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        兩種歐姆接觸電阻率測量方法的研究①

        2012-09-27 14:26:10崔虹云吳云飛張海豐韓海生朱雪彤李金鑫
        關(guān)鍵詞:歐姆樣片傳輸線

        崔虹云, 吳云飛, 張海豐, 韓海生, 朱雪彤, 李金鑫

        (佳木斯大學(xué)理學(xué)院,黑龍江 佳木斯 154007)

        0 引言

        隨著半導(dǎo)體材料和器件的迅速發(fā)展,多晶硅納米薄膜憑借其優(yōu)良的特性被廣泛的應(yīng)用于集成電路領(lǐng)域.而人們對于歐姆接觸的設(shè)計(jì)、制造和測量的要求越來越高,歐姆接觸是金屬與半導(dǎo)體之間存在的一種非整流接觸[1],當(dāng)有電流流過時,歐姆接觸上的電壓降應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)小于樣品或器件本身的壓降,這種接觸不影響器件的電流—電壓特性,或者說,電流—電壓是由樣品的電阻或器件的特性決定的[2-4].文中將采用兩種方法對測試樣品進(jìn)行測試,并對其進(jìn)行比較分析.

        1 實(shí)驗(yàn)

        將清洗干凈后的厚度為400μm單晶硅片作為襯底,電阻率為2~4Ω·cm2,利用LPCVD在硅片正面淀積多晶硅納米薄膜,厚度為90nm,利用PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition),等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積)在硅片正面淀積一層二氧化硅層,厚度為100nm;然后通過離子注入對多晶硅納米膜進(jìn)行硼摻雜,多晶硅采用光刻,具體工藝步驟為:表面處理→預(yù)烘→涂膠→前烘→曝光→顯影→堅(jiān)膜→腐蝕→去膠,最后鍍厚度約1.9μm鋁層,圖1為實(shí)驗(yàn)版圖.

        2 測量結(jié)果與分析

        接觸電阻率ρc是反映金屬/半導(dǎo)體歐姆接觸性質(zhì)好壞的重要參數(shù).測量ρc的方法很多,按照材料的厚度可以將其分為體材料和薄膜材料上的接觸電阻率測量,這里就薄膜材料的線性傳輸線模型法(linear transmission line model,LTLM)和圓點(diǎn)傳輸線模型法(circular dot transmission line model,CDTLM)的測量結(jié)果進(jìn)行分析和研究.

        圖1 傳輸線測試版圖

        2.1 線性傳輸線模型法(LTLM)

        線性傳輸線模型最早由Schockley引入,接著Berger作了改進(jìn),為了與周圍環(huán)境絕緣,通電流前先將樣品進(jìn)行臺面腐蝕.表1給出了樣片所測的電阻值與間隔的數(shù)據(jù).從表中我們可以知道除個別點(diǎn)外電極間隔和測得電阻之間基本滿足線性關(guān)系,即隨著電極間隔的增大所測的電阻值也隨之增大,滿足測試電阻和間隔的線性擬合,也就是滿足線性傳輸線模型的測試曲線.

        表2給出了450℃退火后樣片的接觸電阻率和方塊電阻值,實(shí)驗(yàn)的退火真空度在10-3~10-4Pa,退火時間20min,從表2可得到平均比接觸電阻為2.41 ×10-3Ω·cm2,比退火前的比接觸電阻3.07 ×10-1Ω·cm2明顯的提高了兩個數(shù)量級,說明退火使歐姆接觸電阻的性能有了明顯的改善和提高.

        表1 所測的電阻值與間隔的數(shù)據(jù)

        表2 450℃退火后樣片的接觸電阻率和方塊電阻值

        圖2 測得電阻與ln(rn/r0)之間的曲線

        2.2 圓點(diǎn)傳輸線模型法

        圓點(diǎn)傳輸線模型由Marlow等人提出,他們用圓形電極代替長方形電極的圓點(diǎn)傳輸線模型,版圖如圖1所示.其中原點(diǎn)傳輸線模型的圓環(huán)半徑值如下:r0=400μm,r1=430μm,r2=470μm,r3=520μm,r4=580μm,r5=650μm,r6=720μm,r7=830μm,r8=930μm,r9=1020μm,r10=1100μm;

        圖2給出了樣片測得電阻和ln(rn/r0)的關(guān)系,滿足原點(diǎn)傳輸線模型法原理中所敘述的直線關(guān)系,同時圖3給出了電流對電壓的I—V特性曲線,從曲線的走勢來看,在未退火之前雖與圓點(diǎn)對稱但并不成線性狀態(tài),表現(xiàn)出整流接觸,退火前比接觸電阻的值為 1.36 ×10-1Ω·cm2.

        圖3 樣片的I—V特性曲線

        圖4 不同退火時間比接觸電阻的變化

        圖5 不同退火時間I—V特性曲線

        從圖4和圖5的I-V特性曲線也可看到,在退火條件為450℃,20min時,曲線表現(xiàn)為非整流特性,即歐姆接觸特性,不同退火時間里20min的比接觸電阻最低為2.72 ×10-3Ω·cm2.

        通過分析我們可以知道退火前所形成的是整流接觸,鋁與多晶硅之間存在肖特基勢壘,可能由于自然氧化層的存在對界面勢壘的影響,所以并不是理想的歐姆接觸,電流隨電壓的增大沒能構(gòu)成線性關(guān)系,而退火使歐姆接觸的性能有了明顯的改善.

        3 結(jié)論

        在制備工藝相同的條件下,通過對樣品進(jìn)行兩種傳輸線模型的測試,我們可以看到線性傳輸線模型法測得的比接觸電阻率更小一些,達(dá)到2.41×10-3Ω·cm2,精度更高,而且 LTLM 法很直觀,容易理解.另外,經(jīng)過450℃,20min退火后,樣品的比接觸電阻率都降到了10-3數(shù)量級,這說明退火可以形成穩(wěn)定勢壘高度和低漏電流,是形成歐姆接觸的好方法,同時退火條件對接觸的電學(xué)、熱學(xué)和化學(xué)特性有決定性影響.

        [1]孟慶忠.肖特基勢壘和歐姆接觸[J].煙臺師范學(xué)院學(xué)報(bào).2006,16(2):153 -156.

        [2]趙安邦,譚開洲,吳國增.歐姆接觸電阻率測量方法的研究[J].重慶郵電學(xué)院學(xué)報(bào).2006,6:238-241.

        [3]陳剛,柏松.4H-SiC歐姆接觸與測試方法研究[J].固體電子學(xué)研究與進(jìn)展.2008,28(1):38 -41.

        [4]崔虹云,張海豐,吳云飛.AL金屬多晶硅納米膜歐姆接觸的制作[J].佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào).2009,27(5):711-714.

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