[發明專利]一種快速退火制備Al-Si+歐姆接觸的方法

在審

• 申請號: 201610166858.4
• 申請日: 2016-03-23
• 公開（公告）號: CN105609412A
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 楊宇;遲慶斌;舒啟江;王茺;王榮飛;楊杰
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/324;H01L21/203;C23C14/35;H01L29/45
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技術領域

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

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（I-Vcurve）的區域。如果電流—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。

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。

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－半導體之間接觸的影響來看，要形成歐姆接觸，對于n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n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n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n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Ti、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2.76μΩ·cm^-1。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。

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

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。

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n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1-3Ω.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。