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金属硅化物(Silicide)已在集成电路工业中获得了广泛应用,特别是在现代MOS工艺中,随着集成度的提高,线宽的缩小,对材料工艺也提出了更高的要求.本文提出微波等离子体退火方法来制备金属硅化物,理论上引入凝聚态物理的第一性原理计算方法研究微电子领域中常用的金属硅化物(TiSi<,2>、CoSi<,2>和NiSi<,2>),有利于了解C54和C49相TiSi<,2>、CoSi<,2>和NiSi<,2>的物理本质, 这些金属硅化物是IC工艺中常用的材料,对这些材料的深入了解对改善集成电路的质量、提出新的设计理念都有重要的实用和理论意义.实验和理论方面都获得了有原创性的结果.第一性原理计算方法对 C49和C54相TiSi<,2>进行模拟,计算出晶格常数、原子结构、形成能、电子态密度、Mulliken电荷、单晶体弹性模量和弹性常数、空位形成能、表面能、多晶的体弹性模量、剪切模量、杨氏模量和泊松比等,不仅对这两种硅化物有进一步的了解,而且发现尽管两种硅化物的形成能几乎相等,但C49相相比C54相TiSi<,2>各方面性质较"软",如结构对称性差,Ti原子d轨道的反键强,离子性弱,单晶和多晶弹性性质弱,熔点低,在C49相中容易形成硅空位,表面能比C54相TiSi<,2>小,还推断出C49相多晶结构比C54相TiSi<,2>多晶结构更脆,更易发生本征脆性断裂,在变形时更易发生体积变化,表面能小.这些特性导致在固相反应中优先形成C49相TiSi<,2>.还对CoSi<,2>和NiSi<,2>进行第一性原理计算,研究其原子结构、电子结构、电子态密度、形成能、Mulliken电荷布居、空位和间隙原子形成能等,得到一系列模拟计算结果.发现原子化学势对空位形成能和间隙原子形成能影响很大,根据两个极端情况预计出空位形成能和间隙原子形成能的范围.总的来说,在CoSi<,2>中钴空位和钴间隙原子都比相应硅空位和硅间隙原子容易形成.在NiSi<,2>中形成硅空位比形成镍空位容易,而镍间隙原子更容易形成,这和实验中镍原子是主要扩散物质相一致.此外,研究了NiSi<,2>(111)/Si(111)界面问题,从层投影态密度图看出界面处的硅原子层呈现出金属性,并出现界面态.A型界面NiSi<,2>和硅衬底之间界面距离为2.321埃,B型界面中界面距离是2.336埃.通过对界面处Mulliken分析,发现界面处电荷的迁移主要发生在NiSi<,2>层中.实验上,采用微波等离子体退火使溅射的金属薄膜和硅衬底发生固相反应,制备出各种金属硅化物,证明该方法的可行性.不同于常规退火条件下的现象是钛薄膜与硅衬底的进行的固相反应可直接得到C54相的TiSi<,2>,升温过程中没有出现亚稳的C49相TiSi<,2>.金属钴层未反应完全的情况下,不同温度下都没有富钴的硅化物生成,而直接得到富硅的CoSi<,2>.与钴的情况类似,镍薄膜与硅衬底互扩散后也直接得到了富硅的NiSi<,2>.实验研究结果表明,微波穿透纳米厚度的金属薄膜,影响原子扩散,微波等离子退火有利于稳态硅化物的最终形成,中间态的硅化物的稳定存在受到抑制.微波可能推动了亚稳态向最终稳态的迅速转化,无论固相反应是受形核控制还是扩散控制.