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[ZZ]SILICIDE、SALICIDE和POLYCIDE

热度 5已有 4920 次阅读| 2018-1-29 23:54 |个人分类:工艺|系统分类:芯片设计| SILICIDE, SALICIDE, SILICIDE, SALICIDE, POLICID, SILICIDE, SALICIDE

        首先,这三个名词对应的应用应该是一样的,都是利用硅化物来降低POLY上的连接电阻。 但生成的工艺是不一样的,具体怎么用单独的中文区分,现在我也还没看到相应资料, 就暂且沿用英文的了。

        其中,SILICIDE就是金属硅化物,是由金属和硅经过物理-化学反应形成的一种化合态,其导电特性介于金属和硅之间,而POLYCIDE和SALICIDE则是分别指对着不同的形成SILICIDE的工艺流程,下面对这两个流程的区别简述如下:

  • POLYCIDE:其一般制造过程是,栅氧化层完成以后,继续在其上面生长多晶硅(POLY-SI),然后在POLY上继续生长金属硅化物(silicide),其一般为WSi2 (硅化钨)和 TiSi2 (硅化钛)薄膜,然后再进行栅极刻蚀和有源区注入等其他工序,完成整个芯片制造。

  • SALICIDE:它的生成比较复杂,先是完成栅刻蚀及源漏注入以后,以溅射的方式在POLY上淀积一层金属层(一般为Ti,Co或Ni),然后进行第一次快速升温煺火处理(RTA),使多晶硅表面和淀积的金属发生反应,形成金属硅化物。根据煺火温度设定,使得其他绝缘层(Nitride或 Oxide)上的淀积金属不能跟绝缘层反应产生不希望的硅化物,因此是一种自对准的过程。然后再用一中选择性强的湿法刻蚀(NH4OH/H2O2/H20或H2SO4/H2O2的混合液)清除不需要的金属淀积层,留下栅极及其他需要做硅化物的salicide。另外,还可以经过多次煺火形成更低阻值的硅化物连接。跟POLYCIDE不同的是,SALICIDE可以同时形成有源区S/D接触的硅化物,降低其接触孔的欧姆电阻,在深亚微米器件中,减少由于尺寸降低带来的相对接触电阻的提升。另外,在制作高值POLY电阻的时候,必须专门有一层来避免在POLY上形成SALICIDE,否则电阻值就上不了。

        对于金属硅化物以及目前又开始热门的金属栅极的制作,特性分析,工艺流程,有很多文献可以参考,但作为LAYOUT设计者而言,不需要了解这么多,就是明白这个东西的作用是什么应该就足够了。       

Salicide / Polycide 的特性和使用条件

  • Salicide 可以减小栅极和源漏电阻

  • Polycide 可以减小栅极电阻

什么时候选择哪一种呢?两者使用前提条件是什么呢?有什么使用限制呢?

一、看你Care的是什么?1.  Salicide自对准效果很好,且Rs也很小。但是Thermal Stable不好。而且会有C49和C54的相位转换,电阻差异很大哦。所以这个一般需要Wet Etch前后各一步Thermal来。如果一步到位对小线宽的Gate控制不好。因为反应过程中是Si扩散到界面与Ti反应。这样就会有一定量的横向反应。1.  Polycide的Rs会比较大一些,但是Thermal下比较稳定。以上在0.35-0.6甚至0.8um都有在用。0.25及其以下用CoSi2,对线宽控制比较好,因为Co与Si反应的时候,是Co进入界面与Si反应,这样横向反应就比SiTi2的小,因为Poly的边界决定了线宽不会延伸。nm时代就要用NiSix了,Thermal稳定性很差,但是因为它不能用前面的原因是他更Care工艺过程中的Thermal Burdget,所以不得不用它了。

二、1.   SALICIDE产生BRIDGING现象扩散速度较金属快的话,则容易跑到SPACER上,反应生成bridging。也就是硅化物的形成已经 在源漏和栅极上了,这样就会出现桥接,尤其在细线宽情况下。salicide如果使用TI/CO的话,这个情况比较严重。POLYCIDE是不会有这种情况的。

2. 一般的掺杂物在SALICIDE中的扩散速度极快,所以在多晶中的掺杂物很容易进入salicide而流串到其他地方,多晶硅也因掺杂物流失会有空乏现场产生。对于CMOS的应用,则会有P型和N型掺杂物的相互污染导致VT的变化,严重影响电路运行。有时需要在进行SALICIDE之前,往多晶里面掺入N什么的。减小这种效应。

3.   由于SALICIDE的源漏电阻比采用POLYCIDE的小很多,所以相对来说,在打源漏接触孔时,SALICIDE会比POLYCIDE的少。源漏如果 打的孔多的话,也会影响布局密度。4.   较注重元件关闭状态以及漏电流大小的电路产品,如DRAM,多采用POLYCIDE,因为SALICIDE过程容易造成S/D和衬底接触面的漏电流,严重 影响记忆元胞的资料保存能力。这是我获得的一些原因。另一些还没有弄明白原理。

三、1、Briding现象:就是我说的那个TiSi2和CoSi2对线宽的控制上。因为他们反应机理不同,一个是金属扩散到界面与硅反应,另一个是硅 扩散到界面与金属反应。这两种区别很大程度上决定了SPACER的上面有没有金属硅化物的生成的。

2、它的道理好像不对:Silicide对杂质有无Barrier的作用暂且不论,即使它没有Barrier功能,那POLY中的杂质(一般为P)也是向上扩散的。而ILD一般是BPSG,类似于SiO2,吸B排P,这样P也很难被扩散到BPSG中,即使跑到ILD中,似乎也影响不到Vt。而为了防止Vt的变化,一般都是在长Gate Oxide的过程中掺入 N 的元素气体来阻止杂质透过Gate Oxide金属Channel区而影响Vt。

3、第三点有道理,因为CT Rs确实与CT CD成反比。但是开孔多一点还是有有帮助的,并不是说我CT Rs够了,我就只开一个孔就完了。不行的,这样很容易造成电流局部集中。电流集边效应的。

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polycide:降低栅极电阻

silicide:降低源漏电阻

salicide:既能降低栅极电阻,又能降低源漏电阻

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POLYCIDE与SALICIDE工艺结构图

POLYCIDE工艺结构图(1)POLYCIDE工艺结构图(1)

POLYCIDE工艺结构图(2)POLYCIDE工艺结构图(2)SALICIDE工艺结构图(1)SALICIDE工艺结构图(1)SALICIDE工艺结构图(2)SALICIDE工艺结构图(2)

 

POLYCIDE与SALICIDE两种工艺目的

POLYCIDE

  1. 减小栅极电阻

SALICIDE

  1. 减小栅极电阻;

  2. 减小源漏接触电阻

POLYCIDE与SALICIDE两种工艺制作方法    POLYCIDE

  1. 复合层的淀积,  在淀积POLY并掺杂后,连续淀积硅化物(一般为WSi2或者TiSi2)

  2. 栅极的刻蚀。

SALICIDE

  1. 制作金属层在源漏注入以后,溅射一层金属(一般为Co/Ti)

  2. 硅化物的形成进行第一次升温退火,控制适当温度,使得金属和硅生成硅化物,而绝缘层上的金属不会和绝缘层反应生成硅化物。

  3. 多于金属的去除用湿法(氨水 双氧水)除去未反应成silicide的金属。

  4. 第二次退火进一步降低电阻

POLYCIDE与SALICIDE两种工艺主要区别

  1. 源漏电阻方面POLYCIDE    源漏电阻没有减小,为了减小源漏接触电阻,需要打的孔比采用SALICIDE要多一些。SALICIDE     可明显减小源漏接触电阻,设计上就允许采用更小的源漏扩散区面积,并由此进一步减小了S/D和衬底之间的寄生电容,进一步降低RC延迟。

  2. 热稳定性POLYCIDE:较好SALICIDE:第一次回火形成的硅化物电阻率较高(生成C49相位结构,温度为T1以下)。需要更高温度的第二次回火,降低电阻(生成C54相位,温度在T1-T2之间).image009image010但是,随着silicide厚度的降低以及栅极线宽减小,C49转化为C54的临界温度T1升高,C54结构发生团块化的临界温度T2降低,以致于会出现T1=T2,甚至T2小于T1的情况。这样,随着温度升高,C49结构直接发生团块化,就不存在C54结构这个区间,硅化物的电阻始终较高。故:SALICIDE工艺不适合于0.25um以下的制程。(但是采用Co等其他金属,可以减小这种现象发生,也就是不同金属材料和Si反应,生成物的C49-C54转化温度区间T1-T2会不同,所以实际上0.18um有采用salicide工艺的。)

  3. Si和金属的互扩散POLYCIDE:淀积WSi,可以促使硅化物和POLY更好的结合。金属和Si的互扩散不影响器件性能和栅极。SALICIDE:a) 线条边缘电阻升高(对细线条影响严重)对于TiSi2,在形成硅化物的过程中,Si是主要扩散物,在边缘处,可反应的Si少,所以形成的硅化物层就薄,电阻就大,表现出来的结果就是线条边缘的电阻较大,对于细线条的情况此影响非常严重。b) Si扩散到金属上,引起的桥接问题由于Si扩散到金属中的速度大于金属扩散到硅中的速度(对于Ti和Si),所以硅化物不仅会在金属与硅的直接接触面形成,还会在SPACER上形成(尽管在这里金属与氧化层是直接接触),这样就容易造成桥接。image012c) 通过选择合适的硅化物金属,可减小上述三种效应(比如用Co/Ni代替Ti)。

  4. 对掺杂的影响POLYCIDE:只淀积在POLY层上,不存在此类问题。SALICIDE:a) salicide在N/P区的反应情况不同,对于N Si区,形成的硅化物较薄,电阻  较大。P区的情况相反。b) 一般杂质在salicide中的扩散速度极快,所以在多晶中的掺杂物容易进入硅  化物层,而流串至其他地方。多晶会因为掺杂物的流失而产生严重的空乏效 应。对于CMOS工艺,则会有P型N型掺杂物的相互污染,导致Vth的变化。

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        在互補式金氧半(CMOS)積體電路中,隨著量產製程的演進,元件的尺寸已縮減到深次微米(deep-submicron)階段,以增進積體電路(IC)的性能及運算速度,以及降低每顆晶片的製造成本。但隨著元件尺寸的縮減,卻出現一些可靠度的問題。  在次微米技術中,為了克服所謂熱載子(Hot-Carrier)問題而發展出LDD(Lightly-DopedDrain)製程與結構; 為了降低CMOS元件汲極(drain)與源極(source)的寄生電阻(sheet resistance) Rs 與Rd,而發展出Silicide製程; 為了降低 CMOS元件閘級的寄生電阻 Rg,而發展出 Polycide 製程 ; 在更進步的製程中把 Silicide 與 Polycide 一起製造,而發展出所謂 Salicide 製程。         在多晶矽上形成金屬矽化層(silicide)是降低閘極電阻的好方法,而且無論是single poly 或dual poly 製程都可應用實施。一般的做法可分為 polycide 和 salicide 兩類。polycide的作法是在形成閘極氧化層後,連續成長 poly-Si和 silicide(一般為WSi2或TiSi2)薄膜,之後的閘極蝕刻、佈植等程序則和傳統電晶體作法類似。salicide的過程則較複雜,在形成閘極和源/汲極擴散區後,以濺射沉積(sputtering deposition)方式沉積一金屬層(一般為Ti,Co 或Ni),施以第一次快速升溫退火(1st RTA)處理,可使金屬和矽反應成金屬矽化物,而此步驟的溫度和時間參數經控制使得在絕緣層(nitride或oxide)上的金屬不會和絕緣層反應成silicide,所以是一種自我校準的過程。之後再利用一選擇性濕式蝕刻(一般採用NH4OH/H2O2/H2O或H2SO4/H2O2的混合溶液)去除未反應成silicide之金屬部份,留下形成在閘/源/汲極表面的 silicide。若有需要,再以一次2nd RTA的處理使 silicide的阻值進一步降低。和 polycide不同, salicide方式可同時在S/D形成 silicide,所以可明顯降低接觸電阻。這對於深次微米元件是很重要的,因為接觸電阻和接觸面成反比,所以當元件變小後相對地會增加接觸電阻而影響元件之驅動能力。

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from:https://www.douban.com/note/217597914/http://www.eda-china.com/index.php?a=show&m=Article&id=2860

 

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