《集成电路制造工艺与工程应用》第九讲.pptxVIP

第九讲：金属硅化物技术;内容;金属硅化物技术

Polycide工艺技术

Salicide工艺技术

Salicide工艺温度相位图

Ti-Salicide工艺互扩散

Co-Salicide和Ni-Salicide工艺互扩散

Salicde工艺面临的问题

SAB工艺

SAB和Salicide工艺的工艺流程;半导体工艺的特征尺寸缩小到亚微米以下面临的问题：

多晶硅栅等效串联电阻不断增大：多晶硅栅的方块电阻高达36ohm/sq，虽然栅等效串联电阻不会对电路的直流特性造成伤害，但是它会影响器件的高频特性

有源区等效串联电阻和接触孔电阻不断变大：单个接触孔的接触电阻高达200ohm，造成RC延时非常大;改善多晶硅栅和有源区等效串联电阻和接触电阻的方法：

多晶硅金属硅化物（Polycide）：Polycide是指仅仅在多晶硅栅上形成金属硅化物，源和漏有源区不会形成金属硅化物，利用多晶硅和Polycide的双层结构代替多晶硅栅，从而改善多晶硅的方块电阻和接触电阻。

自对准金属硅化物（Salicide）：Salicide是利用金属（Ti、Co和Ni等）与直接接触的有源区和多晶硅栅的硅反应形成Silicide，从而改善多晶硅栅和有源区等效串联电阻和接触电阻。;Polycide工艺的概念:在器件的栅极上形成金属硅化物薄膜，栅极由一定厚度的多晶硅薄膜和金属硅化物薄膜组成。Polycide工艺技术仅仅会在多晶硅栅上形成金属硅化物减小栅极的电阻，而不会改变有源区的电阻。

Polycide工艺的应用：用在特征尺寸在亚微米的集成电路制造工艺。;Polycide工艺的实现过程：

通过LPCVD淀积多晶硅薄膜；

通过LPCVD在多晶硅上淀积金属硅化物WSi2薄膜。

Polycide的特点：

WSi2的热稳定性非常好，它的阻值并不会随着工艺温度而改变；

多晶硅和WSi2的互扩散可以促使多晶硅和WSi2更好的结合，并不会不影响器件性能和栅极的电性；

多晶硅栅的掺杂类型不会影响Polycide的阻值，所以设计上不会区分n型或者p型多晶硅栅电阻。;Salicide工艺的概念:是指利用金属（Ti、Co和Ni等）与直接接触的有源区和多晶硅栅的硅反应形成Silicide，同时改善多晶硅栅和有源区等效串联电阻和接触电阻。金属不与SiO2、Si3N4和SiON等介质材料发生反应，所以Silicide能够很好地与有源区和多晶硅栅对准；把同时??有源区和多晶硅栅上形成Silicide的工艺技术称为自对准金属硅化物（SelfAlignedSilicide-Salicide）。

Salicide工艺的应用：用在特征尺寸在深亚微米的集成电路制造工艺。;Salicide工艺的实现过程：（Salicide工艺技术是在标准的CMOS工艺技术的基础上增加硅金属化的相关工艺步骤，Salicide工艺步骤是完成源和漏离子注入后进行的。）

利用PVD在多晶硅栅和有源区上淀积一层金属（Ti，Co和Ni等）；

第一次快速热退火处理（RTA-1），在多晶硅表面和有源区表面形成高阻的Salicide；

选择性湿法刻蚀处理；

第二次快速热退火处理（RTA-2），把高阻硅化物转化为低阻金属硅化物包括TiSi2，CoSi2和NiPtSi2等薄膜。;为什么需要两次RTA呢？（以Ti-Salicide工艺为例）

第一次RTA-1的温度比较低，只有450~650℃，Ti只会与有源区或者多晶硅反应形成高阻态的金属硅化物Ti2Si，它是体心斜方晶系结构，它是C49相，Ti不会和氧化硅反应生成金属硅化物，可以利用选择性湿法刻蚀去除表面的TiN薄膜和氧化硅上没有反应的Ti薄膜；

第二次RTA-2温度很高，最低也要750℃~950℃，RTA-2可以将C49相的高阻态金属硅化物Ti2Si转化为低阻的C54相金属硅化物TiSi2，C54相是面心斜方晶系结构，它的热力学特性很好，非常稳定；

如果只通过一次RTA生成低阻的金属硅化物TiSi2，那么这个步骤的RTA的工艺温度会很高，在如此高温的环境下，硅可以沿着TiSi2的晶粒边界进行扩散，导致氧化硅边界上面的TiSi2过度生长，湿法刻蚀无法去除氧化物上的金属硅化物，在STI和侧墙上也形成Salicide，造成短路。

;两次RTA工艺的温度相位图：

第一次RTA-1使金属与硅反应形成相位C49的高阻态金属硅化物Ti2Si、Co2Si或者Ni2PtSi，它的反应温度小于T1，T1（Ti）T1（Co）T1（Ni）。然后用湿法刻蚀（刻蚀的酸是NH4O