集成電路芯片制造中的3種硅化物工藝介紹

為了降低接觸電阻和串聯電阻，在集成電路制造中引入了硅化物工藝，業界先后采用了可規模生產的 WSi2、TiSi2、CoSi2、NiSi 等工藝。

早期發展起來的鎢硅化物工藝采用 WF6作為鎢原料，并用Si2H6作為硅原料，通過 CVD 加熱技術將其沉積到多晶硅表面后生成鎢硅化物。

在鎢硅化物工藝之后，集成電路芯片制造中主要有如下3種硅化物工藝。

(1）鈦硅化物TiSi2工藝：廣泛應用于0.25umn 以上集成電路的制造，具有工藝簡單、高溫穩定的特點。產業中的主流工藝是采用 PVD 物理濺射方法將Ti金屬沉積在晶片上形成薄膜，然后經過兩次退火處理。

其中，第1次的退火溫度為 600~700℃，形成高阻的中間相C49；第2次退火溫度稍高，為 800-900℃，使C49相轉變為低阻的 C54 相。

當線寬變得過窄時，第2次退火轉變所需的溫度和時間可能大幅度增加。

但因受熱預算的限制，使得退火溫度不能過高，避免硅加劇擴散而引起漏電和短路。因此需要精密控制溫度參數，尤其是隨著 MOS 尺寸變小時，應盡量控制 TiSi2相變的充分性，保證接觸電阻不會增加。

(2）鈷硅化物CoSi(x)工藝：鈷硅化物形成過程中所需的退火溫度比鈦硅化物的明顯降低，這表示該工藝具有較少的熱預算，因此 CoSi(x)可作為 TiSi2的替代品。

當芯片技術推進到 65nm/ 45nmn 節點以下時，線寬效應又顯現出來。

另外，當CMOS 技術進入65nm/ 45nm 及更小節點以后，有源區結深越來越淺，而鈷硅化物在形成過程中需消耗較多的高摻雜硅；同時對硅化物過程中的熱預算有更苛刻的要求，而 CoSi2需要 700℃ 以上的二次退火，因此產業界尋找了具有更低熱預算的替代者———鎳硅化物。

（3） 鎳硅化物 NiSi 工藝：對于 65/45nm 及以下技術節點的芯片制造工藝，為了突破鈷硅化物的工藝限制，產業界開發了鎳硅化物(NiSi)，作為替代物，其主要優勢在于，即使鎳硅化物工藝沿用了兩步退火，但其退火溫度比鈷硅化物工藝明顯降低（通常小于 600℃），且采用較短的退火時間，可以有效地抑制離子的擴散，降低對器件超淺結的破壞性。

鎳硅化物的第1次退火多采用尖峰退火（Spike Anneal）或激光退火（Laser Anneal)，此類退火方式的升/降溫時間很短，且不再需要保持峰值溫度的時間，縮短了總退火時間，因此摻雜離子在硅化物形成過程中的擴散被有效遏制，保持了原有的摻雜剖面。

除了上述3種硅化物工藝，Ti的低溫硅化物在 14nm 及以下節點被采用，可顯著降低接觸電阻和減小漏電。這種Ti-Si 化合物不同于傳統的 TiSi2，其本身的電阻率并不比 NiSi 的低，但是通過改變與硅接觸的肖特基勢壘，可有效降低其接觸電阻。

審核編輯：劉清