歐姆接觸的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體電極材料的制備方法,特別是使用快速退火方式制備Al-Si+歐姆接觸電極技術,基于直流磁控濺射低溫制備的Al膜,將低溫濺射于Si+片上的Al膜置于快速退火爐中,高效制備Al-Si+歐姆接觸電極的制備方法。
【背景技術】
[0002]歐姆接觸是半導體設備上具有線性并且對稱的電流-電壓特性曲線(1-Vcurve)的區域。如果電流一電壓特性曲線是非線性的,那么這種接觸叫做肖特基接觸。典型歐姆接觸是濺鍍或者蒸鍍的金屬片,低電阻,穩定接觸的歐姆接觸是影響集成電路性能及其穩定性的關鍵因素,它們的制備是電路制造的主要工作。
[0003]歐姆接觸是半導體制造中的關鍵技術,目的是使得半導體材料施加電壓時接觸處的壓降足夠小以至不影響器件的性能。如果歐姆接觸電阻的可靠性差,會使得器件的開態電阻升高,嚴重時會改變器件的性能。
[0004]從理論上看,影響金屬與半導體形成歐姆接觸的因素主要有兩個:金屬、半導體的功函數和半導體的表面態密度。對于給定的半導體,從功函數對金屬一半導體之間接觸的影響來看,要形成歐姆接觸,對于η型半導體,應該選擇功函數小的金屬,即滿足Wm《Ws,使金屬與半導體之間形成η型反阻擋層。而對于P型半導體,應該選擇功函數大的金屬與半導體形成接觸,即滿足Wm》Ws,使金屬與半導體之間形成P型反阻擋層。但是由于表面態的影響,功函數對歐姆接觸形成的影響減弱,對于η型半導體而言,即使Wm《Ws,金屬與半導體之間還是不能形成性能良好的歐姆接觸。
目前,在生產實際中主要是利用隧道效應原理在半導體上制造歐姆接觸。從功函數角度來考慮,金屬與半導體要形成歐姆接觸時,對于η型半導體,金屬功函數要小于半導體的功函數,滿足此條件的金屬材料有T1、In。對于P型半導體,金屬功函數要大于半導體的功函數,滿足此條件的金屬材料有Cu、Ag、Pt、Ni Al是地殼中含量最高的金屬元素,全球Al工業也非常發達,儲量超過250億噸。同時Al也具有很獨特的物理化學特性,其核外最外層電子有三個,容易失去從而成為自由電子,所以導電性能優異,電阻率約為2.76 μΩ - cm'另外Al的能量密度高,鈍化形成的氧化膜致密。這些因素使得Al成為制備歐姆接觸的常用材料。
[0005]磁控濺射是物理氣相沉積的一種,其技術可以分為直流磁控濺射和射頻磁控濺射,其中射頻濺射主要針對導電性很差的材料。制備Al膜電極兩種技術都可使用,不過一般使用的是直流濺射。其原理是利用氣體放電所產生的正離子在強電場的作用下高速轟擊作為陽極的靶,使得靶材料中原子(或離子)逸出進而淀積到被鍍的基片表面上,形成所需要的薄膜
目前Al薄膜歐姆接觸電極的制備方法主要包括磁控濺射方法、真空蒸鍍方法,電子束蒸發方法等。磁控濺射鍍膜與另外兩種方法相比主要優勢是任何物質都可以濺射,尤其是高熔點、低蒸汽壓的元素和化合物,而且濺射薄膜與基片之間的附著性好,濺射薄膜密度高、針孔少、薄膜純度高,設備簡單,鍍膜易于控制,沉積速率快,鍍膜面積大。為了能夠適應器件微型化的發展要求,電極的制備也向著薄膜化、高效化的方向發展。這就對電極制備提出了更高的要求,提高電接觸性能和保證穩定性的歐姆接觸制備方法都是該領域中急需解決的難題。
【發明內容】
[0006]為了能夠適應器件微型化的發展要求,電極的制備也向著薄膜化、透明化、高效化的方向發展。本發明提供了一種快速高效制備Al-Si+歐姆接觸電極的方法,該方法在簡單工藝、低廉成本的基礎上高效的制備出Al-Si+歐姆接觸電極。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:采用FJL560III型超高真空磁控濺射儀為生長設備,以η型低摻雜Si( 100)單面拋光晶體為襯底,襯底厚度為0.50mm,電阻率為1-3 Ω.cm。對襯底使用標準Shiraki方法進行清洗,然后在HF酸溶液中漂洗以去除基片表面的自然氧化層,同時完成對襯底表面的H鈍化,用高純氮氣吹干后將襯底迅速放入磁控濺射真空室內進行Al膜的生長,然后置于快速退火爐中快速退火處理。
[0008]在襯底上沉積Al膜之前,先對磁控濺射室進行真空化處理,待本底真空達到3.0X10—4Pa時對Si襯底進行加熱,溫度到達350°C時調節濺射氣壓為l.0Pa,氬氣流量為10SCCM,然后使用磁控直流濺射Al膜,濺射沉積厚度為2nm,濺射完成后自然降溫獲得初始樣品,再將初始樣品放入RTP-1000D4型快速退火爐中進行合適溫度的快速退火處理獲得Al-Si+歐姆接觸樣品。樣品的電學性能通過上海辰華儀器有限公司研發的CHI660D型電化學工作站進行測試。所有測試均在室溫下完成。
[0009]與常見制備Al薄膜歐姆接觸電極的真空蒸鍍方法和電子束蒸發方法相比,磁控濺射鍍膜聯合快速退火處理的主要優勢是高效快速的制備,任何物質都可以濺射,尤其是高熔點、低蒸汽壓的元素和化合物,而且濺射薄膜與基片之間的附著性好,濺射薄膜密度高、針孔少、薄膜純度高,設備簡單,鍍膜易于控制,沉積速率快,鍍膜面積大。使用快速退火爐退火處理可以縮短退火時間,省去升溫降溫所耗費的時間,便于工業化生產。
[0010]本發明的有益效果是,設備操作簡單、易于維護、Al薄膜歐姆接觸電極的制備生長高效快捷,歐姆接觸質量高,這為適應器件微型化、高效化實現產業化推廣提供了可能性方案。
【附圖說明】
[0011]圖1為采用磁控濺射然后快速退火法制備Al-Si+歐姆接觸電極的整體工藝流程;
圖2為表征Al-Si+歐姆接觸電極樣品一的電流-電壓特性曲線檢測結果;
圖3為表征Al-Si+歐姆接觸電極樣品二的電流-電壓特性曲線檢測結果。
【具體實施方式】
[0012]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0013]圖1中實施例A的操作流程如下:
1.用分析純丙酮在室溫下超聲5min,去離子水沖洗。此步驟重復3遍。
[0014]2.用無水乙醇在室溫下超聲5min,去離子水沖洗。此步驟重復3遍。
[0015]3.先濃H2S04(98%):H202=2:1的混合溶液中煮沸3-5min,去離子水沖洗2-3次,后用HF( 10%): H2O=1: 10的混合溶液浸泡30s,去離子水沖洗2-3次。
[0016]4.先濃HNO3煮沸3min,去離子水沖洗2-3次,后用HF( 10%): H2O=1: 10的混合溶液浸泡30s,去離子水沖洗2-3次。此步驟重復2遍。
[0017]5.先濃HNO3: H2O2:H2O=1: 1:4的混合溶液煮沸5min,去離子水沖洗2-3次,后后用HF(10%) IH2O=1: 10的混合溶液浸泡30s,去離子水沖洗2-3次。
[0018]6.用HCL:H20=3:1的混合溶液煮沸后加和H2O等體積的H2O2至溶液透明,去離子水沖洗2-3次。
[0019]7.用HF( 10%) =H2O=1:40的混合溶液漂洗30-60s,去離子水沖洗2-3次。
[0020]8.用氮氣吹干后,放置在樣品托中,送入磁控濺射設備真空室。
[0021]圖1中實施例B的操作方案如下:
I.磁控濺射室真空度抽至3 X 10—4Pa。
[0022]2.對襯底先加熱至350qC。
[0023]3.濺射室內通入純度為99.999%的Ar氣,流量為1sccm,啟動Si靶材射頻濺射裝置,濺射氣壓調至3-5Pa,濺射功率設置為90-100W,進行預濺射600s。
[0024]4.調節工作氣壓至1.0Pa,濺射功率為90w,濺射600s,自然降溫。
[0025]圖1中實施例C的執行細節如下:
1.快速退火爐內通入N2至氣壓達OMPa
2.打開爐腔,放入樣品,先抽真空,后通入N2。
[0026]3.設置升溫曲線,加熱升溫至550qC,退火時間為600s。
[0027]4.水冷降溫,關機后取出樣品。
[0028]圖1中實施例D為樣品表征常規方法。
[0029]圖2給出Al-Si+歐姆接觸電極樣品一的電流-電壓特性曲線。經曲線可容易看出電流-電壓特性曲線線性關系明顯,是歐姆接觸,接觸電阻率為0.08Ω.cm2o
[0030]圖3給出Al-Si+歐姆接觸電極樣品二的電流-電壓特性曲線。經曲線可容易看出電流-電壓特性曲線線性關系明顯,是歐姆接觸,接觸電阻率為0.1 Ω.cm2o
【主權項】
1.一種磁控濺射聯合快速退火技術制備Al-Si+歐姆接觸電極的方法,其特征在于: 采用單面拋光低摻雜N型單晶Si為襯底,以超高真空磁控濺射儀為制備設備,快速退火爐為后期處理設備,磁控濺射溫度為200-550 ciC,快速退火爐升溫時間為70-150S,退火溫度為450-700 0C,退火時間為300-1200s,接觸電阻率為0.05-0.5 Ω.cm2,電流-電壓特性曲線成線性關系。2.根據權利要求1所述制備Al-Si+歐姆接觸電極的方法,其特征在于Al-Si+歐姆接觸電極的生長襯底為晶面取向為(110)、厚度為0.3-0.8mm、電阻率為1-8 Ω.cm的單面拋光低摻雜N型單晶Si。3.根據權利要求1所述制備Al-Si+歐姆接觸電極的方法,其特征在于濺射沉積薄膜前,濺射腔體真空度< 3.0X 10—4Pa,對襯底加溫至200-550 ciC處理。4.根據權利要求1所述制備Al-Si+歐姆接觸電極的方法,其特征在于磁控濺射儀中靶材與襯底之間以垂直濺射的方式沉積Al膜,并且在沉積Al膜之前,預先啟動Al靶材直流濺射,通過預濺射清除靶材表面雜質,具體條件如下:純度為99.999%的Ar氣為工作氣體,流量為10SCCM ;濺射氣壓為2-5Pa ;射功率為50_150w ;濺射時間為60_6000s。5.根據權利要求1所述制備Al-Si+歐姆接觸電極的方法,其特征在于所述步驟中沉積Al膜時先將襯底加熱溫至300-400 ciC,以直流濺射為沉積方式,具體條件如下:Ar氣流量為10SCCM;濺射氣壓為1.0-2.(^&;射功率為50-150?;沉積厚度為100-80011111,濺射完畢后即刻自然降溫獲得初始樣品。6.根據權利要求1所述制備Al-Si+歐姆接觸電極的方法,其特征在于所述步驟中對初始樣品的處理為將樣品迅速放入快速退火爐中進行快速退火處理,退火參數如下:以犯為保護氣體,退火溫度為450-700 QC,升溫時間為70-150s,退火時間為300-1200s。
【專利摘要】本發明涉及一種磁控濺射聯合快速退火技術高效制備Al-Si+歐姆接觸電極的方法,屬于半導體材料的制備技術領域。本發明基于超高真空磁控濺射技術,以Ar氣為工作氣體,在真空度為3.0×10-4Pa時,首先采用射頻濺射技術于一定溫度條件下生長一定厚度Al薄膜,然后利用快速退火爐對Al薄膜進行快速退火處理獲得Al-Si+歐姆接觸電極。該方法提高了制備Al-Si+歐姆接觸電極的速度,而且克服了真空蒸鍍方法和電子束蒸發方法中生只能濺射低熔點、高蒸汽壓的元素和化合物,而且濺射薄膜與基片之間的附著性差,濺射薄膜密度低的缺點,獲得的Al-Si+歐姆接觸電極具有薄膜純度高,鍍膜易于控制,沉積速率快,鍍膜面積大,線性接觸良好及穩定等優點,且設備簡單、使用和維護成本低。因而該方法是一種簡單高效、易于產業化推廣的Al-Si+歐姆接觸電極制備方法。
【IPC分類】H01L21/324, H01L21/203, H01L21/28, C23C14/35, H01L29/45
【公開號】CN105609412
【申請號】CN201610166858
【發明人】楊宇, 遲慶斌, 舒啟江, 王茺, 王榮飛, 楊杰
【申請人】云南大學
【公開日】2016年5月25日
【申請日】2016年3月23日