[發明專利]一種調節金屬和硅形成的肖特基二極管勢壘的方法

無效

• 申請號: 200910077622.3
• 申請日: 2009-02-09
• 公開（公告）號: CN101800177A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 胡愛斌;徐秋霞
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/329
• 分類號: H01L21/329;H01L21/3105;H01L29/872
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及金屬和半導體硅形成肖特基接觸和歐姆接觸的半導體器件制備技術領域，尤其涉及一種通過硫原子鈍化硅表面原子懸掛鍵來調節金屬和硅形成的肖特基二極管勢壘的方法。

背景技術

肖特基勢壘是金屬和半導體接觸的重要參數。理想的情況下，金屬與半導體形成的肖特基勢壘高度由金屬的功函數和半導體的電子親和能決定。實際情況下，在金屬和半導體界面處半導體的表面態導致界面處費米能級的釘扎，進而導致肖特基勢壘受金屬功函數的影響變弱。

圖1(a)給出了真空中硅(100)面原子的結構示意圖。由于晶格在表面的不連續，表面原子發生重構以降低系統的結合能。每一個表面硅原子和相鄰的原子形成聚合鍵(Dimer?Bond)，同時存在一個懸掛鍵(DanglingBond)，該懸掛鍵會在硅的禁帶中產生表面態。當把硅(100)面放置在空氣中或水中時，表面會吸附一層雜質原子，硅原子的懸掛鍵會和雜質原子形成化學鍵。

Kaxiras從理論上【1】提出了價鍵修復的方法來鈍化表面原子的懸掛鍵。如圖1(b)所示，對于硅(100)面，硫(S)原子或者硒(Se)原子可以占據相鄰的硅原子之間的位置并與之形成化學鍵。理論的計算表明采用此方法可以使應變的聚合鍵弛豫并消除懸掛鍵，使表面原子的晶格排列接近體內原子的晶格排列。Kaxiras并沒有給出采用何種方法來鈍化硅原子的表面懸掛鍵。

M.Tao【2】采用分子束外延的方法通過在硅原子表面外延一層硒原子，獲得了理想的鎂和硅的歐姆接觸。該方法需要復雜的設備，而且不兼容目前廣泛采用的互補的金屬氧化物半導體(CMOS)工藝。

本發明提供了一種采用硫化銨基溶液鈍化硅(100)面懸掛鍵的方法，并借此調節金屬和硅的肖特基二極管的勢壘。該方法操作簡單，并且和標準CMOS工藝兼容。

【1】Kaxiras?E.，Semiconductor-surface?restoration?by?valence-mendingadsorbates：application?to?Si(100)：S?and?Si(100)：Se，Phys.Rev.B，1991，43(8)：6824

【2】Tao?M.，Udeshi?D.，Basit?N.et?al，Removal?of?dangling?bonds?andsurface?states?on?silicon(001)with?a?monolayer?of?selenium，Appl.Phys.Lett.，2003，82(10)：1559

發明內容

(一)要解決的技術問題

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種與CMOS工藝兼容的鈍化硅(100)面懸掛鍵并借此調節金屬和硅的肖特基勢壘的的方法，以解決肖特基勢壘高度主要受半導體硅的表面態影響的問題。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種調節金屬和硅形成的肖特基二極管勢壘的方法，該方法包括：

清洗硅片；

對清洗后的硅片進行氧化和刻蝕，形成有源區；

在有源區內形成超薄二氧化硅膜；

對形成超薄二氧化硅膜的硅片進行鈍化處理，使硅片表面的硅原子和硫原子形成化學鍵；

對鈍化后的硅片進行金屬電極材料淀積，形成金屬電極。

上述方案中，所述清洗硅片的步驟包括：在3#液中清洗10分鐘，然后在1#液中清洗5分鐘；所述3#液是體積比為4∶1至6∶1的H₂SO₄+H₂O₂溶液，所述1#液是體積比為0.5∶0.5∶5至1∶1.5∶5的NH₄OH+H₂O₂+H₂O溶液；然后去離子水沖洗，甩干。

上述方案中，所述對清洗后的硅片進行氧化和刻蝕形成有源區的步驟包括：采用氧化方法生長一層二氧化硅膜，厚度為300納米到500納米，然后曝光刻蝕，形成有源區。

上述方案中，所述在有源區內形成超薄二氧化硅膜的步驟包括：在氮氣的氣氛中800至1000℃溫度下快速熱退火60至120秒，利用腔體中微量的氧氣氧化硅的表面，生成厚度為0.5納米到1.5納米的氧化層。

上述方案中，所述對形成超薄二氧化硅膜的硅片進行鈍化處理，使硅片表面的硅原子和硫原子形成化學鍵的步驟包括：在硫化銨和氨水的混合溶液中，在50～70℃的條件下鈍化5分鐘到20分鐘，然后采用去離子水沖洗，使硅片表面的硅原子和硫原子形成化學鍵。