文章來(lái)源：Jeff的芯片世界

原文作者：Jeff的芯片世界

本文介紹了自對(duì)準(zhǔn)硅化物工藝的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)、以及挑戰(zhàn)。

什么是Salicide

Salicide(Self-Aligned Silicide，自對(duì)準(zhǔn)硅化物)是一種通過(guò)選擇性金屬沉積與硅反應(yīng)，在半導(dǎo)體器件的源/漏極(Source/Drain)和柵極(Poly Gate)表面形成低電阻金屬硅化物的工藝。其核心在于“自對(duì)準(zhǔn)”特性：無(wú)需額外光刻步驟，僅通過(guò)阻擋層(如SAB，Salicide Block)控制硅化物形成區(qū)域，從而簡(jiǎn)化流程并提高精度。

早期工藝采用TiSi?(硅化鈦)，但其窄線條效應(yīng)導(dǎo)致電阻率上升，逐漸被CoSi?(硅化鈷)取代。隨著制程微縮至90nm以下，NiSi(硅化鎳)因更低電阻、更少硅消耗及低溫工藝優(yōu)勢(shì)成為主流。例如，NiSi在30nm線寬下仍能保持低電阻，而CoSi?在40nm以下電阻急劇升高。

硅化物通過(guò)減少多晶硅和單晶硅的接觸電阻(Contact Resistance)及薄層電阻(Sheet Resistance)，顯著提升器件速度。以0.15μm CMOS工藝為例，TiSi?工藝可將柵極和源/漏極的方塊電阻降至45Ω/□，使環(huán)形振蕩器延遲縮短至1.9 ps。

Salicide工藝的制造流程

1. 阻擋層(SAB)的沉積與圖形化

通過(guò)PECVD(等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)在晶圓表面覆蓋SiO?阻擋層，并利用光刻技術(shù)定義非硅化物區(qū)域。例如，SAB光刻需與有源區(qū)(AA)嚴(yán)格對(duì)準(zhǔn)，避免后續(xù)金屬硅化物在非目標(biāo)區(qū)域形成，導(dǎo)致短路。

2. 金屬沉積與退火反應(yīng)

采用PVD(物理氣相沉積)濺射鈷(Co)或鎳(Ni)等金屬，覆蓋TiN作為抗氧化層。隨后進(jìn)行兩步快速熱退火(RTA)：

第一步RTA(約550°C)：形成高阻態(tài)硅化物(如Co?Si);

第二步RTA(約850°C)：轉(zhuǎn)化為低阻態(tài)硅化物(如CoSi?或NiSi)。

此過(guò)程需精準(zhǔn)控制溫度，防止硅化物橫向過(guò)度生長(zhǎng)引發(fā)柵漏短路。

3. 選擇性刻蝕與后處理

通過(guò)濕法刻蝕(如NH?OH+H?O?)去除未反應(yīng)的金屬和TiN層，并清洗殘留氧化物。最后沉積SiON保護(hù)層，防止后續(xù)工藝中硼磷雜質(zhì)擴(kuò)散影響器件性能。

Salicide工藝的優(yōu)勢(shì)與技術(shù)挑戰(zhàn)

1. 性能提升的核心貢獻(xiàn)

降低電阻：源/漏極接觸電阻降低30%-50%，柵極電阻減少至傳統(tǒng)工藝的1/5，顯著縮短RC延遲。

提升集成度：自對(duì)準(zhǔn)特性避免光刻對(duì)準(zhǔn)誤差，支持更小線寬設(shè)計(jì)，例如0.18μm工藝中CoSi?取代TiSi?，突破窄線條效應(yīng)限制。

2. 工藝中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)

ESD防護(hù)能力下降：低阻硅化物成為ESD電流優(yōu)先路徑，大電流導(dǎo)致局部高溫?zé)龤骷＝鉀Q方案包括引入SAB工藝形成非硅化區(qū)域，或通過(guò)ESD IMP(注入工藝)調(diào)整擊穿電壓。

熱穩(wěn)定性問(wèn)題：NiSi在600°C以上會(huì)相變?yōu)楦咦钁B(tài)NiSi?，需采用尖峰退火(Spike Anneal)或毫秒級(jí)退火(MSA)優(yōu)化熱預(yù)算。

Salicide在先進(jìn)制程中的應(yīng)用與未來(lái)

1. 當(dāng)前主流應(yīng)用場(chǎng)景

邏輯芯片：90nm以下CMOS工藝中，NiSi廣泛用于CPU和GPU，支持高頻運(yùn)算;

存儲(chǔ)器：DRAM和閃存通過(guò)Salicide降低位線電阻，提升讀寫(xiě)速度。

2. 未來(lái)技術(shù)演進(jìn)方向

新型材料探索：鉑(Pt)或稀土金屬硅化物因更高熱穩(wěn)定性進(jìn)入研究視野;

3D集成兼容性：FinFET和GAA結(jié)構(gòu)中，需開(kāi)發(fā)低溫激光退火工藝，避免多層堆疊的熱應(yīng)力損傷。

Salicide工藝是半導(dǎo)體微縮化進(jìn)程中不可或缺的技術(shù)，其自對(duì)準(zhǔn)特性與材料創(chuàng)新持續(xù)推動(dòng)器件性能突破。然而，ESD防護(hù)、熱穩(wěn)定性等問(wèn)題仍需跨學(xué)科協(xié)作攻克。