高迁移率应变SiGe上NiSiGe材料特性的研究

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随着超大规模集成电路集成度的不断增加,晶体管的单元尺寸持续的缩小。晶体管工艺流程发展到了纳米节点以下,线宽效应、短沟道效应等原因使得晶体管性能的持续提高面临了巨大挑战。为了进一步提高晶体管的性能,需要新的沟道材料及相应的制备工艺。近年来,应变硅锗(SiGe)材料,因其与目前硅(Si)工艺的兼容性,被引入到新型的器件结构中,大大增强了沟道载流子的迁移率,提高了器件的速度和性能。在晶体管的源漏区域,金属硅化物(Silicide)作为接触材料,有效降低了接触电阻,提升了晶体管的电学性能。  本论文工作针对应变 SiGe和镍(Nickle,Ni)反应很难形成均匀、平整的镍硅锗(NiSiGe)接触材料,利用金属钛(Titanium,Ti)插入层对Ni/SiGe反应的影响,进行了以下方面的研究:  1.研究了不同厚度Ti纳米薄膜插入层对最终生成NiSiGe的影响。研究发现随着插入层厚度的增加,镍的硅锗化物薄膜生成质量逐渐变好并趋于稳定,5 nm Ti金属插入层可以调制高质量(010)取向NiSiGe的生成。  2.探明了低温退火条件对Ti插入层调节作用的影响。针对不同温度下5 nm特定厚度在300℃、400℃、500℃、600℃条件下进行大量实验,发现500℃左右是最理想的退火温度,超过(或等于)600℃的条件退火,薄膜质量急剧下降。同时研究了二次退火工艺在对Ti插入层调节作用的影响,进行第一阶段的低温预退火,然后进行目标温度的退火。发现了在低温和高温时生成NiSiGe的不同机制:低温时倾向于扩散机制,高温时倾向于形核机制。Ti插入层的调制减缓了反应进程,使得扩散机制的作用温度范围增加。  3.发现了Ti调制均匀NiSiGe外延生长的机理:Ti元素可以与Si、Ge反应,通过增加Ti缓冲层进而可以调节Ni与Si、Ge反应进度的行为。通过各种元素的相互扩散之后,最终会在应变SiGe材料上生成接触良好的Ni的锗硅化物。生成有外延关系的硅化物,硅化物的晶格与衬底SiGe的晶格有共格晶界。生成高质量的外延单晶薄膜的同时,衬底中的应力得到了很好的保持  应用Ti插入层调制外延生长的方法,试验中生成了高质量的单晶NiSiGe薄膜。这对NiSiGe生成机制的进一步研究和实际应用都有重要价值。
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