在过去的几十年中，集成电路一直按照摩尔定律所预言的趋势快速地发展。但是摩尔定律早在1965就出现了，其基本的表述为:一个芯片上的晶体管数目每两年就会翻一番。集成电路的飞速发展主要是通过不断缩小MOSFETs器件的物理尺寸而实现的。器件尺寸的缩小所带来的好处主要有:(1)使器件变得更小降低了生产成本;(2)不仅可以降低器件的能耗而且提高了器件的速率;(3)可以在有限的硅片区域内集成更多的晶体管实现更多的功能。但是随着器件尺寸的缩小尤其是在亚30nm以下，单纯的特征尺寸的减小已经不能大幅度的提高器件的性能，相反由于尺寸的缩小（特别是源漏之间距离的缩小）而伴随产生了一些负面效应:如短沟道效应和源漏接触电阻的增大。另外，栅介质层的厚度是一个表征器件尺寸缩小能力的重要因素。栅介质层厚度的减小不仅可以增加栅极对沟道的控制力而且还可以提高器件在导通时的电流。然而，当栅介质(SiO2)厚度减小到其物理极限时(＜2nm)便会由于量子隧穿效应而出现严重的漏电流。因此，对于Si器件来说，随着器件尺寸的缩小，其发展已经走到了物理的极限，提高MOSFETs器件的性能正面临着种种挑战。为了解决以上Si器件所面临的难题，新的器件结构和具有较高载流子迁移率的半导体材料越来越受到人们的关注，尤其是近些年来对新源漏半导体材料如SiGe、Ge和GeSn的研究和应用。与Si材料相比，这些新半导体材料具有诸多优点如具有较高的载流子迁移率和与基本的Si集成电路工艺相兼容的特性。这些材料主要应用在以下几个方面:(1)如在器件的源漏端外延一层锗硅，其目的是向沟道内施加应力来提高载流子迁移率从而提高器件的性能;(2)由于SiGe和Ge具有较高的电子和空穴迁移率，采用半导体SiGe和Ge取代Si作为MOSFETs器件的沟道材料提高沟道内载流子迁移率;(3)由于GeSn具有比Ge更大的晶格参数，GeSn常被应用在Ge沟道器件的源漏端向沟道提供一定的应力来提高空穴的迁移率;同时，GeSn是直接带隙的半导体材料，在光电器件领域具有特别的优势。在基于以上半导体材料的器件中，源漏端材料的金属化过程是降低器件寄生串联电阻不可缺少的制造工艺。但是这些材料所形成的金属化物如NiSiGe、NiGe和NiGeSn在金属化过程中却遇到了很多挑战，如这些金属化物热稳定性差。在MOS器件的后端高温处理工艺中，形成的金属化物薄膜由于热稳定差经常会出现严重团聚的现象，造成金属与半导体之间的界面形貌退化，并最终导致漏电流产生。同时，金属与半导体界面形貌变差也会进一步增加两者之间的接触电阻。　　本文的主要工作便是针对以上材料的金属化物存在热稳定性差及接触电阻较大的问题进行研究，对NiSiGe、NiGe和NiGeSn三种重要的金属化物特性进行了详细的分析，并在此基础上提出了有效地解决方案。作者完成的主要工作如下:　　（一）本论文第一次提出了关于Pt在Ni与SiGe衬底固相反应中的物理扩散模型。　　在原有的两步退火工艺基础上，通过采用不同的RTA1退火温度及相同的RTA2退火温度的分片方案确定了最佳的RTA1退火温度。然后，采用经过优化的RTA1工艺条件和不同的RTA2退火温度找到了最佳RTA2的退火温度。通过对不同温度下形成Ni(Pt)SiGe薄膜方块电阻的监测确定了最优化的工艺条件:RTA1，300℃/60s;RTA2，400℃/30s。　　为了进一步研究所形成薄膜的特性，对其进行了一系列表征。通过XRD衍射分析测定了薄膜的物相组成及结晶质量，从侧面验证了所确定的优化的两步退火工艺条件的合理性。利用TEM检测观察到了所形成的Ni(Pt)SiGe薄膜的截面微观形貌，对薄膜的结晶质量有了更直观的认识。同时，论文中利用X射线能量散射分析(EDX)对薄膜中Pt、Ni、Si和Ge等元素进行了线性扫描和面扫描，确定了Pt在Ni(Pt)SiGe中的具体分布情况。在此基础上，根据Pt在薄膜中的分布第一次创新性的提出Pt在Ni与SiGe固相反应中的扩散与再分布模型。通过该扩散模型详细的分析了Pt在两步退火过程中的扩散机理及出现再分布的原因。　　（二）本论文首次提出在Ge衬底中注C来提高NiGe薄膜热稳定性的方法并分别分析了C对n-型及p-型杂质离子的影响。　　本部分实验主要是利用未注C和注C样品之间及不同C注入剂量的样品之间的对比来系统的研究C对NiGe热稳定性的影响。通过监测不同退火温度下形成的NiGe薄膜的方块电阻发现注C的NiGe样品热稳定性有了很大的提高。然而，注CNiGe样品的方块电阻阻值均大于未注C样品的方块电阻阻值，且方块电阻随着C注入剂量的增加而变大。利用XRD衍射测试了所形成的NiGe的薄膜的物相及结晶质量。与未注C的样品相比，注C的NiGe样品在结晶方向上出现了某些择优取向。经过SEM和TEM观测对形成的NiGe薄膜表面及截面形貌有了更加深入的了解。对无论是在本征Ge上还是n(p)-Ge上形成的NiGe来说，经过C注入的NiGe样品热稳定均得到了很大的改善。为了分析C提高NiGe热稳定性的原因，利用二次离子质谱分析(SIMS)的方法测试得到了C在NiGe薄膜中的分布情况。SIMS结果显示C原子均匀的分布在NiGe薄膜中和NiGe/Ge界面处。由于C在NiGe中的固溶度很小（一般＜1％）尤其是在高温下，C原子应该倾向于在NiGe晶粒晶界处产生分凝。基于对以上结果的讨论从不同的角度分析了C可以提高NiGe热稳定性的原因。首先，从热力学角度而言，在NiGe晶粒晶界和NiGe/Ge界面处分凝的C原子会降低相应的晶界和界面能，从而达到稳定NiGe薄膜的目的;其次，从动力学角度分析，堆积在NiGe晶粒晶界和NiGe/Ge界面处的C原子可以导致Ni和Ge沿晶粒晶界和界面处扩散速率的降低，从而升高了NiGe发生团聚的温度。　　（三）本论文研究了C对Ge衬底中n-型和p-型杂质离子的影响，并发现n-型或p-型杂质离子在NiGe/Ge界面处出现分凝的现象，说明C的存在抑制了掺杂离子的扩散。　　首先，C对n-型杂质离子磷(P)的影响。通过SIMS元素分布分析测试了P在NiGe薄膜中的深度分布信息。与未注C样品相比较，注C的NiGe样品其P元素在NiGe/Ge界面处出现了堆积，表明P在界面处出现了分凝。在此基础上分析得到了出现分凝现象的原因。由于P在Ge中扩散的主要载体是P与晶格中的空穴(Vacancy)结合形成的(PV)-团簇。当C原子存在时，C原子会与(PV)团簇结合形成稳定的C-P-V团簇，降低了(PV)-团簇的数量，从而抑制了P的扩散导致P在NiGe/Ge界面处产生分凝。P在界面处的分凝将有利于进一步降低Ge-nMOSFETs器件源漏端的接触电阻，提高器件的性能。　　其次，研究了C对p-型杂质离子硼(B)的影响。本文利用SIMS元素分析的方法测试了B元素在NiGe薄膜中的深度分布信息。SIMS结果显示在注C的样品中B在NiGe/Ge界面处出现了很强的元素信号峰，表明大量的B在界面处出现了分凝。然而在未注C样品的NiGe/Ge界面处没有出现B分凝的现象。通过对SIMS结果的分析找到了C导致B在界面处分凝的原因。B在Ge中主要是通过B和填隙原子(interstitial)形成的B-I对来进行扩散的。当C原子出现时，C便会首先与填隙原子反应生成C-I对，从而降低了填隙原子的浓度，抑制了B-I对的形成，并最终阻碍了B的扩散。B在NiGe/Ge界面处的堆积有助于减小Ge-pMOSFETs器件源漏端的接触电阻。　　（四）本论文首次提出并验证了注C对提高NiGeSn稳定性的影响，并详细的分析了热稳定得到提高的原因。　　本文采用不同注C剂量的样品在不同温度下退火的实验方案系统的研究了C对NiGeSn薄膜热稳定性的影响。根据测试得到的方块电阻数据可以看出经过注C的NiGeSn热稳定性有了很大的提高。与NiGe的情况相似，方块电阻也是随着C的含量的增加而增大。在XRD衍射测试中发现，经过注C的样品在NiGeSn结晶时出现了某些择优取向。另外借助SEM和TEM观测进一步证明了注C可以改善NiGeSn热稳定性的结论。在此基础上进一步研究了注C改善NiGeSn热稳定性的机理。利用SIMS元素深度分布分析发现C均匀分布在NiGeSn薄膜中并在NiGeSn/GeSn界面处出现堆积。由于C在NiGeSn中固溶度极小的限制，C应该倾向于在NiGeSn晶粒晶界和NiGeSn/GeSn界面处产生分凝。正是C原子在晶界和界面处的堆积调节并降低了相应的晶界能和界面能，从而使NiGeSn变得更加稳定。另一方面，C在晶界和界面处的分凝降低了原子在晶界和界面的扩散速率，抑制了Ni和Ge等元素的扩散。NiGeSn热稳定性的提高对减小GeSn-MOEFETS器件源漏接触电阻具有重要的意义。　　通过本论文系统的研究工作，作者找到了一种新的更加有效地提高源漏区域金属化物薄膜热稳定性的方法，有利于降低源漏寄生串联电阻，提高器件性能，对基于SiGe、Ge和GeSn的全金属化源漏结构器件的广泛应用提供了帮助，在16/14nm及以下技术节点的CMOS技术具有重要的参考意义。