金属/锗硅固相反应及其接触特性研究

论文摘要

随着集成电路器件尺寸的持续缩小,短沟道效应等原因使得MOS器件性能的继续提高遇到了严峻的挑战,SiGe被引入到新型的器件结构中,通过在沟道中产生应变来提高沟道载流子的迁移率,从而提高器件的速度和性能。此外,日益缩小的器件尺寸也使MOS器件源漏区的寄生接触电阻不可忽略,降低源漏接触电阻是小尺寸器件中不得不研究和解决的一个问题,Si基器件的接触都是通过与金属固相反应自对准地形成金属硅化物来做的,在进入45nm及以下节点后,Ni一直被认为是最理想的接触金属材料,但Ge的引入使得锗硅化物的热稳定性变差,NiSiGe/SiGe接触在电学方面的特性还没有得到广泛的研究。在这样的背景下,本论文以Ni/SiGe的固相反应为研究对象,利用蒸发、溅射、快速热退火等常规工艺手段和一系列物相、形貌、电学表征方法对该系统的固相反应特性进行了深入的研究,取得了以下主要结果：1. Ni（Pt）/SiGe反应特性及形成肖特基接触特性的研究Ni/SiGe反应形成的NiSiGe具有较好的物相稳定性,在800℃高温下也不会转变为Ni（SiGe）2相,但是热稳定性较差,随着温度升高,（600℃以上）薄膜开始发生明显的团聚现象,从而使薄膜脱离低阻区,相应温度下形成的肖特基接触特性也发生退化；引入Pt中间层的合金技术可以提高NiSiGe的热稳定性,延缓薄膜团聚现象的发生（至700℃）,形成更为可靠的肖特基接触,更均匀的接触势垒。NiSiGe/n-Si0.84Ge0.16接触具有与NiSi/n-Si接近的肖特基势垒,大约为0.65 eV,Pt的引入可以使肖特基势垒提高到0.73eV；在550℃恒定退火温度下,退火时间对NiSiGe薄膜质量具有显著的影响,尤其当退火时间超过10 min,NiSiGe薄膜发生严重的团聚现象,导致薄膜电阻率升高,肖特基二级管接触特性退化。2. Ni/SiGe固相反应的原位XRD测试研究采用原位XRD测试技术对Ni/SiGe的固相反应进行了研究,观察到Ni2（SiGe）、NiSiGe物相的顺序性生长过程,并发现NiSiGe具有（130）择优生长晶向。根据原位XRD所得到的物相峰位信息,研究了NiSiGe薄膜中的Ge分凝现象,发现Ge在较低的温度（400℃）便开始从薄膜中析出,较低的分凝温度可能与原位测试所需施加的较长热应力时间有关。在较低温度下对样品进行了恒温原位XRD测试,根据物相衍射峰的变化信息,Ni2（SiGe）、NiSiGe两个物相均具有扩散主导的生长模式。3.NiSiGe/p+-SiGe接触电阻率研究在p+-siGe衬底上制作了Kelvin桥结构样品,进行了NiSiGe/p+-SiGe接触电阻的测量,经过对电流“拥挤”效应以及锗硅化反应对扩散层厚度的影响进行修正后,测得了10-7QΩ·cm2量级的接触电阻率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 SiGe在MOS器件中的应用
• 1.2 集成电路工艺中的接触技术
• 1.2.1 自对准金属硅化物工艺（SALICIDE）
• 1.2.2 NiSi在现代MOS工艺中的应用
• 1.2.3 接触技术遇到的挑战
• 1.3 Ni基锗硅化物的研究现状
• 1.3.1 NiSiGe的相稳定性
• 1.3.2 NiSiGe的热稳定性
• 1.4 本论文内容安排
• 第二章 实验方法与表征手段
• 2.1 样品结构的制备
• 2.2 样品表征方法
• 2.2.1 薄层电阻和四探针
• 2.2.2 X射线衍射
• 2.2.3 扫描电子显微镜和原子力显微镜
• 2.2.4 电流-电压特性测试及分析模型
• 第三章 Ni（Pt）/SiGe反应特性及形成肖特基接触特性的研究
• 3.1 引言
• 3.2 样品的制备与测试
• 3.3 Ni（Pt）/SiGe反应特性及其形成肖特基接触特性的研究
• 3.3.1 Ni/SiGe固相反应规律
• 3.3.2 Ni（Pt）/SiGe固相反应规律
• 3.3.3 Ni（Pt）SiGe/n-SiGe肖特基接触特性
• 3.4 不同退火时间对Ni/SiGe反应特性的影响
• 3.4.1 不同退火时间对Ni/SiGe固相反应影响的物相表征
• 3.4.2 不同退火时间对NiSiGe/n-SiGe接触特性的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 Ni/SiGe固相反应的原位XRD测试研究
• 4.1 引言
• 4.2 样品的制备与测试
• 4.3 测试结果与分析
• 4.4 本章小结
• +-SiGe接触电阻率研究'>第五章 NiSiGe/p⁺-SiGe接触电阻率研究
• 5.1 引言
• 5.2 金属-半导体接触电阻率及其测量
• 5.2.1 接触电阻率
• 5.2.2 传输线（TLM）模型
• 5.2.3 Cross Bridge Kelvin（CBK）测试结构
• 5.3 样品的制备与测试
• 5.4 测试结果与分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 硕士期间发表论文目录
• 致谢