集成電路中金屬硅化物的發(fā)展與演變

集成電中金屬硅化的發(fā)展演變作者：方志軍，湯繼躍，許志，應(yīng)用材料（中國(guó)）公司2008-09-02點(diǎn)擊:296金屬硅化物VLSI/ULSI器技術(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self-alignedsilicide）工藝已經(jīng)成為近期的超高速邏大規(guī)模成電路關(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/電極和柵電極的薄膜電阻，降低了接觸電阻，并縮短了與柵相關(guān)的RC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快速熱處工藝速熱退已經(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)。鈦化TiSi2鈦硅化物TiSi2因有工藝簡(jiǎn)單溫定性好等優(yōu)點(diǎn)最早廣泛應(yīng)用于0.25微米以上MOS技。其工藝是首先采用諸如物理濺射等方法將Ti金沉在晶片，然后經(jīng)過稍低溫度的第一次退火600～℃），得到高阻的中間相，然后再經(jīng)過溫度稍高的第二次退火（800900℃）使相變成最終需要的阻相對(duì)于鈦硅化物而言，最大的挑戰(zhàn)在iSi2的寬效應(yīng)。即TiSi2電會(huì)隨著線寬接觸面積的減小而增加。原因是當(dāng)線寬變得過窄時(shí)，從C49相C54相相過會(huì)由原先的二維模式轉(zhuǎn)變成一維模式使相變的溫度和時(shí)間將大大增加過的退火溫度會(huì)使主要的擴(kuò)散元素Si擴(kuò)散加劇而造漏電甚至短路的問題此隨著尺的不斷變小出現(xiàn)TiSi2相不充分而使接觸電阻增加的現(xiàn)象（圖1。

鈷化鈷硅化物作為鈦硅化物的替代品最先被應(yīng)用于從微到納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)主要原因在于它在該尺寸條件下沒有出現(xiàn)線寬效應(yīng)外硅化物形成過程中的退火溫度相比于鈦硅化物有所降低，有利于工藝熱預(yù)算的降低。同時(shí)由于橋造成的漏電和短也得到改善。雖然在90納及其以上尺寸高阻的到低阻的CoSi2的核過程還十分迅速，在相過程中沒有出現(xiàn)線寬效應(yīng)。但當(dāng)技術(shù)向前推進(jìn)到納米以下時(shí)，這種相變成核過程會(huì)受到極大的限制，因此線寬效應(yīng)將會(huì)出現(xiàn)。另外，隨著有源區(qū)摻雜深度不斷變淺，鈷硅化物形成過程中對(duì)表面高摻雜硅的過度消耗也變得不能滿足先進(jìn)制程的要求進(jìn)入納米以后短溝道效應(yīng)shortchanneleffect)影響對(duì)硅化物過程中熱預(yù)算提出了更高的要求。的二次退火溫通常還在700℃以上，因此必尋找更具熱預(yù)算優(yōu)勢(shì)的替代品。鎳化NiSi對(duì)于45納及其以下技術(shù)節(jié)點(diǎn)的半導(dǎo)體制程，鎳硅化物NiSi正成為接觸應(yīng)用上的選擇材料[2]。相對(duì)于之前的鈦鈷硅化物鎳化物具有一系列獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。鎳硅化物仍然沿用之前硅化物類似的兩步退火工藝，但是退火溫度有了明顯降低℃這樣就大大減少對(duì)器件已形成的超淺結(jié)的破壞。從擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)的角度來(lái)說，較短的退火時(shí)間可以有效地抑制離子擴(kuò)散。因此，尖峰退火spikeanneal）越來(lái)越用于鎳硅化物的第一次退火過程退只升降溫過程而沒有保溫過程此大大限制已摻雜離子

在硅化物形成過程中的擴(kuò)散。圖出了應(yīng)用材料公司的反腔在鎳硅化物第一次退火時(shí)尖峰退火的溫度曲線。圖鈷硅化物和鎳硅化物的電阻隨著不同線寬的變化情況圖可以看出線寬在０納米以下鈷硅化物的電阻明顯升高，而鎳硅化物即使在納以下都沒有現(xiàn)線寬效應(yīng)。另外，鎳硅化物的形成過程對(duì)漏硅的消耗較少，而近表面的硅剛好是摻雜濃度最大的區(qū)域因而對(duì)于降低整體的觸電阻十分有利硅化物的反應(yīng)過程是通過鎳原子的擴(kuò)散完成因不會(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。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)它制程的控制和整合也提出了更高的要求硅化物隨著溫度的升高具有不同的化學(xué)組成溫時(shí)首先形成的是高阻Ni2Si隨著溫度的升高，低阻的NiSi開始出現(xiàn)NiSi相高溫下不穩(wěn)定，在高于00℃左右時(shí)會(huì)因?yàn)閳F(tuán)聚和相變而生成高阻的相如圖），因此對(duì)隨后的后端工藝中各個(gè)步驟的最高溫度產(chǎn)生了限制。在Ni中摻入少量Pt能高NiSi的溫穩(wěn)定性。

鎳硅化物整合的另一個(gè)挑戰(zhàn)是接觸面漏電流的增其因是鎳硅化物與硅之間的存在缺陷或界面過于粗糙對(duì)于Ni金鍍膜之前晶片表面的清潔狀況及缺陷控制的要求十分嚴(yán)格如表面清潔狀況不想，很容易形成諸如針狀等缺陷，從而造成器件漏電。另外界形貌的控制對(duì)漏電流也至關(guān)重要。峰退火具備限制擴(kuò)散的能力，從而能控制鎳硅化物與硅接口間的形貌。[1]Lauwers,J.A.Kittl,M.Van