合金化熱處理

合金化熱處理是一種利用熱能使不同原子彼此結(jié)合成化學(xué)鍵而形成金屬合金的一種加熱工藝，半導(dǎo)體制造過程中已經(jīng)使用了很多合金工藝，自對準(zhǔn)金屬硅化物工藝過程中一般形成鈦金屬硅化合物(見下圖)。

第一次退火在較低的溫度(約650攝氏度)和氮氣環(huán)境下進(jìn)行，形成晶粒較小而電阻系數(shù)較高的049鈦金屬硅化物。第二次退火是較高溫(超過750攝氏度)的工藝過程，并將電阻系數(shù)較高的C-49轉(zhuǎn)變成電阻系數(shù)較低的C-54?TISi2o雖然有可能只用一次高于750P的退火處理直接形成C-54TISi2，但可能造成源極/漏極與柵的短路。這是因為高溫下硅在鈦金屬內(nèi)的快速擴(kuò)散將導(dǎo)致鈦金屬硅化物橋接電介質(zhì)側(cè)壁(稱為硅壓入效應(yīng))。

鉆硅化物的形成過程和鈦金屬硅化物類似。第一次退火是在450Y形成CoSi;第二次退火是在700攝氏度下形成CoSi2o如果使用RTP技術(shù)就可以在700 ~750攝氏度下直接一次形成CoSi2o以及在0. 25um~90 nm工藝技術(shù)中廣泛使用。

65 nm節(jié)點之后，已經(jīng)將鐐硅化物作為硅化物材料用于高速邏輯IC中。NiSi可以在約450Y的較低溫度下形成，從而減少了熱積存。

高溫爐和RTP系統(tǒng)都用于鈦金屬硅化物和鉆金屬硅化物的合金工藝中，然而RTP有較好的熱積存控制和晶圓對晶圓的均勻性。高溫爐已在400攝氏度和充滿氮與氫氣的環(huán)境下用于形成鋁硅合金，這樣的低溫可以防止硅鋁交互擴(kuò)散造成所謂的結(jié)面尖凸現(xiàn)象(見下圖)。

再流動過程

當(dāng)溫度超過硅玻璃的玻璃化溫度(Glass-transiTIon?Temperature)時，玻璃就會軟化并開始流動，這種特性被廣泛應(yīng)用于玻璃產(chǎn)業(yè)中將玻璃塑造成各種形式的玻璃制品。這個方法也應(yīng)用在晶圓制造中使玻璃表面在流動的高溫中變得更加平滑。1100攝氏度時，摻磷的硅玻璃(PSG)將會軟化并開始流動。軟化后的PSG沿著表面張力流動使電介質(zhì)表面更加圓滑平坦，從而可以改善光刻工藝的解析度并使后續(xù)的金屬化更加順利。下圖顯示了PSG沉積和再流動的情況。

隨著最小圖形尺寸的不斷縮小，熱積存也更加緊湊。硼磷硅玻璃(BPSG)可將再流動溫度降低到900Y左右，從而顯著減少了熱積存。一般而言，再流動工藝需要在充滿氮氣的高溫爐環(huán)境中進(jìn)行約30 min(從推進(jìn)晶圓載舟及溫度上升到設(shè)定溫度并達(dá)到穩(wěn)定為止)。

當(dāng)最小圖形尺寸縮小到0.25um 以下時，再流動工藝已無法滿足高光刻解析度對表面平坦化的要求，太過緊湊的熱積存也限制了再流動的應(yīng)用，所以化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)技術(shù)取代了再流動技術(shù)應(yīng)用在電介質(zhì)的表面平坦化技術(shù)上。

高溫化學(xué)氣相沉積

化學(xué)氣相沉積是一種添加工藝，將在晶圓表面沉積一層薄膜層。高溫化學(xué)氣相沉積(CVD) 過程包括外延硅沉積、選擇性外延工藝、多晶硅沉積和低壓化學(xué)氣相(LPCVD)氮化硅沉積。

外延硅沉積

外延硅是一種單晶硅層，通過高溫過程沉積于單晶硅晶圓的表面。雙載流子晶體管、雙載流子互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(BiCMOS)IC芯片，以及高速先進(jìn)金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管(CMOS) IC芯片均需要使用外延硅層。

硅烷(SiHQ)、二氯硅烷(DCS, SiH2Cl2)和三氯硅烷(TCS, SiHCl3)是硅外延生長中最常使用的三種氣體。硅外延生長的化學(xué)反應(yīng)如下：

通過將摻雜氣體如三氫化鈹(AsH3 )、三氫化磷(PH3)和二硼烷(B2H6)與硅的來源氣體注入反應(yīng)室，就能在薄膜生長過程的同時對外延硅摻雜，這三種摻雜氣體都是有毒、可燃及易爆性氣體。整面全區(qū)外延硅的沉積通常在IC生產(chǎn)之外的晶圓制造廠中完成。