高遷移率應(yīng)變SiGe上NiSiGe材料特性的研究.pdf

1、隨著超大規(guī)模集成電路集成度的不斷增加，晶體管的單元尺寸持續(xù)的縮小。晶體管工藝流程發(fā)展到了納米節(jié)點(diǎn)以下，線寬效應(yīng)、短溝道效應(yīng)等原因使得晶體管性能的持續(xù)提高面臨了巨大挑戰(zhàn)。為了進(jìn)一步提高晶體管的性能，需要新的溝道材料及相應(yīng)的制備工藝。近年來(lái)，應(yīng)變硅鍺（SiGe）材料，因其與目前硅（Si）工藝的兼容性，被引入到新型的器件結(jié)構(gòu)中，大大增強(qiáng)了溝道載流子的遷移率，提高了器件的速度和性能。在晶體管的源漏區(qū)域，金屬硅化物（Silicide）作為接觸材料

2、，有效降低了接觸電阻，提升了晶體管的電學(xué)性能。
　　本論文工作針對(duì)應(yīng)變 SiGe和鎳（Nickle，Ni）反應(yīng)很難形成均勻、平整的鎳硅鍺（NiSiGe）接觸材料，利用金屬鈦（Titanium，Ti）插入層對(duì)Ni/SiGe反應(yīng)的影響，進(jìn)行了以下方面的研究：
　　1.研究了不同厚度Ti納米薄膜插入層對(duì)最終生成NiSiGe的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨著插入層厚度的增加，鎳的硅鍺化物薄膜生成質(zhì)量逐漸變好并趨于穩(wěn)定，5 nm Ti金屬插入層可以

3、調(diào)制高質(zhì)量（010）取向NiSiGe的生成。
　　2.探明了低溫退火條件對(duì)Ti插入層調(diào)節(jié)作用的影響。針對(duì)不同溫度下5 nm特定厚度在300℃、400℃、500℃、600℃條件下進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)500℃左右是最理想的退火溫度，超過(guò)（或等于）600℃的條件退火，薄膜質(zhì)量急劇下降。同時(shí)研究了二次退火工藝在對(duì)Ti插入層調(diào)節(jié)作用的影響，進(jìn)行第一階段的低溫預(yù)退火，然后進(jìn)行目標(biāo)溫度的退火。發(fā)現(xiàn)了在低溫和高溫時(shí)生成NiSiGe的不同機(jī)制：低溫時(shí)

4、傾向于擴(kuò)散機(jī)制，高溫時(shí)傾向于形核機(jī)制。Ti插入層的調(diào)制減緩了反應(yīng)進(jìn)程，使得擴(kuò)散機(jī)制的作用溫度范圍增加。
　　3.發(fā)現(xiàn)了Ti調(diào)制均勻NiSiGe外延生長(zhǎng)的機(jī)理：Ti元素可以與Si、Ge反應(yīng)，通過(guò)增加Ti緩沖層進(jìn)而可以調(diào)節(jié)Ni與Si、Ge反應(yīng)進(jìn)度的行為。通過(guò)各種元素的相互擴(kuò)散之后，最終會(huì)在應(yīng)變SiGe材料上生成接觸良好的Ni的鍺硅化物。生成有外延關(guān)系的硅化物，硅化物的晶格與襯底SiGe的晶格有共格晶界。生成高質(zhì)量的外延單晶薄膜的同時(shí)，