5 %) n'a aucun effet sur l’ordre de formation des phases : Ni2Si est la première phase qui se forme et NiSi se forme seulement une fois que la couche Ni (5%Pt) est complètement consommée (91). De plus, le platine ne forme pas des siliciures de platine (Pt2Si, PtSi), mais il s’accumule à l'interface Ni/Ni2Si et reste à cette interface jusqu'à ce qu'il atteigne une concentration critique pour ensuite diffuser vers l’interface Ni2Si/Si, comme l’affirment Corni et al.(92),(93). Une fois que la couche de Ni est complètement consommée, une faible quantité de Pt reste à la surface du siliciure tout au long de la réaction. Une très faible accumulation de Pt se trouve dans Ni2Si, tandis que dans NiSi il est plutôt distribué de façon homogène. Quand Ni2Si est complètement consommé, c'est-à-dire après un recuit de 30s entre 450°C et 550°C, un faible pic d'accumulation de Pt se trouve à l'interface NiSi/Si.
Récemment, Hoummada et al (91) ont établi, à l’aide la rétrodiffusion de particules chargées (RBS), les principales étapes de la redistribution du platine dans le cas d’un film mince de Ni allié à 5% de Pt. La redistribution du Pt dans ce cas est un peu différente de celle observée par Corni et al. (92), (93). Premièrement, Hoummada et al. (91) observent une accumulation du platine à l’interface Ni2Si/NiSi pendant la croissance de la phase Ni2Si. Ensuite, quand tout le film Ni2Si est complètement transformé en NiSi, le platine est localisé au milieu de la couche NiSi. Les résultats sont comparables à celles obtenues par Mangelinck et al. (94).
Le comportement de la redistribution du Pt peut être expliqué à l’aide de sa solubilité limite dans les différents siliciures. Le Pt a une solubilité limite très faible dans le Si (95) et il aura tendance à se distribuer plutôt dans les siliciures de nickel. Ni2Si et Pt2Si ont de structures cristallines différentes tandis que PtSi et NiSi sont homostructurales avec des paramètres de maille très proches (96), (97). On s'attend donc que le Pt soit beaucoup plus soluble dans NiSi que dans Ni2Si.