Studies of formation of silicides and their barrier heights to silicon

Abstract

Metal–silicon and silicide–silicon diodes were fabricated by depositing thin layers of the metals Hf, Zr, Mn, Ni, and Rh on 〈111〉 epilayers of silicon, and annealing to transform the metal–silicon junctions to silicide–silicon junctions. A formation of the silicides was followed, and the stoichiometries were determined by ion back-scatter analysis. The compositions and approximate formation temperatures were (HfSi, 700 °C; HfSi2, 850 °C), (ZrSi2, 700 °C), (MnSi, ≈ 500 °C; MnSi1.7, 800 °C), (NiSi, ≈ 600 °C; NiSi2, 850 °C), (RhSi, 600 °C). These temperatures are below those of the liquid phase eutectica hence indicating that the silicide forms in solid–solid reactions. The barrier heights were measured by the photoelectric method, giving the values: (Hf, 0.81 eV; HfSi 0.73 eV), (Mn, 0.77 eV; MnSi, 0.76 eV; MnSi1.7, 0.72 eV), (Ni, 0.75 eV; NiSi2, 0.70 eV), (Rh, 0.80 eV; RhSi, 0.70 eV). Metall–Silizium- und Silizid–Silizium-Dioden wurden durch Aufbringen dünner Schichten der Metalle Hf, Zr, Mn, Ni und Rh auf 〈111〉-Epitaxieschichten von Silizium und eine Temperung zur Umbildung der Metall–Silizium- in Silizid–Silizium-Übergänge hergestellt. Nach einer Formierung der Silizide wurde die Stöchiometrie durch Ionen-Rückstreuanalyse bestimmt. Die Zusammensetzungen und annähernden Formierungstemperaturen waren: (HfSi, 700 °C; HfSi2, 850 °C), (ZrSi2, 700 °C), (MnSi, ≈ 500 °C; MnSi1,7, 800 °C), (NiSi, ≈ 600 °C; NiSi2, 850 °C), (RhSi, 600 °C). Diese Temperaturen liegen unter denen der Eutektika der flüssigen Phase und zeigen somit, daß die Silizide durch eine Festkörper–Festkörper-Reaktion gebildet werden. Die Barrierenhöhen wurden mit der photoelektrischen Methode gemessen, wobei sich folgende Werte ergaben: (Hf, 0,81 eV; HfSi, 0,73 eV), (Mn, 0,77 eV; MnSi, 0,76 eV; MnSi1,7, 0,72 eV), (Ni, 0,75 eV; NiSi2, 0,70 eV), (Rh, 0,80 eV; RhSi, 0,70 eV).