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硅化物由TiSi2到NiSi的转变

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 ; ; ; ; ; 金属硅化物在VLSI/ULSI器件技术中起着非常重要的作用。现在快速热处理工艺已经被广泛地用于在器件中制备金属硅化物。快速热退火(RTA)已经被证明在减少硅化物形成中及形成后的总热预算方面要优于传统的加热炉技术。图1给出了硅化物在器件中的位置。




  图2是一个MOS器件薄膜电阻的组成部分。因为在结上覆盖了一层高电导率层,硅化物工艺减小了扩散电阻(图中Rshunt部分);同时因为增加了有效接触面积,所以也减小了接触电阻(Rcontact)。
  自对准硅化物(Salicide)工艺已经成为近期的超高速CMOS逻辑大规模集成电路的关键制造工艺之一。它给高性能逻辑器件的制造提供了诸多好处。该工艺同时减小了源/漏电极和栅电极的薄膜电阻,降低了接触电阻,并缩短了与栅相关的RC延迟。另外,它也允许通过增加电路封装密度来提高器件集成度。
  0.35和0.25微米MOS技术使用TiSi2作为标准的硅化物材料。对于TiSi2的担忧在于,由高电阻的C49相形成低电阻的C54相的过程与线宽有关。更短的栅使得从C49晶粒相到C54相是一种一维生长模式,这种相变需要更高的温度。因此可能导致结块并会增加窄线的Rs。



  从0.18微米技术节点到90纳米技术节点,钴因为没有线宽效应,所以取代了钛。Co由高阻的CoSi相形成低阻的CoSi2相。因为CoSi到CoSi2的成核非常迅速,所以在相变过程中没有观察到线宽效应。当技术向前推进后,器件的尺寸变得越来越小。这时结中高的硅消耗成为钴的一个大问题,因为高的硅消耗减少了有用的动态区。另一个使用钴的问题是热预算。它的750℃退火温度对于先进的65纳米MOS技术来说是不能接受的。
  从65纳米节点以后,镍因为有更低的硅消耗和热预算,所以将会取代钴。表1给出了三种硅化物的典型工艺条件。镍化硅有更低的退火温度,因而热预算最小。优化后的RTP温度范围是350-500℃,形成NiSi。在这样低的温度下,信噪比更低,控制更加困难。不过,应用材料公司的Radiance plus技术在这么低的温度下有非常良好的温度控制性能,而且能够在350℃的低温下进行峰值退火。图3给出了应用材料公司的Radiance plus腔在镍化硅退火时峰值退火的温度曲线。



  表2中总结了三种硅化物。NiSi在高温时不稳定,在低温情况时形成高阻的Ni2Si。NiSi是人们需要的低阻相,不过NiSi是一个中间相。在高于600℃时,低阻的NiSi会转变为高阻的NiSi2相。把NiSi集成到整个工艺流程中是先进的65纳米工艺技术的巨大挑战之一。


来源:半导体国际   作者:Ji Yue Tang, Jerry Xu, Weapon Wang, Ruiping Wang Applied Materials  2005/7/8 0:00:00
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