低接觸勢(shì)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(shì)壘。因此能與n型Si形成低接觸勢(shì)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(wèn)題及表面形貌缺陷問(wèn)題阻礙了稀土金屬硅化物在大規(guī)模生產(chǎn)工藝中的應(yīng)用。本論文以ErSi2-x和YSi2-x為主要研究對(duì)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(xué)表征方法對(duì)上述兩

2、個(gè)問(wèn)題進(jìn)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(zhǎng)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(wèn)題。硅化物形成的同時(shí)伴隨著針孔的出現(xiàn)，其形狀為方形或者長(zhǎng)方形，尺寸在微米量級(jí)。YSi2-x/p-Si(100)接觸勢(shì)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(cè)試表明，YSi2-xn-

3、Si(100)接觸的Schottky勢(shì)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(shì)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(shí)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(zhǎng)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(shí)的固相反應(yīng)可以看作界面硅化反應(yīng)與表面氧化反應(yīng)的相互競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程。針孔現(xiàn)象在ErSi2-x薄膜中同樣存在，然而對(duì)于很薄的ErSi2-x薄膜，則可能形成金字塔形缺陷結(jié)構(gòu)。當(dāng)金屬Er層比較厚的時(shí)候，退火形成的ErSi2-x/p-Si(100)接觸受到氧化的影響較小，測(cè)得的接觸勢(shì)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(duì)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(cè)試表明，ErSi2-x/n-Si(100)接觸的Schottky勢(shì)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(shì)壘高度在0.343～0.427 eV之間，而700℃、800℃和900℃退火樣品的勢(shì)壘不均勻性相對(duì)較大，因此這三個(gè)退火溫度的二極管樣品在低溫時(shí)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(yīng)用于自對(duì)準(zhǔn)ErSi2-x工藝，并用該方法成功地制備了自對(duì)準(zhǔn)的ErSi2-x/p-Si(100)二極管樣品。實(shí)驗(yàn)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(duì)抑制ErSi2-x薄膜氧化、改善ErSi2-x/p-Si(100)的接觸特性也有促進(jìn)作用。 4.Er中間層對(duì)Ni/Si(100)固相反應(yīng)、NiSi/Si(100)接觸特性的影響 對(duì)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(huì)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(zhǎng)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(shì)壘高度。 5.摻Pt對(duì)Si(100)上生長(zhǎng)的NiSi薄膜應(yīng)力影響研究 原位應(yīng)力測(cè)試表明，Si(100)襯底上生長(zhǎng)的純NiSi薄膜