镍硅化物工艺新进展

随着MOSFET器件的特征尺寸进入亚100 nm,传统自对准硅化物材料,如TiSi_2和CoSi_2,由于其硅化物形成工艺的高硅耗、高形成热预算和线宽效应等特点,已不能满足纳米尺寸器件对硅化物材料的要求,显现出其作为自对准硅化物材料的局限性.NiSi与传统自对准硅化物材料相比,不但具有硅化物形成工艺的低硅耗和低形成热预算,而且具有低电阻率,又不存在线宽效应.所以,NiSi作为纳米尺寸器件最有希望的自对准硅化物材料得到广泛的关注和研究.综合介绍了镍硅化物特性,一硅化镍薄膜形成工艺及其工艺控制问题.     

应用于硅化物自对准技术的CoSi_2薄膜特性及形貌研究

本文应用炉退火和快速退火(RTA)两种方法,使Co和Si热反应制备界面较平整、电阻率低(～16μΩ·cm)的CoSi_2薄膜。采用XRD、AES、TEM(横截面)、SEM、四探针等分析测试手段,详细研究了Co和Si、SiO_2之间的反应,CoSi_2薄膜的电学特性及CoSi_2/Si,CoSi_2,SiO_2界面形貌。结果表明,CoSi_2是除TiSi_2外另一个可用于MOS自对准技术的硅化物。     

亚微米自对准硅化物工艺开发

文章对亚微米自对准硅化物制造设备及工艺进行了详细的描述。文中以实际生产为目标, 以实验数据为依据,对影响自对准硅化物薄膜特性的各项工艺参数进行调试和论证,找出合适的RTP1 温度,并开发出适合自对准硅化物薄膜的工艺标准。     

CoSi_2中As~+和BF_2~+注入杂质再分布形成硅化物化浅结性能研究

向CoSi_2膜中分别注入As~+和BF_2~+杂质,以这种掺杂硅化物作为扩散源,用快速热处理使注入杂质再分布至CoSi_2下面的硅衬底中,能制作出结深为0.12μm的硅化物化N~+-P和 P~+-N浅结.本文研究了所制作的浅结性能,井从注入杂质在 COSi_3/Si系统中的再分布行为,讨论了浅结形成机理.     

Co与Si和SiO_2在快速热退火中的反应

利用四探针、AES、XRD、XPS和SEM等技术研究了快速热退火中Co与Si和SiO_2反应动力学、相序、层的形貌。测量了薄层电阻与退火温度和时间的关系。结果表明,随退火温度的升高,淀积在硅衬底上的钴膜逐步转变为Co_2Si、CoSi_(?)最后完全转化为CoSi_2。CoSi_2对应的电阻率最低。Co与SiO_2不会反应,即使在1050℃的高温下也没有观察到任何形成钴硅化物的证据。     

提高SOI器件和电路性能的研究

在分析SOI器件的浮体效应、击穿特性、背栅阈值、边缘漏电、ESD及抗辐照特性的基础上,提出了提高SOI器件和电路性能的技术途径.体接触是防止浮体效应的最好方法;正沟道和背沟道的BF2/B离子注入可以分别满足阈值和防止背栅开启的需要;SOI器件栅电极的选取严重影响器件的性能;源区的浅结有助于减小寄生npn双极晶体管的电流增益;而自对准硅化物技术为SOI器件优良特性的展现发挥了重要作用.研究发现,采用综合加固技术的nMOS器件,抗总剂量的水平可达1×106rad(Si).     

提高SOI器件和电路性能的研究

在分析SOI器件的浮体效应、击穿特性、背栅阈值、边缘漏电、ESD及抗辐照特性的基础上,提出了提高SOI器件和电路性能的技术途径.体接触是防止浮体效应的最好方法;正沟道和背沟道的BF2/B离子注入可以分别满足阈值和防止背栅开启的需要;SOI器件栅电极的选取严重影响器件的性能;源区的浅结有助于减小寄生npn双极晶体管的电流增益;而自对准硅化物技术为SOI器件优良特性的展现发挥了重要作用.研究发现,采用综合加固技术的nMOS器件,抗总剂量的水平可达1×106rad(Si).     

提高SOI器件和电路性能的研究

在分析SOI器件的浮体效应、击穿特性、背栅阈值、边缘漏电、ESD及抗辐照特性的基础上，提出了提高SOI器件和电路性能的技术途径. 体接触是防止浮体效应的最好方法；正沟道和背沟道的BF2/B离子注入可以分别满足阈值和防止背栅开启的需要；SOI器件栅电极的选取严重影响器件的性能； 源区的浅结有助于减小寄生npn双极晶体管的电流增益；而自对准硅化物技术为SOI器件优良特性的展现发挥了重要作用. 研究发现，采用综合加固技术的nMOS器件，抗总剂量的水平可达1E6rad(Si).     

多晶硅/CoSi_2/Si结构热稳定性研究

本文利用俄歇电子谱(AES)、X射线衍射(XRD)和电学测量等方法研究了原位掺杂多晶硅/CoSi_2/Si_(衬底)多层结构在700—900℃的温度范围内在惰性气体和真空中进行热处理的稳定性.结果表明,当退火温度低于 850℃,这种结构有良好的热稳定性.当温度高于 850℃,多晶硅与硅化物间将发生互扩散和界面反应.随着退火温度升高,在惰性气体的气氛中,CoSi_2迁移到表面层,而硅外延生长在硅衬底上,形成 CoSi_2/Si 双层结构;在真空中热处理仍可保持 poly-Si/CoSi_2/Si 三层结构.     

采用CoSi2 SALICIDE结构CMOS/SOI器件辐照特性的实验研究

讨论了CoSi2SALICIDE结构对CMOS/SOI器件和电路抗γ射线总剂量辐照特性的影响.通过与多晶硅栅器件对比进行的大量辐照实验表明,CoSi2SALICIDE结构不仅可以降低CMOS/SOI电路的源漏寄生串联电阻和局域互连电阻,而且对SOI器件的抗辐照特性也有明显的改进作用.与多晶硅栅器件相比,采用CoSi2 SALICIDE结构的器件经过辐照以后,器件的阈值电压特性、亚阈值斜率、泄漏电流、环振的门延迟时间等均有明显改善.由此可见,CoSi2SALICIDE技术是抗辐照加固集成电路工艺的理想技术之一.     

采用CoSi_2SALICIDE结构CMOS/SOI器件辐照特性的实验研究

讨论了CoSi2SALICIDE结构对CMOS/SOI器件和电路抗γ射线总剂量辐照特性的影响.通过与多晶硅栅器件对比进行的大量辐照实验表明,CoSi2SALICIDE结构不仅可以降低CMOS/SOI电路的源漏寄生串联电阻和局域互连电阻,而且对SOI器件的抗辐照特性也有明显的改进作用.与多晶硅栅器件相比,采用CoSi2SALICIDE结构的器件经过辐照以后,器件的阈值电压特性、亚阈值斜率、泄漏电流、环振的门延迟时间等均有明显改善.由此可见,CoSi2SALICIDE技术是抗辐照加固集成电路工艺的理想技术之一.     

0.1微米级MOS器件制作与特性研究

对 0 .1微米级 MOS器件的制作方法进行了研究 ,并提出了两次曝光的新方法。文中还介绍了芯片制作所用版图设计和实际制作过程 ,得到了最小沟道长为 0 .12微米的 MOS器件。最后对沟长 0 .12、0 .19和 0 .2 5微米的 MOS器件特性进行了测试 ,得出了 0 .1微米级 MOS器件电特性随沟道长度变化的关系     

离子注入硅快速退火合成Y硅化物的特性

用金属蒸发真空弧离子源注入机将 Y离子注入硅 ,制备出特性良好的硅化物。用掠角沟道技术和透射电子显微镜分析了这种硅化物的结构。用束流密度为 2 5μA/ cm2的 Y注入硅可形成三层结构的硅化钇。硅化钇层的厚度大约为 60— 80 nm.其缺陷密度 Nd 和薄层电阻 Rs随束流密度的增加而下降。快速退火后 ,Nd和 Rs都明显下降。Rs从 54Ω/□下降到 1 4Ω/□。最小电阻率为 84μΩ·cm.这说明快速退火可以改善硅化钇的电特性。X射线衍射分析表明 YSi和 YSi2 硅化物已经形成。掠角沟道技术有益于研究薄层硅化物的原子深度分布和晶格缺陷密度分布     

具有应变沟道及EOT 1.2nm高性能栅长22nm CMOS器件

深入研究了亚30nm CMOS关键工艺技术,特别是提出了一种新的低成本的提高空穴迁移率的技术--Ge预非晶化S/D延伸区诱生沟道应变技术,它使栅长90nm pMOS空穴有效迁移率在0.6MV/cm电场下提高32%.而且空穴有效迁移率的改善,随器件特征尺寸缩小而增强.利用零阶劳厄线衍射的大角度会聚束电子衍射分析表明,在沟道区相应的压应变为-3.6%.在集成技术优化的基础上,研制成功了高性能栅长22nm应变沟道CMOS器件及栅长27nm CMOS 32分频器电路(其中分别嵌入了57级/201级环形振荡器),EOT为1.2nm,具有Ni自对准硅化物.     

具有应变沟道及EOT 1.2nm高性能栅长22nm CMOS器件

深入研究了亚30nm CMOS关键工艺技术,特别是提出了一种新的低成本的提高空穴迁移率的技术--Ge预非晶化S/D延伸区诱生沟道应变技术,它使栅长90nm pMOS空穴有效迁移率在0.6MV/cm电场下提高32%.而且空穴有效迁移率的改善,随器件特征尺寸缩小而增强.利用零阶劳厄线衍射的大角度会聚束电子衍射分析表明,在沟道区相应的压应变为-3.6%.在集成技术优化的基础上,研制成功了高性能栅长22nm应变沟道CMOS器件及栅长27nm CMOS 32分频器电路(其中分别嵌入了57级/201级环形振荡器),EOT为1.2nm,具有Ni自对准硅化物.     

自对准硅化物工艺研究

对适用于深亚微米CMOS器件的各种自对准硅化物工艺进行了讨论，并对不同硅化物薄膜的特性进行了分析。结果表明，随着大规模集成电路特征尺寸的不断缩减及其对器件性能要求的不断提高，常规Ti和Co的自对准硅化物工艺已经不能满足器件特征尺寸进一步缩小的需要；Ni的自对准硅化物工艺可以很好地满足超深亚微米及纳米器件对硅化物的需求。     

Co—Si多层膜的透射电镜研究

本文用TEM技术系统地研究了超高真空中在Si(111)衬底上交替蒸镀Co、Si形成的多层薄膜,在稳态热退火过程中硅化物的生长规律,观察生成硅化物的成分和晶粒度、薄膜的表面形态和界面特征等微结构的变化。结果表明,随着退火温度的升高Co膜逐渐转化为Co_2Si、CoSi和CoSi_2,硅化物晶粒的大小随退火温度的升高而增大,340—370℃退火后在Co耗尽前Co_2Si和CoSi能同时生长(三相共存)。结合XRD分析,证实了上述结果的可靠性。     

离子注入硅快速退火合成Y硅化物的特性

用金属蒸发真空弧离子源注入机将Y离子注入硅,制备出特性良好的硅化物.用掠角沟道技术和透射电子显微镜分析了这种硅化物的结构.用束流密度为25μA/cm2的Y注入硅可形成三层结构的硅化钇.硅化钇层的厚度大约为60-80nm.其缺陷密度Nd和薄层电阻Rs随束流密度的增加而下降.快速退火后,Nd和Rs都明显下降.Rs从54Ω/□下降到14Ω/□.最小电阻率为84μΩ·cm.这说明快速退火可以改善硅化钇的电特性.X射线衍射分析表明YSi和YSi2硅化物已经形成.掠角沟道技术有益于研究薄层硅化物的原子深度分布和品格缺陷密度分布.     

新型槽栅MOSFETs的特性

采用SIVALCO软件对槽栅与平面器件进行了仿真对比分析,结果表明槽栅器件能够有效地抑制短沟道及热载流子效应,而拐角效应是槽栅器件优于平面器件特性更加稳定的原因.对自对准工艺下成功投片所得沟道长度为140nm的槽栅器件进行测量,结果有力地证明了槽栅器件较平面器件的优越性.     

Co-Si多层膜在稳态热退火中的固相界面反应

超高真空条件下,采用电子束蒸发工艺在Si(111)衬底上交替蒸镀200A的Co和Si薄膜形成多层膜结构,在恒温炉中作稳态热退火,然后用XRD、RBS及AES等技术作分析,研究了Co-Si多层膜固相反应的相序,用四探针测量了反应生成的钴硅化物的电阻率。结果表明,随着退火温度的升高,淀积在Si(111)上的Co膜逐步转化为Co_2Si、CoSi和CoSi_2,最后完全转化为CoSi_2。在比单层膜低得多的温度下退火获得了电阻率较低、表面形态良好、晶粒很大的CoSi_2薄膜材料。