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(mén)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(dú)特優(yōu)勢(shì)而被廣泛研究。為了實(shí)現(xiàn)NiSi功函數(shù)往價(jià)帶頂和導(dǎo)帶底兩個(gè)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(duì)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(cè)量電流電壓曲線(xiàn)獲得表觀肖特基勢(shì)壘對(duì)于溫度的漂移特性。實(shí)驗(yàn)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?shì)壘的分布進(jìn)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(shì)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(shì)壘高度明顯上升。
　　 (2).對(duì)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同溫度下退火之后均沒(méi)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(kuò)散的元素,退火過(guò)程中Al向硅化物薄膜外表面層擴(kuò)散,在Ni完成完全硅化之后硅化物/襯底Si界面處無(wú)Al原子堆積,使得所加入的Al層無(wú)法對(duì)NiSi/Si的肖特基勢(shì)壘進(jìn)行有效調(diào)控。
　　 (3).對(duì)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(hù)Ni