低接觸勢壘ErSi-,2-x-和YSi-,2-x-薄膜的制備及特性研究.pdf

1、隨著集成電路器件尺寸的持續(xù)縮小，與Si超低接觸電阻率的要求以及新型源漏結(jié)構(gòu)器件的出現(xiàn)，迫切需要降低金屬硅化物的接觸勢壘。因此能與n型Si形成低接觸勢壘的稀土金屬硅化物(如ErSi2-x、YSi2-x等)日益引起研究者的關(guān)注。但是，薄膜的氧化問題及表面形貌缺陷問題阻礙了稀土金屬硅化物在大規(guī)模生產(chǎn)工藝中的應用。本論文以ErSi2-x和YSi2-x為主要研究對象，利用蒸發(fā)、濺射和快速熱退火等常規(guī)工藝手段和一系列物相、形貌、電學表征方法對上述兩

2、個問題進行了深入的研究，取得了以下主要結(jié)果： 1.YSi2-x薄膜的生長及性質(zhì)表征 Y/Si(100)在500℃至950℃快速熱退火條件下，可生成非常穩(wěn)定且具有較低薄層電阻的YSi2-x薄膜，但存在氧化問題。硅化物形成的同時伴隨著針孔的出現(xiàn)，其形狀為方形或者長方形，尺寸在微米量級。YSi2-x/p-Si(100)接觸勢壘高度隨退火溫度變化不大，在0.633 eV至0.686 eV之間。I-V-T測試表明，YSi2-xn-

3、Si(100)接觸的Schottky勢壘存在微觀不均勻性，該不均勻性可用高斯分布模型描述。500℃、600℃和900℃退火樣品的平均勢壘高度分別為0.460 eV、0.376eV和0.324 eV，而700℃和800℃退火形成的YSi2-x/n-Si(100)二極管樣品在低溫時仍表現(xiàn)出“歐姆”特性(整流比較低，約為幾十)。 2.ErSi2-x薄膜的生長及性質(zhì)表征 Er/Si(100)在500℃至1000℃退火條件下，也可

4、生成非常穩(wěn)定且薄層電阻較低的ErSi2-x薄膜。分析表明，Er/Si(100)樣品退火時的固相反應可以看作界面硅化反應與表面氧化反應的相互競爭過程。針孔現(xiàn)象在ErSi2-x薄膜中同樣存在，然而對于很薄的ErSi2-x薄膜，則可能形成金字塔形缺陷結(jié)構(gòu)。當金屬Er層比較厚的時候，退火形成的ErSi2-x/p-Si(100)接觸受到氧化的影響較小，測得的接觸勢壘高度在0.783 eV至0.805 eV之間，且隨退火溫度變化不大。但對很薄的樣品

5、，氧化很容易造成接觸特性的退化和破壞。I-V-T測試表明，ErSi2-x/n-Si(100)接觸的Schottky勢壘也存在著微觀不均勻性，該不均勻性也可用高斯分布模型描述，不同退火溫度樣品的平均勢壘高度在0.343～0.427 eV之間，而700℃、800℃和900℃退火樣品的勢壘不均勻性相對較大，因此這三個退火溫度的二極管樣品在低溫時仍呈現(xiàn)“歐姆”特性。 3.利用W覆蓋層制備ErSi2-x薄膜及其性質(zhì)表征 將W覆蓋層

6、技術(shù)應用于自對準ErSi2-x工藝，并用該方法成功地制備了自對準的ErSi2-x/p-Si(100)二極管樣品。實驗表明，W覆蓋層不僅能有效防止薄膜出現(xiàn)金字塔形缺陷，獲得平整的ErSi2-x薄膜，而且對抑制ErSi2-x薄膜氧化、改善ErSi2-x/p-Si(100)的接觸特性也有促進作用。 4.Er中間層對Ni/Si(100)固相反應、NiSi/Si(100)接觸特性的影響 對Ni/Er/Si(100)三元體系的研究發(fā)

7、現(xiàn)，很薄中間層Er的加入，會提高NiSi形成溫度，并抑制Ni2Si等富Ni硅化物相的出現(xiàn)，在700℃及以上溫度退火所形成的NiSi2則有明顯的(100)擇優(yōu)生長晶向。然而，退火之后發(fā)現(xiàn)Er大部分偏析到NiSi薄膜表層，因此Er的摻入并不能有效地調(diào)制NiSi/n-Si(100)的Schottky勢壘高度。 5.摻Pt對Si(100)上生長的NiSi薄膜應力影響研究 原位應力測試表明，Si(100)襯底上生長的純NiSi薄膜