新型低势垒接触体系研究

论文摘要

集成电路器件特征尺寸急剧缩小对源漏材料与衬底的接触势垒提出了新的挑战。各种新型的低势垒材料和新型硅化物制备方式不断涌现。其中具有较低金属功函数的稀土金属（如Er、Yb等）已经被证明在N型衬底硅上可以形成非常低势垒的硅化物,是目前国内外关注较多下一代硅化物的备选材料。同时,随着High-k技术以及肖特基势垒源漏MOSFET（SB-MOS）的日益实用化,锗硅器件的研究也引起了较多关注。本论文针对降低接触势垒的需求,论证了用于肖特基势垒提取的导纳谱法的可靠性;研究了使用稀土金属Yb对主流金属硅化物NiSi肖特基势垒高度调节的方法;探索了稀土金属Yb和Er与多晶锗硅固相反应的机理。本论文研究了导纳谱法在提取肖特基势垒时的稳定性和可靠性。通过数值模型模拟肖特基二极管的输出特性和导纳值,比较了电流-电压拟合以及导纳谱法提取的肖特基势垒高度的差别。通过公式推导结合实验说明,在势垒较低的时候,传统的电流-电压拟合方法失效。实验也进一步说明,导纳谱法在不同的测试频率和交流偏压幅值情况下都具有较好的稳定性和可靠性,在势垒高度较大时基本不受测试电学条件的影响,而在较低势垒的情况下较传统方法仍具有较好的准确性。本论文详细研究了Yb掺杂对NiSi固相反应的影响。通过共溅射的方式在Si（001）衬底上淀积Ni（Yb）,并通过快速热退火形成Ni（Yb）硅化物。退火后利用四探针法测量薄层电阻变化,使用X射线衍射和微区拉曼光谱测量表征硅化物物相变化。使用Rutherford背散射（RBS）和俄歇电子能谱（AES）用来测量退火后元素再分布。用电流-电压拟合的方式提取Ni（Yb）Si/Si肖特基二极管的肖特基势垒高度。实验表明,Yb的掺杂没有影响NiSi的形成,而较高浓度的Yb掺杂在较低退火温度时抑制了电阻率相对较高的Ni2Si的形成,退火结束之后,绝大部分Yb堆积在表面处,而一小部分Yb堆积在NiSi/Si界面处,对势垒高度也有明显的调节作用。本论文研究了稀土金属（Yb & Er）与多晶锗硅的固相反应。通过离子束溅射和快速热退火形成多晶锗硅薄膜,随后通过硼扩和磷扩对多晶锗硅薄膜进行N型和P型掺杂,通过X射线衍射研究了带抗氧化覆盖层和不带覆盖层的稀土金属与多晶锗硅薄膜固相反应,并通过剥层X射线光电子能谱分析了Yb、Si和Ge等主要元素退火后的再分布。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 集成电路与摩尔定律
• 1.2 金属硅化物
• 1.3 肖特基源漏晶体管
• 第二章 实验方法与表征手段
• 2.1 样品制备手段
• 2.1.1 蒸发
• 2.1.2 溅射
• 2.2 样品表征方法
• 2.2.1 薄层电阻和四探针
• 2.2.2 X射线衍射
• 2.2.3 俄歇电子能谱
• 2.2.4 卢瑟福背散射
• 2.2.5 电流-电压测试和参数提取
• 第三章 用于肖特基势垒高度提取的导纳谱法
• 3.1 引言
• 3.2 理论基础与公式推导
• 3.3 理论验证
• 3.4 W肖特基势垒提取与结果讨论
• 3.5 Pt肖特基势垒提取与结果讨论
• 3.6 本章小结
• 第四章 Ni（Yb）硅化反应特性研究
• 4.1 引言
• 4.2 样品的制备与测试
• 4.3 Yb掺杂对Ni硅化物形成的影响
• 4.4 Yb在NiSi中的再分布
• 4.5 Yb掺杂对NiSi/Si肖特基势垒高度的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 Yb、Er与多晶锗硅反应研究
• 5.1 引言
• 5.2 多晶锗硅薄膜的制备与测试
• 5.3 Yb、Er与多晶锗硅固相反应
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 硕士期间发表论文和专利目录