90 nm CMOS 工艺平台金属硅化物工艺优化及其表征

在电特性参数上可以看到，小尺寸的扩散电阻比大尺寸扩散电阻的阻值小[1,2]。我们针对氮化钛阻挡层沉积时氮气流量，延迟通入氮气时间以及第一步快速热过程的温度做了调整。

通过实验，得出金属硅化物电阻差值，以及透射电镜分析，评估了工艺参数调整对金属硅化物厚度及均一性的影响。

2 实验结果与分析

2.1 氮化钛阻挡层厚度实验

针对氮化钛阻挡层厚度做增减 20% 的厚度实验，针对 N 型扩散区电阻（N plus），N 型栅极电阻（N poly），P型扩散区电阻（P plus），P 栅极电阻（P poly）以小线宽 0.14 μm 和大线宽 2 μm 的阻值差来表征实验效果。

从实验结果可以看出阻挡层厚度对各型电阻不同尺寸间的差值影响不大。图 1 显示 N 型扩散电阻差值与阻挡层厚度变化。图 2 显示 N 型栅极电阻差值与阻挡层厚度变化。图 3 显示 P 型扩散电阻差值与阻挡层厚度变化。图 4 显示 P 型栅极电阻差值与阻挡层厚度变化。

2.2 氮化钛阻挡层氮气流量实验

氮化钛阻挡层由 PVD 工艺制备，制备过程中通入氩气和氮气，氩气轰击钛钯，氮气和钛反应生成氮化钛。针对氮气流量进行实验，由实验结果可以看出氮气流量变化对各型电阻不同尺寸间的差值影响不大。由实验数据得出的图 5 显示 N 型扩散电阻差值与氮气流量变化。图 6 显示 N 型栅极电阻差值与氮气流量变化。图 7 显示 P 型扩散电阻差值与氮气流量变化。图 8 显示 P 型栅极电阻差值与氮气流量变化。

2.3 氮化钛形成过程中延迟氮气通入时间实验

在氮化钛形成过程中延迟氮气通入，可在钴表面先沉积一层钛。有报道指出钛层的存在可以使钴金属硅化物形成更均匀。我们从各型电阻不同尺寸间差值分析中也验证了这一结论。延迟通入时间越长，不同尺寸电阻的阻值均一性越好。

另外还可以看到，随着氮气通入延迟时间的增加，P 型扩散区的小尺寸电阻阻值会高于大尺寸阻值。推测 P 型扩散区钛层主导了金属硅化物反应。

由实验数据得出的图 9 显示 N 型扩散电阻差值与氮气延迟时间。图 10 显示 N 型栅极电阻差值与氮气延迟时间。图 11 显示 P 型扩散电阻差值与氮气延迟时间。图 12 显示 P 型栅极电阻差值与氮气延迟时间。

2.4 透射电镜图片表征金属硅化物均一性

通过投射电镜图片，确认了氮气延迟不同时间的电镜照片，与原条件相比，延迟氮气通入时间，小尺寸扩散区和栅极上的金属硅化物厚度和均一性有明显改善。

实验对比条件：图 13 为氩气氮气同时通入，图 14 为氮气延迟 1 s 通入，图 15 为氮气延迟 2.2 s 通入。

3 结语

钴金属硅化物的特点是在小尺寸扩散区及栅极上形成不均匀且易有尖峰，在 90 nm 工艺节点因注入结深较浅搭配小尺寸下不均匀的钴金属硅化物易造成结漏电。

本文通过钴金属硅化物形成过程中氮化钛阻挡层形成过程中的几项实验，通过各型电阻小大尺寸电阻的差值研究了阻挡层形成过程中各项工艺参数对钴金属硅化物形成的影响。

参考文献

[1] Richard N,Tauber.Silicon processing for the VLSI Era[M].Lattice Press,1986.

[2] K.I.Goto,Atsuo Fushida,Junichi Watanabe, Takae Sukegawa.Anew leakage mechanism of Co salicide and optimized process conditions for CMOS[J].IEEE Transactions on Electron Device,1999(02):117-124.返回搜狐，查看更多