[發明專利]一種與金屬形成歐姆接觸的硅納米薄膜及其制作方法

有效

• 申請號: 201810948501.0
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN109273356B
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發明（設計）人: 劉馳;魏玉寧;孫東明;成會明
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/3065
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及新型半導體納米薄膜的研發與應用領域，具體為一種與金屬形成歐姆接觸的硅納米薄膜及其制作方法。半導體納米薄膜是厚度為1微米以下的半導體單晶薄膜，可作為柔性集成器件、生物集成器件、異質集成高速器件、異質結器件等新型半導體器件的構成部分。利用反應離子刻蝕工藝實現與金屬形成歐姆接觸的硅納米薄膜的制備，該方法不改變半導體體內摻雜濃度，擴展薄膜的應用范圍，并節約工藝成本，所得的薄膜具有良好的電學性能和力學性能。本發明提出反應離子刻蝕工藝方法，在不使用離子注入與退火工藝的情況下，實現與金屬形成歐姆接觸的硅納米薄膜的規模化制備，率先制備傳統方法難以得到的新型半導體器件。

技術領域

本發明涉及新型半導體納米薄膜的研發與應用領域，具體為一種與金屬形成歐姆接觸的硅納米薄膜及其制作方法。

背景技術

半導體納米薄膜是厚度為1微米以下的半導體單晶薄膜，不同于傳統薄膜器件中在襯底上生長的薄膜，它們在制造過程中或在最終的器件結構里具有無襯底支撐的獨立存在的形式。半導體納米薄膜以其單晶半導體的電學性能、因為減薄的厚度而具備的柔性力學性能、以及其他不同于傳統體材料的光學、熱學等性能，迅速成為納米科學前沿的重要材料和結構，同時因為和主流半導體工藝兼容，具有很好的應用潛力。在過去的十幾年中，科學家和研究者們對半導體納米薄膜在柔性集成器件、生物集成器件、異質集成高速器件、異質結器件等方面的應用進行大量的深入研究，有效地推動半導體納米薄膜在電子器件領域的發展[參考文獻：Synthesis,assembly and applications of semiconductornanomembranes.Nature 477(2011)45–53]。然而，針對垂直結構器件，對半導體薄膜表面進行摻雜并使之與金屬形成歐姆接觸仍是一個難題，這是因為半導體薄膜厚度很薄，離子注入容易改變半導體薄膜體內的摻雜濃度并導致薄膜的非晶化，同時降低薄膜的機械強度。

反應離子刻蝕是一種標準半導體干法刻蝕工藝，由化學反應性氣體產生具有化學活性的基團和離子，被電場加速轟擊被刻蝕材料，被刻蝕材料表面受損，活性提高，與基團的反應加速，從而獲得較高的刻蝕速度，同時還具有良好的形貌控制能力和選擇比，廣泛應用于半導體器件與集成電路的圖形化工藝。基團和離子對被刻蝕半導體表面的物理轟擊可用來實現半導體與金屬的歐姆接觸。當半導體表面受損時，將產生大量缺陷，金屬與半導體所形成的結在受到反向偏置電壓作用時，這些缺陷將產生大量產生電流，從而破壞肖特基結的整流作用，實現歐姆接觸。

發明內容

本發明的目的是提供一種與金屬形成歐姆接觸的硅納米薄膜及其制作方法，在不使用離子注入與退火工藝、以及不改變半導體體內摻雜濃度的情況下，實現與金屬形成歐姆接觸的硅納米薄膜的規模化制備，并以硅納米薄膜熱電子晶體管為例，制備傳統方法難以得到新型半導體器件。

本發明的技術方案：

一種與金屬形成歐姆接觸的硅納米薄膜，硅納米薄膜是厚度為1微米以下的半導體單晶薄膜，硅納米薄膜與金屬形成的接觸是歐姆接觸。

所述的與金屬形成歐姆接觸的硅納米薄膜，硅納米薄膜的摻雜類型為不摻雜或具有任意濃度的N型摻雜或P型摻雜。

所述的與金屬形成歐姆接觸的硅納米薄膜，硅納米薄膜來源于絕緣體上硅襯底的頂層硅材料。

所述的與金屬形成歐姆接觸的硅納米薄膜的制作方法，包括如下步驟：

(1)使用絕緣體上硅襯底，通過光刻技術制作光刻膠掩模層；

(2)使用反應離子刻蝕技術，完全刻蝕未被光刻膠保護的頂層硅；

(3)使用反應離子刻蝕技術，刻蝕剩余的頂層硅表面；

(4)使用氫氟酸刻蝕絕緣體上硅襯底的頂層硅和底層硅襯底之間的二氧化硅，使頂層硅薄膜貼附于底層硅襯底上；