12039-83-7 / 硅化鈦的主要應用

背景及概述^[1]

隨著超大規模集成電路（ULSI）的快速發展，設備和器件尺寸越來越小，人們對器件尺寸和薄膜的質量和厚度均勻性的要求也越來越高。目前半導體器件的線寬已小至0.1μm以下，原工藝此時已無法得到低電阻的連續導線。必須尋找新的材料、新的工藝和新的沉積體系，來改進或者替代鋁與重摻雜多晶硅用于電路金屬化連接。在這些新材料中，人們對具有高導電性和高溫穩定性，而且與目前微電子制造工藝相配的金屬硅化物的興趣大增。在目前廣泛研究的金屬硅化物（如：TiSi2、NiSi、CoSi2、WSi2、TaSi2、MoSi2）中，硅化鈦（TiSi2）具有非常理想的特性：高的導電性，高的選擇性，好的熱穩定性，對Si好的吸附性，好的工藝適應性和對硅連接參數的低干擾。因此，在集成電路器件中，硅化鈦被廣泛應用于金屬氧化物半導體（MOS），金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）和動態隨機存儲器（DRAM）的門、源/漏極、互聯和歐姆接觸的制造當中。

應用^[2-5]

硅化鈦被廣泛應用于金屬氧化物半導體（MOS），金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）和動態隨機存儲器（DRAM）的門、源/漏極、互聯和歐姆接觸的制造當中，其應用舉例如下：

1）制備一種硅化鈦阻擋層，采用所述硅化鈦阻擋層的制作方法的器件包括由隔離區隔開的non-silicide區域和silicide區域，器件上表面覆蓋有一層犧牲氧化層，本發明包括：采用光刻工藝，使得光刻膠覆蓋在non-silicide區域上，而露出silicide區域；采用濕法刻蝕工藝刻蝕掉silicide區域的犧牲氧化層；對silicide區域露出的硅進行非晶化處理，As注入；去除剩余在non-silicide區域的光刻膠；濺射金屬鈦，進行第一次合金化處理；濕法刻蝕去除未形成合金的金屬鈦，進行第二次合金化處理。本發明刪除了現有技術中silicideblock氧化層，減少了工藝成本；同時減少了刻蝕對隔離氧化膜的損失，提高了工藝穩定性。

2）制備一種原位合成硅化鈦(Ti5Si3)顆粒增強鋁碳化鈦(Ti3AlC2)基復合材料。通過加入一定量的硅，制備出不同體積比的Ti3AlC2/Ti5Si3復合材料，其中硅化鈦顆粒增強相的體積百分數為10~40%。具體制備方法是：首先，以鈦粉、鋁粉、硅粉和石墨粉為原料，Ti∶Al∶Si∶C的摩爾比為3∶(1.1-x)∶x∶(1.8~2.0)，其中x為0.1~0.5。原料粉經物理機械方法混合8~24小時，裝入石墨模具中，施加的壓強為10~20MPa，在通有保護氣氛的熱壓爐內燒結，升溫速率為10~50℃/分鐘，燒結溫度為1400~1600℃，燒結時間為0.5~2小時，燒結壓強為20~40MPa。本發明可以在較低的溫度和較短的時間內制備出具有高純度、高強度的鋁碳化鈦/硅化鈦復合材料。

3）制備復合功能硅化鈦鍍膜玻璃。在普通浮法玻璃基板上沉積一層薄膜或在它們之間再沉積一層硅薄膜。通過制備得到硅化鈦和硅的復合薄膜或在薄膜中摻入少量具有活性的碳或氮得到硅化鈦復合碳化硅或碳化鈦或者硅化鈦復合氮化硅或氮化鈦的復合薄膜，可使該鍍膜玻璃的機械強度和耐化學腐蝕能力得到提高。本發明是一種結合調光隔熱和低輻射玻璃功能于一身的一種新型的鍍膜玻璃。

4）制備一種半導體元件，包括一硅襯底，硅襯底上形成有柵極、源極和漏極，柵極和硅襯底之間形成有一層絕緣層，柵極由位于絕緣層上的多晶硅層和位于多晶硅層上的硅化鈦層組成，硅化鈦層上形成有保護層，保護層、硅化鈦層、多晶硅層和絕緣層的周圍環繞有三層結構層，由里到外依次為氮化硅間隙壁層、親層和氧化硅間隙壁層，源極和漏極上形成有硅化鈦層，硅襯底上形成有內層介電層，內層介電層中形成有接觸窗開口。本實用新型通過采用上述技術方案，可使得柵極和接觸窗口內的導線可以完全絕緣，不會發生短路現象。

制備^[1]

金屬硅化物可由物理氣相沉積（濺射和熱蒸發等）和化學氣相沉積（CVD）制備。制備硅化鈦的目的是為了得到低電阻的TiSi2。TiSi2具有2種多晶相：亞穩態的C49相和熱力學穩定的C54相。C49相為正交底心晶系；每個晶胞由12個原子構成；晶胞尺寸為：a=0.362nm，b=1.376nm，c=0.360nm；電阻率ρ=60~100μ?·cm。C54相為正交面心晶系，每個晶胞由24個原子構成；晶胞尺寸為：a=0.826nm，b=0.480nm，c=0.853nm；電阻率ρ=12~20μ?·cm[24]。由于C54相的TiSi2具有與金屬本體相當的電阻率，因此，得到C54相的TiSi2是制備硅化鈦的目的。

主要參考資料

[1] 硅化鈦薄膜的制備與應用

[2] CN201010556222.3硅化鈦阻擋層的制作方法

[3] CN200410082975.X一種鋁碳化鈦/硅化鈦復合材料及其制備方法

[4] CN200510049828.7氮氣保護制備硅化鈦鍍膜玻璃的方法及硅化鈦鍍膜玻璃

[5] CN201320756638.9一種半導體元件