集成电路中金属硅化物的发展与演变VIP专享

1 集成电路中金属硅化物的发展与演变作者：方志军，汤继跃，许志，应用材料（中国）公司 2008-09-02 点击 :296 金属硅化物 在 VLSI/ULSI器件技术中起着非常重要的作用，被广泛应用于源漏极和硅栅极与金属之间的接触。其中自对准硅化物（self-aligned silicide ）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，它采用自对准工艺，无须增加光刻和刻蚀步骤，因此允许通过增加电路封装密度来提高器件集成度。现在，金属硅化物的制备通常采用快速热处理 工艺。快速热 退火 已经被证明在减少硅化物形成中的总热预算方面优于传统的加热炉技术。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 的线宽效应。即TiS i2 电阻会随着线宽或接触面积的减小而增加。原因是当线宽变得过窄时，从C49 相到 C54 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（图1）。2 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...