自对准金属硅化物源漏栅接触电极及局部互连工艺

在 NMOS 和PMOS晶体管结构与掺杂工艺完成后，先要在晶体管各个区域形成低电阻欧姆接触，以便随后通过金属互连工艺，把硅片上密集的大量晶体管及其他元件，互相连接功能电路。金属硅化物工艺介于硅片加工的前道工艺与后道工艺之间，具有承上启下的作用。金属硅化物不仅可以用以形成源漏接触，而且显著降低栅电极及栅级局部互连的电阻。

图5.26 显示源漏栅自对准金属硅化物薄膜工艺主要步骤。为了在源漏栅区域，获得自对准且相互隔离的金属硅化物薄膜图形，多晶硅栅两侧必须有SiO2边墙结构。图 5.26（a）显示，前面晶体管LDD 工艺形成的介质边墙，可在自对准金属硅化物工艺中发挥作用。为在单晶和多晶硅线条图形上形成均匀、致密、低电阻硅化物薄膜，硅片需要很好清洗，并且用稀释氢氟酸溶液，腐蚀去除源漏栅区域表面薄 SiO2层。

硅片装入 PVD设备后，在淀积金属膜之前，还常用反溅射工艺，进一步去除接触区表面上的残余氧化物。随后如图5.26（b）所示，用磁控溅射技术，通过氩离子轰击金属钛靶，把钛原子溅射淀积在硅片表面，形成厚度约力50~100nm的钛膜。接着硅片在约650°C的温度下进行第一步快速热退火约数十秒，使钛与硅发生固相反应，在源漏单晶硅表层和多晶硅线条表层，形成TiSi2薄膜。通常快速退火在N2气氛中进行，钛薄膜在硅界面上产生硅化反应的同时，在表面也会产生复化反应，特别是在介质表面，生成氮化钛（TiN）导电薄膜，如图5.26（c）所示。第一步热退火温度的选择，要考虑避免钛与隔离区及边墙上SiO2发生反应。第一步快速退火后，可应用选择性化学腐蚀液，如NH4OH：H2O2：H2O=1：1:5溶液，腐蚀去除未反应的钛和 TiN，而源漏区和多晶硅线条上反应生成的TiSi2则不被腐蚀，从而形成自对准的TiSi2图形。最后进行第二步快速退火，在约850°C温度下，热处理约30~60s，使TiSi2晶体结构从高电阻的C49相转变为低电阻的C54相，其薄膜电阻率可降到约20μΩ•cm 或更低。

经过上述工艺形成的自对准金属硅化物/多晶硅复合结构可以完成某些局部互连。例如，CMOS 倒相器中 NMOS与PMOS 晶体管栅极的连接线，DRAM存储器中的字连接线等。因此，在某些工艺中，也可利用TiSi2晶形成工艺，同时在SiO2上面生成的TiN作为局部互连线，如 CMOS 倒相器中 NMOS与PMOS 晶体管漏极的互连线。为此，在工艺流程中，需在选择腐蚀前添加一次光刻，利用光刻胶把隔离氧化层上的TiN保留下来，如图5.26（d）所示。