半导体企业级解决方案金属硅化物工艺的

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在上一期中，咱们引见了原子级摹拟在器件仿果真急迫影响。妇孺皆知，在半导体系造行业，先进工艺是完成优秀器件功能的关键关节。本期将浅谈原子级摹拟在金属硅化物工艺中的运用。这只是是针对半导体工艺研讨中的个中一个关节，因而关于半导体芯片工艺研发照旧任重道远。当前，寰球头部半导体企业曾经在根基研发周围布局多年，联系成效连续浮如今焦点学术与工程类期刊上，攻下根基研发周围高地。其余，在如今国内学术成效昌盛的时间，怎样完成产学研合并，促使半导体研发成效变化，这是当下风口，值得更多数导体人推敲的地点。

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金属硅化物工艺技巧简介

金属硅化物（Silicide）工艺技巧广范运用于半导体工艺制程，方针是低落多晶硅栅和有源区的方块电阻和来往电阻。在安排上也许取得更小的串连电阻，减小RC延时，升高电路速率。该技巧行使金属（Ti、Co和NiPt等）与有源区和多晶硅栅硅反响造成Silicide，而不会与介质材料（SiO2、Si3N4和SiON）产生反响，是以Silicide能很好地与有源区和多晶硅栅瞄准，把造成Silicide的技巧称为自瞄准金属硅化物（SelfAlignedSilicide——Salicide）。

Salicide技巧是在准则CMOS工艺技巧根基上增长硅金属化的联系工艺关节，造成Salicide的根基工艺关节是首先行使物理气相淀积在多晶硅栅和有源区上淀积一层金属。尔后实行两次马上热退火解决（RTA）以及一次抉择性湿法刻蚀解决，终究在多晶硅表面和有源区表面造成金属硅化物，囊括TiSi2，CoSi2和NiPtSi等薄膜（引用自参考文件2）。关于不同金属硅化物的较量见下列图表。

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本案例为德州仪器公司先进CMOS外部开采和创造部门与MaterialsDesign公司合营研讨成效。行使MaterialsDesign公司开采的MedeA材料计较摹拟平台，基于第一性旨趣来研讨硅衬底上造成的NiPt硅化物机关、相不变性和散布。紧要对Ni-Pt-Si系统的关键结媾和热力学个性实行更清楚和更详细的定量形容。其余，也实行从新分子动力学摹拟以阐述散布机制和Pt在硅化进程中的影响。感兴致的友人可凭借文末链接自行下载该文件。

A.Ni-silicides的机关特点

Ni-silicides机关个性可经过当前的abinitio计较很好的形容。Ni3Si、Ni31Si12、Ni2Si、Ni3Si2、NiSi和NiSi2以及Si和Ni的计较晶格常数与实践值实行较量（表I）。硅化镍原子结媾和不同硅化物相之间的机关干系为硅和硅化物之间变动供给了有价格的音信。NiSi可被视为膨胀和歪曲的Si晶格，个中Ni原子填充空隙位点。Ni原子在Ni2Si中盘踞两个不同的地方。

图1.Si()与Ni-Pt遮盖层造成Si/硅化物界面；退火先后的模子

表1.计较不同相晶格参数以及与实践值的差错

B.初始Ni-silicides的造成

硅化进程中最急迫的硅化镍相是Ni2Si、NiSi和NiSi2，别离在不同温度（℃、℃和℃）下造成。热力学数据，如造成能和化学势，可供给联系硅化进程华夏子重排和相造成启动力的音信。由于从新计较的高计较精度，特别恰当取得能量的定量音信。

表2-表5.硅化镍造成能；Pt、As和P原子在硅化物中替代Ni或Si原子所需的能量

计较摹拟讲明Ni和Si互散布在热力学上是有益的，也许优先造成NiSi和Ni2Si，与实践一致。掺入Pt能不变NiSi，能量启动Pt从NiSi挪移到NiSi2，个别将NiSi2变化为(Ni,Pt)Si；P和As搀杂硅相内部比硅化物内部在热力学上相对更不变。因而，在硅化进程中，As和P更偏向于留在Si相中，防止在硅化物生永劫嵌入硅化物相中。

经过对堆积在硅衬底上的Ni(Pt)实行退火来研讨硅化进程的动力知识题。退火致使金属-半导体界面处大批原子重排。金属是造成Ni2Si初始阶段的紧要散布物种。图1显示两个模子的终究原子机关。在退火机关中，Si和Ni互散布造成几层硅化物，与表中的热力学数据一致。

C.Ni2Si到NiSi的变动

从Ni2Si到NiSi的变动进程中，须要思索多种机制。Si和金属原子在系统中散布，最高散布势垒管束原子行动的速率。散布进程波及空位和其余毛病，如个别无序、晶界和界面。

摹拟讲明，最接近Si/硅化物界面的NiSi薄层。在过多Si存不才，将具备Ni2Si变化为NiSi的热力学启动力。经过两类方法产生，且都波及经过NiSi层的散布。一种是Si穿过NiSi从硅衬底散布并与Ni2Si反响造成NiSi，另一种是来自金属遮盖层或来自Ni2Si的Ni经过NiSi散布，在Si/NiSi界面与Si反响。

图2.将Ni或Pt原子插入硅化镍的金属位点空位中的能质变动

图3.Ni(Pt)硅化物造成关键关节的示妄念

D.Pt的偏析

Ni堆积时增加Pt可不变NiSi。Pt做为散布屏蔽并驻留在Ni2Si晶界中，进而放慢Ni2Si和Ni的成长动力学。计较Pt对这些表面的表面偏析能。Pt广大趋向是从NiSi和Ni2Si硅化物相的内部挪移到自在表面，进而很或者也挪移到其余平添的平面毛病，如界面和晶界。其余，Pt从硅化物内部挪移到Si/硅化物界面有很大的启动力。

图4.不同模子再退火先后Ni、Pt、Si、As和P的浓度散布

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半导体芯片创造进程钟波及到特别繁杂的物理化学机理，关于这些机理的粗浅了解，有益于研发人员和工程师对工艺进程实行革新。本期体例针对金属硅化物工艺技巧的原子级摸索做了浅近引见。想必众人也对原子级摹拟在此周围表现的影响也有新的了解。其余，分享了行业中特别典范的案例，方针是供给对硅化镍相更深入知道和定量数据。

案例做家：

1）MaterialsDesign,Inc.,SantaFe,NewMexico,USA

2）ExternalDevelopmentandManufacturing,AdvancedCMOS,TexasInstrumentsIncorporated,TI

参考文件：

1）JOURNALOFAPPLIEDPHYSICS,()

2）《集成电路创造工艺与工程运用》

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