集成電路中金屬硅化物的發(fā)展與演變

1、集成電路中金屬硅化物的發(fā)展與演變集成電路中金屬硅化物的發(fā)展與演變作者：方志軍，湯繼躍，許志，應(yīng)用材料（中國(guó)）公司20080902點(diǎn)擊:296金屬硅化物在VLSIULSI器件技術(shù)中起著非常重要的作用，被廣泛應(yīng)用于源漏極和硅柵極與金屬之間的接觸。其中自對(duì)準(zhǔn)硅化物（selfalignedsilicide）工藝已經(jīng)成為近期的超高速CMOS邏輯大規(guī)模集成電路的關(guān)鍵制造工藝之一。它給高性能邏輯器件的制造提供了諸多好處。該工藝減小了源漏電極和柵電極的

2、薄膜電阻，降低了接觸電阻，并縮短了與柵相關(guān)的RC延遲。另外，它采用自對(duì)準(zhǔn)工藝，無(wú)須增加光刻和刻蝕步驟，因此允許通過(guò)增加電路封裝密度來(lái)提高器件集成度?，F(xiàn)在，金屬硅化物的制備通常采用快速熱處理工藝?？焖贌嵬嘶鹨呀?jīng)被證明在減少硅化物形成中的總熱預(yù)算方面優(yōu)于傳統(tǒng)的加熱爐技術(shù)。鈦硅化物鈦硅化物TiSi2鈦硅化物TiSi2因具有工藝簡(jiǎn)單、高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，被最早廣泛應(yīng)用于0.25微米以上MOS技術(shù)。其工藝是首先采用諸如物理濺射等方法將Ti金屬沉積

3、在晶片上，然后經(jīng)過(guò)稍低溫度的第一次退火（600～700℃），得到高阻的中間相C49，然后再經(jīng)過(guò)溫度稍高的第二次退火（800～900℃）使C49相轉(zhuǎn)變成最終需要的低阻C54相。對(duì)于鈦硅化物而言，最大的挑戰(zhàn)在TiSi2的線(xiàn)寬效應(yīng)。即TiSi2電阻會(huì)隨著線(xiàn)寬或接觸面積的減小而增加。原因是當(dāng)線(xiàn)寬變得過(guò)窄時(shí)，從C49相到C54相的相變過(guò)程會(huì)由原先的二維模式轉(zhuǎn)變成一維模式，這使得相變的溫度和時(shí)間將大大增加。而過(guò)高的退火溫度會(huì)使主要的擴(kuò)散元素Si擴(kuò)散

4、加劇而造成漏電甚至短路的問(wèn)題。因此隨著MOS尺寸的不斷變小，會(huì)出現(xiàn)TiSi2相變不充分而使接觸電阻增加的現(xiàn)象（圖1）。離子在硅化物形成過(guò)程中的擴(kuò)散。圖2給出了應(yīng)用材料公司的Radianceplus反應(yīng)腔在鎳硅化物第一次退火時(shí)尖峰退火的溫度曲線(xiàn)。圖3是鈷硅化物和鎳硅化物的電阻隨著不同線(xiàn)寬的變化情況。從圖中可以看出，線(xiàn)寬在4０納米以下鈷硅化物的電阻明顯升高，而鎳硅化物即使在30納米以下都沒(méi)有出現(xiàn)線(xiàn)寬效應(yīng)。另外，鎳硅化物的形成過(guò)程對(duì)源漏硅的消

5、耗較少，而靠近表面的硅剛好是摻雜濃度最大的區(qū)域，因而對(duì)于降低整體的接觸電阻十分有利。鎳硅化物的反應(yīng)過(guò)程是通過(guò)鎳原子的擴(kuò)散完成因此不會(huì)有源漏和柵極之間的短路。同時(shí)鎳硅化物形成時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力最小。表1中總結(jié)了鎳硅化物各項(xiàng)性能的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。雖然鎳硅化物對(duì)比之前的硅化物具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它對(duì)制程的控制和整合也提出了更高的要求。鎳硅化物隨著溫度的升高具有不同的化學(xué)組成。低溫時(shí)首先形成的是高阻Ni2Si，隨著溫度的升高，低阻的NiSi開(kāi)始出現(xiàn)。NiS