鎳合金(NiPt、NiAl、NiY)硅化物固相反應(yīng)及其與Si肖特基接觸特性研究.pdf

1、為了適應(yīng)半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的發(fā)展,CMOS晶體管的柵極在結(jié)構(gòu)上和材料上經(jīng)歷了一系列的演變。作為金屬柵的熱門候選材料之一,硅化鎳(NiSi)由于在耗硅量、熱預(yù)算、電阻率等方面的獨特優(yōu)勢而被廣泛研究。為了實現(xiàn)NiSi功函數(shù)往價帶頂和導(dǎo)帶底兩個方向的調(diào)控,基于NiSi的鎳合金硅化物被廣泛探索。本文利用在Si(100)襯底上逐層濺射金屬并退火生成合金化合物的方法系統(tǒng)研究了鎳合金(Ni-Pt、Ni-Al、Ni-Y)固相反應(yīng)的特性和鎳合金硅化物

2、/Si肖特基接觸的特性。
　　 (1).對含有Pt界面層Ni/Si固相反應(yīng)特性的研究。在n-Si(100)襯底上依次濺射2nm厚度Pt層和20nmNi層并退火,利用四探針、XRD分析物相并在不同溫度下測量電流電壓曲線獲得表觀肖特基勢壘對于溫度的漂移特性。實驗發(fā)現(xiàn)該2nm厚度的Pt能夠顯著增加生成的NiSi物相的熱穩(wěn)定性,而雙高斯分布能夠?qū)πぬ鼗鶆輭镜姆植歼M行很好的擬合。同不含有Pt中間層的Ni/Si反應(yīng)比較,500℃退火后Pt層

3、使得勢壘分布的均勻性得到明顯改善,并使得在n型Si襯底上的肖特基勢壘高度明顯上升。
　　 (2).對不同結(jié)構(gòu)Ni-Al合金與Si固相反應(yīng)特性的研究,包括了Ni/Si、Ni/Al/Si、Ni/Al/Ni/Si和Al/Ni/Si四種結(jié)構(gòu),其中Al的厚度為10nm而總的金屬層厚度維持50nm。實驗發(fā)現(xiàn)不同溫度下退火之后均沒有Al-Si以及Al-Ni化合物生成,而且Al的存在低溫下阻礙了Ni/Si的固相反應(yīng),提升了NiSi的生成溫度。研

4、究還發(fā)現(xiàn)Al是合金中主導(dǎo)擴散的元素,退火過程中Al向硅化物薄膜外表面層擴散,在Ni完成完全硅化之后硅化物/襯底Si界面處無Al原子堆積,使得所加入的Al層無法對NiSi/Si的肖特基勢壘進行有效調(diào)控。
　　 (3).對不同含量Ni-Y合金與Si固相反應(yīng)特性的研究。在p-Si(100)襯底上依次濺射不同厚度Ni-Y-Ni金屬層并在最外層濺射Ti(20nm)/TiN(40nm)覆蓋層。研究發(fā)現(xiàn)該Ti/TiN覆蓋層結(jié)構(gòu)可以有效保護Ni