随着CMOS集成电路制造技术持续向亚0.1μm工艺推进,与之相应的自对准硅化物（SALICIDE）材料和工艺也在不断发展创新。由于窄线条效应限制,在0.25/0.18μm技术代SALICIDE工艺使用CoSi₂取代TiSi₂。与NiSi相比,最近的研究表明,当线条物理宽度小于40nm时,CoSi₂在多晶硅上的薄层电阻陡然升高。因此,NiSi被广泛看作是研究发展新一代SALICIDE工艺的优选材料。 由于NiSi形成温度低,硅化反应过程中Ni始终是主导扩散粒子,因此早期研究都认为只要使用单步快速热处理工艺（RTP）即可。但近期实验表明,使用单步RTP的NiSi SALICIDE工艺导致在器件有源区边缘出现过度硅化,严重破坏器件电学特性。已有研究表明,使用两步RTP形成NiSi可以抑制过度硅化反应,但这种NiSi SALICIDE工艺尚有许多材料和工艺问题有待研究。本论文系统研究在较低温度范围内Ni/Si固相反应规律和两步RTP NiSi SALICIDE工艺的有关技术。论文主要内容及结果归纳为以下四个部分: 1.论文系统研究了超薄Ni膜在重掺杂n+/p和p+/n浅结型硅衬底上、低温范围内Ni/Si固相反应规律,分析了硅化镍薄膜的组分、结构和特性的变化及其原因。 - 实验从实际生产的角度证实在两种掺杂衬底上都存在第一步退火和第二步退火的工艺窗口。 - 实验发现,经过第一步低温退火,同样厚度的Ni膜硅化反应后在p+/n-Si衬底上的薄层电阻值比n+/p-Si衬底上大很多。测试分析表明,两种衬底上形成的硅化物晶粒尺寸大小不同是造成这种差别的主要原因。 - 实验发现,在重掺杂衬底上Ni/Si反应导致杂质（As、B）显著再分布:在硅化物/Si的界面处形成一个杂质富集峰;在硅化物薄膜表面以下数纳米的地方存在另一个杂质富集峰。研究认为,Ni/Si固相反应过程中的Kirkendall空洞效应（kirkendall voiding effect）是造成近硅化物表面杂质富集峰的原因。 - 根据Kirkendall空洞层在薄膜中的位置,研究发现Ni/Si反应中尽管Ni原子是主导扩散粒子,但Si原子也会向Ni膜中扩散参与反应。 2.为深入了解和更好控制第一步低温退火下的Ni/Si反应,论文系统研究了Ni₂Si薄膜形成动力学。 - 论文建立了Ni/Si固相反应形成Ni₂Si薄膜的反应动力学模型,即线性—抛物线型薄膜生长模型。 - 实验发现,Ni₂Si薄膜在n+/p-Si衬底上比p+/n-Si衬底上更加稳定。