论文题目: 用于亚0.1μmCMOS器件技术中的镍硅化物研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 微电子学与固体电子学
作者: 蒋玉龙
导师: 李炳宗
关键词: 镍硅化物,固相反应,单步快速热处理,两步快速热处理,杂质再分布,效应,反应动力学,反应激活能,肖特基势垒分布不均匀性,面接触特性,非晶化注入技术,集成电路工艺
文献来源: 复旦大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着CMOS集成电路制造技术持续向亚0.1μm工艺推进,与之相应的自对准硅化物（SALICIDE）材料和工艺也在不断发展创新。由于窄线条效应限制,在0.25/0.18μm技术代SALICIDE工艺使用CoSi2取代TiSi2。与NiSi相比,最近的研究表明,当线条物理宽度小于40nm时,CoSi2在多晶硅上的薄层电阻陡然升高。因此,NiSi被广泛看作是研究发展新一代SALICIDE工艺的优选材料。 由于NiSi形成温度低,硅化反应过程中Ni始终是主导扩散粒子,因此早期研究都认为只要使用单步快速热处理工艺（RTP）即可。但近期实验表明,使用单步RTP的NiSi SALICIDE工艺导致在器件有源区边缘出现过度硅化,严重破坏器件电学特性。已有研究表明,使用两步RTP形成NiSi可以抑制过度硅化反应,但这种NiSi SALICIDE工艺尚有许多材料和工艺问题有待研究。本论文系统研究在较低温度范围内Ni/Si固相反应规律和两步RTP NiSi SALICIDE工艺的有关技术。论文主要内容及结果归纳为以下四个部分: 1.论文系统研究了超薄Ni膜在重掺杂n+/p和p+/n浅结型硅衬底上、低温范围内Ni/Si固相反应规律,分析了硅化镍薄膜的组分、结构和特性的变化及其原因。 - 实验从实际生产的角度证实在两种掺杂衬底上都存在第一步退火和第二步退火的工艺窗口。 - 实验发现,经过第一步低温退火,同样厚度的Ni膜硅化反应后在p+/n-Si衬底上的薄层电阻值比n+/p-Si衬底上大很多。测试分析表明,两种衬底上形成的硅化物晶粒尺寸大小不同是造成这种差别的主要原因。 - 实验发现,在重掺杂衬底上Ni/Si反应导致杂质（As、B）显著再分布:在硅化物/Si的界面处形成一个杂质富集峰;在硅化物薄膜表面以下数纳米的地方存在另一个杂质富集峰。研究认为,Ni/Si固相反应过程中的Kirkendall空洞效应（kirkendall voiding effect）是造成近硅化物表面杂质富集峰的原因。 - 根据Kirkendall空洞层在薄膜中的位置,研究发现Ni/Si反应中尽管Ni原子是主导扩散粒子,但Si原子也会向Ni膜中扩散参与反应。 2.为深入了解和更好控制第一步低温退火下的Ni/Si反应,论文系统研究了Ni2Si薄膜形成动力学。 - 论文建立了Ni/Si固相反应形成Ni2Si薄膜的反应动力学模型,即线性—抛物线型薄膜生长模型。 - 实验发现,Ni2Si薄膜在n+/p-Si衬底上比p+/n-Si衬底上更加稳定。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
第一章 绪论
§1．1 引言
§1．2 硅化物工艺的发展历史
§1．3 SALICIDE工艺常用硅化物特性介绍
§1．3．1 TiSi_2
§1．3．2 CoSi_2
§1．4 NiSi工艺和本论文研究内容
第二章 超薄Ni膜硅化反应基本特性研究
§2．1 引言
§2．2 样品制备简介
§2．3 超薄Ni膜硅化反应基本特性研究
§2．3．1 薄层电阻与RTP处理温度的关系
§2．3．2 生成硅化物的物相分析
§2．3．3 生成物薄膜的SIMS元素深度分布分析
§2．3．4 生成物薄膜的透射电镜分析分析
§2．4 讨论
§2．5 本章小结
第三章 形成Ni_2Si薄膜的反应动力学研究
§3．1 引言
§3．2 Ni／Si反应形成Ni_2Si动力学模型的建立
§3．3 Ni_2Si薄膜样品制备工艺简介
§3．4 Ni_2Si薄膜形成激活能数据的获得
§3．5 激活能应用实例和讨论
§3．6 本章小结
第四章 基于NiSi／Si肖特基接触特性的Ni／Si反应研究
§4．1 引言
§4．2 肖特基势垒分布不均匀性的背景知识
§4．2．1 弹道电子发射显微术用于研究势垒分布不均匀性
§4．2．2 I-V-T方法用于研究势垒分布不均匀性
§4．3 NiSi／Si肖特基接触样品制备工艺
§4．4 不同退火工艺形成的NiSi／Si肖特基面接触特性
§4．5 退火升温速率对NiSi／Si面接触特性的影响
§4．6 本章小结
第五章 非晶化注入技术在NiSi SALICIDE工艺中应用初步研究及NiSi SALICIDE工艺展望
§5．1 引言
§5．2 样品制备工艺简介
§5．3 PJA处理对硅化反应影响的初步研究
§5．4 NiSi SALICIDE工艺展望
§5．5 本章小结
第六章 总结
参考文献
致谢
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作者简历
发布时间: 2005-09-19
参考文献
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