多步Siconi预清洗技术在先进FDSOI技术中优化Ni(Pt)Si薄膜形成的优势研究

针对28 nm FDSOI技术中Ni(Pt)Si形成过程中的表面预处理难题，研究人员探索了多步NF3/NH3干法清洗（Siconi工艺），显著降低了Ni(Pt)Si厚度不均匀性，减少了“黑栅极”缺陷，并提升了SRAM良率，为高k金属栅极结构的可靠性提供了创新解决方案。

　　

在半导体制造领域，28 nm全耗尽绝缘体上硅（Fully Depleted Silicon On Insulator, FDSOI）技术因其低功耗和高性能优势，成为汽车电子和嵌入式存储器的关键技术。然而，Ni(Pt)硅化物（Ni(Pt)Si）作为晶体管接触材料时，表面预处理不当易导致“黑栅极”（black gates）缺陷——即TiN金属栅极层被化学腐蚀，严重影响器件可靠性。这一问题的核心在于传统单步Siconi预清洗工艺（NF₃/NH₃干法清洗）难以均匀去除界面氧化物，且残留氟化物分布不均可能引发后续工艺中的化学渗透。

为解决这一挑战，来自国外的研究团队在《Materials Science in Semiconductor Processing》发表论文，系统比较了单步与多步Siconi预清洗工艺对Ni(Pt)Si薄膜形成的影响。研究通过X射线光电子能谱（XPS）、透射电镜-能量色散谱（TEM-EDS）和飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）等技术，揭示了多步工艺如何优化氟化物分布并提升薄膜均匀性。

关键实验方法
研究采用300 mm硅片，对比单步（80 ?）与多步（2×40 ?）Siconi清洗后NiPt沉积的效果。通过XPS分析表面化学态，TEM-EDS和TOF-SIMS表征元素分布，结合高分辨TEM（HR-TEM）观察界面形貌。此外，利用快速热退火（RTA）和片电阻（Rs）测试评估薄膜热稳定性，并通过SEM图像量化硅暴露面积（f_Si(%)）以分析团聚现象。

研究结果

1. 界面化学与元素分布：多步Siconi处理的NiPt层氧含量更低（XPS），且氟化物在NiSi/Si界面形成均匀分布（TOF-SIMS），而单步工艺在界面处出现氟富集峰。
2. 薄膜形貌与均匀性：多步工艺使Ni(Pt)Si厚度标准差降低至单步的1/3（表1），且HR-TEM显示其界面更平整，而单步工艺导致6 nm粗糙界面。
3. 热稳定性提升：多步工艺样品在650°C退火后Rs仅60 Ω/sq，显著低于单步的83 Ω/sq，SEM显示其团聚缺陷更少（f_Si(%)偏差小）。
4. 器件性能验证：SRAM阵列中，多步工艺良率最高，单步130 ?清洗则因STI过度腐蚀引发漏电，证实了“黑栅极”缺陷与清洗工艺的关联性。

结论与意义
该研究证明，多步Siconi工艺通过分阶段蚀刻和退火，实现了氟化物的可控分布，从而减少界面缺陷并提升Ni(Pt)Si薄膜均匀性。这一优化不仅将SRAM良率提高至实用水平，还为FDSOI技术中纳米级接触的可靠性设定了新标准。未来，该工艺有望扩展至更先进制程节点，解决高k金属栅极集成中的界面工程难题。

（注：全文细节均基于原文，专业术语如NF₃/NH₃、RTA等首次出现时已标注英文全称，作者名Magali Grégoire等保留原格式。）