12.8. Контакты к поликремниевым затворам, истокам и стокам

МОП - транзистора

Силициды тугоплавких металлов в контактах с кремнием и поликремнием – обязательный элемент структуры субмикронных КМОП - микросхем. Если силицид формируется одновременно и самосовмещенно на затворе и областях стока-истока, то такую МОП - структуру называют салицидной (Self – aligned silicide). Когда же слой силицида формируется на поликремнии до фотолитографии, то структуру называют полицидной (polysilicon-silicide).

Силициды металлов, используемые в КМОП - технологии, – TiSi₂, CoSi₂, NiSi, PtSi – создаются в результате термического взаимодействия слоя металла с кремнием. В процессе взаимодействия растворяется тонкий слой естественного окисла, обычно присутствующий на поверхности кремния. Наиболее широко применяются силициды титана и платины.

Для получения самосовмещенной салицидной структуры контактов необходимо сформировать на боковых стенках затвора диэлектрический спейсер – слой боковой изоляции. Этот же спейсер использовался для разделения контуров легирования областей SDE и CSD.

Последовательность этапов создания контактов показана на рис.12.2. Металл наносится на всю подготовленную поверхность пластины без фотолитографии. Затем металл первый раз вжигают в атмосфере азота при температуре около 500С. Первое вжигание создает соединение, обогащенное металлом (Ni₂Si, Co₂Si). Непрореагировавший металл удаляют химическим травлением. Низкоомный контактный слой формируется в процессе второго отжига при температуре 750800С. При этом происходит полное фазовое превращение (TiSi₂, CoSi₂). Толщина слоев силицида – не более 30 нм, слоевое сопротивление 510 Ом/□. Более толстые слои создают термомеханические напряжения в структуре и увеличивают дефектность окисла.

При уменьшении длины затвора и толщины поликремния необходимо снижать и толщину слоя силицида. Однородность тонких слоев лучше у силицида платины PtSi. Толщина силицидного слоя снижается до 1015 нм, а слоевое сопротивление возрастает до 20 Ом/□.

В технологии с самосовмещением контактов невозможно одновременно управлять и слоевым, и контактным сопротивлением слоев силицидов. Для затворов требуется низкое слоевое сопротивление, а для стоков - истоков – низкое контактное. В полицидной технологии это противоречие снимается, так как силициды к затворам и стокам-истокам формируются в отдельных процессах. Легирование затворов PМОП и NМОП, а также нанесение на поликремний слоя силицида вольфрама (WSi₂) проводятся до фотолитографии затворов и легирования стока-истока. Перед формированием спейсера структуру защищают тонким слоем SiN. Общая термообработка проводится после легирования всех слоев. Сопротивление затворного слоя – 510 Ом/□. Самый высокотемпературный силицид WSi₂ выдерживает термообработку выше 900С без деградации и проникновения через поликремний в окисел. Тонкие контакты PtSi создаются в обычном процессе уже после формирования затворов, истоков и стоков МОП - транзистора.

Самый большой недостаток силицида вольфрама – это нанесение его разложением WF₆ в присутствии SiH₄. При этом слой поликремния насыщается фтором. Фтор взаимодействует с окисью кремния, замещая в ней кислород и создавая оборванные ковалентные связи. Зарядовое состояние окисла становится неустойчивым, повышается его чувствительность к горячим носителям. Если легировать поверхность поликремния фосфором выше предела растворимости, то при осаждении WSi₂ свободный фтор вступает в реакцию с фосфором с образованием газообразного PF. Концентрация фтора в поликремнии резко снижается.