硅化钛的主要应用

发布日期:2020/4/14 8:26:22

背景及概述^[1]

随着超大规模集成电路（ULSI）的快速发展，设备和器件尺寸越来越小，人们对器件尺寸和薄膜的质量和厚度均匀性的要求也越来越高。目前半导体器件的线宽已小至0.1μm以下，原工艺此时已无法得到低电阻的连续导线。必须寻找新的材料、新的工艺和新的沉积体系，来改进或者替代铝与重掺杂多晶硅用于电路金属化连接。在这些新材料中，人们对具有高导电性和高温稳定性，而且与目前微电子制造工艺相配的金属硅化物的兴趣大增。在目前广泛研究的金属硅化物（如：TiSi2、NiSi、CoSi2、WSi2、TaSi2、MoSi2）中，硅化钛（TiSi2）具有非常理想的特性：高的导电性，高的选择性，好的热稳定性，对Si好的吸附性，好的工艺适应性和对硅连接参数的低干扰。因此，在集成电路器件中，硅化钛被广泛应用于金属氧化物半导体（MOS），金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和动态随机存储器（DRAM）的门、源/漏极、互联和欧姆接触的制造当中。

应用^[2-5]

硅化钛被广泛应用于金属氧化物半导体（MOS），金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和动态随机存储器（DRAM）的门、源/漏极、互联和欧姆接触的制造当中，其应用举例如下：

1）制备一种硅化钛阻挡层，采用所述硅化钛阻挡层的制作方法的器件包括由隔离区隔开的non-silicide区域和silicide区域，器件上表面覆盖有一层牺牲氧化层，本发明包括：采用光刻工艺，使得光刻胶覆盖在non-silicide区域上，而露出silicide区域；采用湿法刻蚀工艺刻蚀掉silicide区域的牺牲氧化层；对silicide区域露出的硅进行非晶化处理，As注入；去除剩余在non-silicide区域的光刻胶；溅射金属钛，进行次合金化处理；湿法刻蚀去除未形成合金的金属钛，进行第二次合金化处理。本发明删除了现有技术中silicideblock氧化层，减少了工艺成本；同时减少了刻蚀对隔离氧化膜的损失，提高了工艺稳定性。

2）制备一种原位合成硅化钛(Ti5Si3)颗粒增强铝碳化钛(Ti3AlC2)基复合材料。通过加入一定量的硅，制备出不同体积比的Ti3AlC2/Ti5Si3复合材料，其中硅化钛颗粒增强相的体积百分数为10~40%。具体制备方法是：首先，以钛粉、铝粉、硅粉和石墨粉为原料，Ti∶Al∶Si∶C的摩尔比为3∶(1.1-x)∶x∶(1.8~2.0)，其中x为0.1~0.5。原料粉经物理机械方法混合8~24小时，装入石墨模具中，施加的压强为10~20MPa，在通有保护气氛的热压炉内烧结，升温速率为10~50℃/分钟，烧结温度为1400~1600℃，烧结时间为0.5~2小时，烧结压强为20~40MPa。本发明可以在较低的温度和较短的时间内制备出具有高纯度、高强度的铝碳化钛/硅化钛复合材料。

3）制备复合功能硅化钛镀膜玻璃。在普通浮法玻璃基板上沉积一层薄膜或在它们之间再沉积一层硅薄膜。通过制备得到硅化钛和硅的复合薄膜或在薄膜中掺入少量具有活性的碳或氮得到硅化钛复合碳化硅或碳化钛或者硅化钛复合氮化硅或氮化钛的复合薄膜，可使该镀膜玻璃的机械强度和耐化学腐蚀能力得到提高。本发明是一种结合调光隔热和低辐射玻璃功能于一身的一种新型的镀膜玻璃。

4）制备一种半导体元件，包括一硅衬底，硅衬底上形成有栅极、源极和漏极，栅极和硅衬底之间形成有一层绝缘层，栅极由位于绝缘层上的多晶硅层和位于多晶硅层上的硅化钛层组成，硅化钛层上形成有保护层，保护层、硅化钛层、多晶硅层和绝缘层的周围环绕有三层结构层，由里到外依次为氮化硅间隙壁层、亲层和氧化硅间隙壁层，源极和漏极上形成有硅化钛层，硅衬底上形成有内层介电层，内层介电层中形成有接触窗开口。本实用新型通过采用上述技术方案，可使得栅极和接触窗口内的导线可以完全绝缘，不会发生短路现象。

制备^[1]

金属硅化物可由物理气相沉积（溅射和热蒸发等）和化学气相沉积（CVD）制备。制备硅化钛的目的是为了得到低电阻的TiSi2。TiSi2具有2种多晶相：亚稳态的C49相和热力学稳定的C54相。C49相为正交底心晶系；每个晶胞由12个原子构成；晶胞尺寸为：a=0.362nm，b=1.376nm，c=0.360nm；电阻率ρ=60~100μΩ·cm。C54相为正交面心晶系，每个晶胞由24个原子构成；晶胞尺寸为：a=0.826nm，b=0.480nm，c=0.853nm；电阻率ρ=12~20μΩ·cm[24]。由于C54相的TiSi2具有与金属本体相当的电阻率，因此，得到C54相的TiSi2是制备硅化钛的目的。