自对准硅化物在线视频

诸位同学大家好

今天让我们学习第八章

工艺模块的第二节

自对准硅化物

就是Salicide

这个Salicide

实际上是一个造出来的词

它是由Self-aligned silicide

拼到一起而形成的

让我们看一下

Salicide这个工艺模块

是为了制造集成电路里

最核心的MOS管这个结构的

我们看一下MOS晶体管

主要的要求是什么

那么我们可以看这张图

那么一个好的

高性能的MOS管

它主要有这几方面的要求

一个是源和栅

以及漏和栅之间

它距离要非常的小

那么这样的话

可以减小沟道的这个串联电阻

那么我们如果用光刻来形成

这样一个相对位置来说的话

那么大家知道

光刻的话

是要有套版间距的

这个套版间距就会使得

这个栅和源漏之间

不可能距离很近

这是第一点

第二点 源和栅之间

以及漏和栅之间

需要有一个

很好的一个隔离层

一个介质隔离层

就是所谓的spacer

这个加工

如果要是靠光刻来定义的话

那么实际上

也是存在一个套版间距

也不可能做的很准

这是第二个问题

第三个

就是源漏需要比较好的

这个欧姆接触

我们在接触那一节里头讲了

那么这里头我们通常的话

那么半导体与金属之间的接触

我们是用硅化物来做

而且要实现一个

比较高性能的器件

我们希望栅要有很低的串联电阻

那么我们的栅现在一般是用这个

掺杂的多晶硅来做的

它电阻率比较高

那么如果我们能在栅上

能够附着一层硅化物的话

那么会有效地降低栅的串联电阻

第四个问题

那么是漏端需要一个合理的

这个掺杂结构

那么大家知道

MOS期间的漏端的场强

是非常高的

那么如何舒缓这个漏端场强呢

是MOS器件优化的

一个很重要的这个问题

那么具体的来说

实际上为了减低串联电阻

我们需要有一个浅的掺杂结构

它能从漏端直接连通到栅的下面

同时为了使得源漏的

接触电阻比较小

我们又需要在源漏下面

有一个比较深的掺杂

那么就像这个图所示的

这样一个掺杂结构

那么另外

为了防止短沟道器件的串通

我们在这个漏端以及源端

相应的这个掺杂结构里头

还要做一个反掺杂型的

这样一个掺杂

那么就是所谓的High-low结构

那么也就是说

整个的这个漏端和源端掺杂分布

需要一个很精细的设计

这个精细的掺杂分布

要与这个栅有一个非常好的

一个位置关系

非常准确的一个位置关系

那么这种位置关系

如果我们也是靠光刻来定义的话

那么刚才讲的

同样是因为光刻套准的问题

那么实际上也是做不到的

那么为了满足

这样一个器件的要求

我们工艺上是如何实现的呢

我们实际上是两方面的

所谓的自对准

一个是我们利用栅本身作为掩

离子注入的掩蔽

那么我们

因为我们的漏端的各种掺杂

都是用离子注入实现的

那么我们如果能够用

这个栅本身来做

离子注入掩蔽的话

那么这个掺杂的分布

与栅就有一个所谓自对准的关系

自然就与栅

它的位置关系对准了

这就是一方面的自对准

另一方面

我们会靠选择性的规划

大家知道

我们淀积上

硅化物所需的金属之后

那么在合金的时候

只有裸露硅的表面会产生硅化物

在介质表面的话

就不会产生硅化物

这样的话

我们相当于可以选择性的

生成这个硅化物

这个硅化物

只在源漏需要欧姆接触的地方

以及栅的顶端需要这个

降低栅串联电阻的地方

产生硅化物

而在这个

STI这个介质上

以及在spacer（侧墙）介质上

那么它不会产生硅化物

而保持硅金属原来的这个状态

然后我可以通过湿法腐蚀

把没有生成硅化物地方的金属

去除掉 这样的话

我的硅化物就会自对准的

在我需要的这个源漏

以及栅的这个表面

这就是所谓的

第二层意义下的自对准

也就是硅化物的自对准

整个的工艺过程

就是我们所说的Salicide

就是Self-aligned silicide

那我们具体看一下

整个Salicide这个工艺过程

那么它的工艺过程

就是我们首先在这个电极

譬如说用ALD长我的栅介质

栅介质之后

我们长多晶硅

CVD高掺杂的多晶硅作为栅材料

之后我们用硬掩膜技术

来实现多晶硅的光刻和刻蚀

这个我们上一节已经讲过了

完成之后

我们会把这个N管和P管

其中的譬如说先把N管用光刻胶掩蔽

然后我们利用多晶硅这个栅

作为掩蔽

然后注入掺杂来实现我们说的

所谓的LDD轻掺杂extension结构

也就是我说在源漏

一直到栅的边缘

那么有一个穿过spacer层

这样一个浅掺杂的结构

那么我们就是利用这个栅

作为掩蔽实现

那么之后我们用光刻胶

掩蔽住这个P管

然后再对N管做掺杂

那么这里头有一个细节

同学们可以看一下

我们掺杂

P型掺杂我们用硼

但是这里头我们用的是氟化硼

作为注入源

那么在离子注入那一章

大家可以学到

那么我们

当需要做浅掺杂的时候

那我们需要降低这个注入能量

但是注入能量的降低

是很多设备条件限制的

那么我们在同样注入能量情况下

那么我们实现更浅的掺杂

我们可以选择比较大分子量的

这个掺杂源

比如说我们不用硼

而是用氟化硼

那么同样的注入能量

可以实现更浅的这个结

那么这里头

我们在浅结上就用了

这个氟化硼的注入

之后我们利用CVD

保角特性（conformal）的办法

整个淀积氮化硅层

那么这个氮化硅层

淀积完之后

它会包围住整个多晶硅这个栅

之后我们用各项异性的

干法刻蚀 来刻蚀氮化硅

这样的话

我们就会栅表面

以及源漏表面的氮化硅刻蚀掉

而把栅侧面的氮化硅保留住

这就是所谓的制作spacer层

这样一个工艺

我们利用干法刻蚀的各项异性

在多晶硅栅的两侧

制造了氮化硅的spacer层

这个spacer层

是一个非常重要的一个结构

它一方面起到栅和源漏之间的

隔离作用 另一方面

它也起到我们源漏深掺杂的时候

它起到一个把深掺杂的区域推开

远离栅的这样一个结构

那么这时候

我们做源漏的深掺杂

这个深掺杂的注入也是一样

我们分N管和P管 分别进行

譬如说我们对N管

做N型掺杂的时候

我们用光刻胶把P管掩蔽住

然后我们利用带spacer层的

这样的一个多晶栅来做掩蔽

这样做源漏接触层的掺杂

这时候掺杂的区域

就正好是在栅

并且加上spacer层之后的

以外的这样一个区域

这个spacer层的厚度

大概是在500纳米到1000纳米之间

这样的话

这个结构既保证了源漏掺杂区

与栅之间有一个合理的区间

那么来舒缓漏端强电场

而又不至于使得源漏掺杂区

远离这个栅

之后我们再反过来做P管

也是一样的情况

做完这些掺杂之后

就是自对准的掺杂之后

我们溅射

譬如说如果我们做

钛硅化合物的话

我们溅射钛

溅射钛之后

我们合金 合金的话

那么只有在硅裸露的地方

会产生钛硅化合物

而在spacer层上

以及在旁边的STI的绝缘层上

也就是说在介质上的钛

会保持钛的这样一个状态

不会产生这个钛硅化合物

大家知道 钛硅化合物的

化学稳定性是很强的

那么一旦生成钛硅化合物之后

那么它的这个化学

就是我用这个酸腐蚀

就腐蚀不掉了

这时候我们用这个

譬如说氢氟酸 或者是盐酸

来去除没有生成硅化物的钛

这样的话我们就把硅化物

留在了我们需要的源漏

和栅的这个上面

那么实现了所谓自对准的

生成硅化物 也就是说

我们需要生成硅化物的区域

我们生成了硅化物

其他地方就没有这样的一个

没有硅化物

这样的话

我们就整个的实现了

这个所谓的Salicide的

自对准的这样的一个

MOS器件结构的这样一个制造

那么我们再重复一下

那么这里所说的自对准

实际上是两个方面 一个是

我的这个源漏之间的那些掺杂

那么它的这个掺杂的区域

是靠栅作为掩蔽的

所以它掺杂的位置与栅之间

是有一个自对准的关系

第二点 就是我们硅化物的形成

硅化物的形成

是靠裸露的硅表面形成硅化物

那么介质上不形成硅化物

这样我们就在

我们需要形成硅化物的

源漏和栅上形成硅化物

那么这个过程也是自对准形成的

那么

这就是自对准的含义

那么在硅化物的选择上

我们在硅化物那一节也讲过

那么我们早期的集成电路

是用钛硅化合物

钛硅化合物的好处

就是钛与天然二氧化硅

就是薄的二氧化硅

是有很好的浸润性的话

浸润性

那么这样的话

就是说它的接触电阻

可以做得更低

但是钛硅化合物的坏处呢

是它有尺寸效应

那么当很小尺寸的时候

钛硅化合物的这个电阻率

会急剧上升

在小尺寸的器件中

我们通常会使用钴硅化合物

和镍硅化合物

但是不管是钛硅化合物

还是钴硅化合物

还是镍硅化合物

它整个Salicide制造流程

和原则都是一样的

那么这个图给出了

用钛硅化合物

形成Salicide这个管芯

MOS器件的这个管芯的照片

那么这张图给出了

钴硅化合物的管芯照片

以及这张图是镍硅化合物的

管芯照片

那么总而言之

Salicide这个结构

是我们制造MOS器件里头

最核心的一个工艺模块

那么它巧妙地利用了

两次自对准的这个结构

那么实现了这个MOS器件的

整个结构的优化

那么小结一下

关于这一节主要讲授的内容

那么我们这一节希望同学们了解

那么这个MOS晶体管

它的核心要求是什么

为什么要做这个自对准的结构

那么它的核心要求实际上

是要降低源漏的串联电阻

那么要舒缓漏端的电场

来优化漏端的掺杂结构

这是一个要求方面

那么这个Salicide的工艺

实际上是两方面的自对准

来解决这个问题的

一方面是利用栅作为

离子注入掺杂的掩蔽

来实现整个各种掺杂

它与栅之间的这个位置

包括加上spacer层之后

作为一个掺杂的这个掩蔽层

那么这是一方面

另一方面就是硅化物的自对准

那么在需要形成硅化物的地方

形成硅化物

在介质层上不形成硅化物

从而实现了降低接触电阻

以及减小栅串联电阻这个作用

那么谢谢大家