TiSi_2薄膜的形成特性及TiSi_2/多晶硅复合栅结构的研究

作者:陶江;赵铁民;张国炳;王阳元;汪锁发;李永洪 刊名:半导体学报 上传者:欧阳玲

【摘要】本文用反应生成和合金靶溅射两种方法生成了TiSi_2薄膜,并对其形成特性进行了研究,同时将所形成的TiSi_(?)薄膜应用于MOSFET和MOS电容的制作中.结合电学性反的测量和TEM(横截面)在位观察,研究了TiSi_2/多晶硅复合栅结构的特性,发现当多晶硅厚度小于某一临界值时,经高温炉退火后,SiO_2/Si界面将会产生许多新的界面在,SiO_(?)层中会产生缺陷.对离于注入和热扩散掺杂的两种样品,多晶硅层厚度的这个临界值几乎是相同的.根据我们的实验和分析结果,证实了在TiSi_2薄膜的形成过程中所引入的应力是产生上述现象的基本原因.

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引;言随粉VLsl的发展、集成度的提高、加工尺寸的缩小,互联引线已成为限制电路速度的主要因素.一般当器件尺寸下降到1.,声粗以下时,对于长引线条的数字电路,目前的多晶硅栅和互联技术已不再适用,因而发展了一种新的器件和互联结构,即在多晶硅.上加一层金属硅化物,形成硅化树多晶硅复含姗(Polycide),这种结构既保持了siq/Poly-si结构所其有的良好特性,同时又可使限僻电路速度的Rc时间常数减小一个数皿级以上.当器件尺寸进一步减小到。.6尸二以下时,不仅互联引线电阻成为限制电路速度的主要因素,而且源漏区的接触电阻和引线电阻也将成为限制电路速度的主要因素,因而九lyc记。技术也不理想,从而发展了一种用自对准方法在源、翻、姗区同时形成一层硅化物的技术(即salicid。技术),它可使栅电阻、联线电阻和源漏区的串联电阻降低.因为Tisi:具有很低的电阻率和较好的热稳错性,所以它是目前研究最多的用于金属硅化物/弓、,121..报学一体导半多品硅复合姗及硅化物自对准技术中的难熔金属[1一气基于硅化物自对准技术(salicide)中Tisi:是用反应方法生成的,而在Tisi,l,oly-si复合栅(Polycid。)技术中,Tisi,又往往是用共滋射方法生成的,所以我们用反应生成和合金靶溅射两种方法形成Tisi:薄膜.实验中把对器件电学性能的研究和TEM(横截面)在位观寮结合起来,给出了Ti价,/多晶硅复合栅结构中多鼻表明,这个临界值(~1,。0入)与硅化物是用何种方法形成的和多娜字峋奋界蜷实验晶硅是用何种方法掺杂的关系不大.在系统研究的基础上,我们提出了在硅化物形成过程中所产生的应力是在siq层和si/510,界面产生缺陷从而造成器件性能变坏的基本物理原因。二、实验原始硅片为P一(l。。),电阻率为‘一8。,。In.在l。。0高温下先氧化生成500入的栅氧化层,然后用LPcvD法淀积生成厚度分别为。一,00。入的多晶硅层.用PoC卜源扩散或P+离子注人(能里为30一6OkoV,剂量为,xIol,cm一2)的方法对多晶硅层进行掺杂,再用1。:l(践O:HF)的稀HF清洗多晶硅表面,然后淀积Ti或Tisi:膜.Ti膜是用Bal二rs一UTT400真空镶膜机用电子束蒸发实现的,系统的本底真空度为,x10一,托,再作真空度为3汉10一,托,淀积速率为3鑫八,Ti膜厚度为多Q0人,:T泉肠膜是用ULV六暇歼ML玲2306磁控溅射系统通过对一个合金的Tisi:.,复合靶溅射得到的,系绕的本底真空度为2.4义I。一,托,工作真空度分,,x10一,托,淀积速率为..100人加in,Tisi:厂膜厚为2。。。入.将部分多晶硅厚度为5。。O人(用扩散掺杂)的样品取出,用于研究用反应生成的Tis订膜和合金靶溅射形成的Tisi:膜的形成特性及电李性质一‘、具有:城3粼多矗硅复合栅结构的初s电容和众05九丫“墓术上是角目前袜准的Ic工艺制备的.在淀积Ti或Tisi:膜后,用RIE方法刻蚀形成电极,然后将津品经历一个高温炉退火过程.对燕发样品(Ti/poly一si)退火温度为720,时间为15分钟;对溅射样品弋书si:/沁ly一si),退火温度为950七,时l’gi为30汾钟.河灭是在离绳’残保护下进行的,退火系统经过我们的精心设计,成功地避免了在硅化钦形成过程中钦的氧化问题.至此完成了TisiZ/Poly一si复合栅结构MQs电容的制备,MOs电容的面积为225x225产rn2.肴,对真有一书s划扣成y绍i复合栅结构的MosFET的制备,在派射Tisi:‘膜之前一,整个色艺和上

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