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硅化物的集成电路中的金属硅化物[2]

  钛硅化物TiSi2:钛硅化物TiSi2因具有工艺简单、高温稳定性好等优点,被最早广泛应用于0.25微米以上MOS技术。其工艺是首先采用诸如物理溅射等方法将Ti金属沉积在晶片上,然后经过稍低温度的第一次退火(600~700℃),得到高阻的中间相C49,然后再经过温度稍高的第二次退火(800~900℃)使C49相转变成最终需要的低阻C54相 。

  对于钛硅化物而言,最大的挑战在TiSi2的线电阻会随着线宽或接触面积的减小而增加。原因是当线相的相变过程会由原先的二维模式转变成一维模式,这使得相变的温度和时间将大大增加。而过高的退火温度会使主要的扩散元素Si扩散加剧而造成漏电甚至短路的问题。因此随着MOS尺寸的不断变小,会出现TiSi2相变不充分而使接触电阻增加的现象 。

  钴硅化物CoSi2:钴硅化物作为钛硅化物的替代品最先被应用于从0.18微米到90纳米技术节点,其主要原因在于它在该尺寸条件下没有出现线宽效应。另外,钴硅化物形成过程中的退火温度相比于钛硅化物有所降低,有利于工艺热预算的降低。同时由于桥通(bridge)造成的漏电和短路也得到改善 。

  虽然在90纳米及其以上尺寸,从高阻的 CoSi到低阻的CoSi2的成核过程还十分迅速,在CoSi2相变过程中没有出现线宽效应。但当技术向前推进到45纳米以下时,这种相变成核过程会受到极大的限制,因此线宽效应将会出现。另外,随着有源区掺杂深度不断变浅,钴硅化物形成过程中对表面高掺杂硅的过度消耗也变得不能满足先进制程的要求。MOS进入45纳米以后,由于短沟道效应(short channel effect)的影响对硅化物过程中热预算提出了更高的要求。CoSi2的第二次退火温度通常还在700℃以上,因此必须寻找更具热预算优势的替代品 。

  镍硅化物NiSi:对于45纳米及其以下技术节点的半导体制程,镍硅化物(NiSi)正成为接触应用上的选择材料。相对于之前的钛钴硅化物而言, 镍硅化物具有一系列独特的优势。镍硅化物仍然沿用之前硅化物类似的两步退火工艺,但是退火温度有了明显降低(600oC), 这样就大大减少对器件已形成的超浅结的破坏。从扩散动力学的角度来说,较短的退火时间可以有效地抑制离子扩散。因此,尖峰退火(spike anneal)越来越被用于镍硅化物的第一次退火过程。该退火只有升降温过程而没有保温过程,因此能大大限制已掺杂离子在硅化物形成过程中的扩散 。

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