國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心 陳樹(shù)華

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鋁硅歐姆接觸電阻率與預(yù)擴(kuò)散溫度的關(guān)系

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心 陳樹(shù)華

【摘要】本文給出了歐姆接觸的評(píng)價(jià)方法且實(shí)驗(yàn)得到了低歐姆接觸電阻率的樣品，隨著預(yù)擴(kuò)散溫度的從1100℃變化到1150℃，歐姆接觸電阻率從7.8×10-6Ω·cm2，5.5×10-6Ω·cm2，1.3×10-6Ω·cm2依次降低。

【關(guān)鍵詞】鋁；硅；歐姆接觸；電阻率

1　引言

半導(dǎo)體材料、器件及其應(yīng)用在近幾十年取得了快速發(fā)展，同時(shí)大量實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)表明明良好的歐姆接觸可以改善器件的性能和提高器件的壽命。理想的金屬-半導(dǎo)體接觸，可以通過(guò)選擇合適的金屬來(lái)形成載流子積累層，進(jìn)而形成無(wú)整流作用的歐姆接觸。目前，在實(shí)際的應(yīng)用中，主要是利用隧道效應(yīng)的原理形成歐姆接觸。當(dāng)半導(dǎo)體重?fù)诫s時(shí)，勢(shì)壘區(qū)可以變得很薄，電子通過(guò)隧道效應(yīng)可以產(chǎn)生相當(dāng)大的的電流，甚至超過(guò)熱電子發(fā)射電流而成為主要的電流產(chǎn)生機(jī)制，此時(shí)，接觸電阻可以很小，可以用來(lái)形成歐姆接觸。歐姆接觸的好壞直接關(guān)系到器件的電流電壓特性及器件是否能正常工作，因此有必要對(duì)其進(jìn)行測(cè)量與分析。

2　歐姆接觸電阻率的測(cè)量原理

歐姆接觸電阻率的定義為：

其中，ρc是接觸電阻率，Rc是總接觸電阻，S是接觸面積，V是外加偏壓，J是穿過(guò)接觸區(qū)的電流密度。

薄膜材料的接觸電阻率通常是利用傳輸線模型或圓形傳輸線模型來(lái)進(jìn)行測(cè)量[1,2,3]。本實(shí)驗(yàn)將采用傳輸線模型來(lái)進(jìn)行測(cè)試，歐姆接觸電阻的測(cè)量是在半導(dǎo)體薄膜材料上制備線型排列的歐姆接觸圖形來(lái)進(jìn)行測(cè)試。如圖1所示，樣品上制備三個(gè)長(zhǎng)為W，寬為b的金屬電極，它們之間的距離為L(zhǎng)12和L23，相應(yīng)電阻為R12，R23。于是有：

圖1　測(cè)量歐姆接觸的原理圖

通過(guò)式(2)和(3)計(jì)算得到：

其中，Rs為擴(kuò)散層的薄層電阻。

圖2　線性傳輸線等效電路

通過(guò)對(duì)圖1建立等效電路模型，得到線性傳輸線等效電路，如圖2所示。

因此有：

代入邊界條件：當(dāng)x=0，i=0；x=b，i=i0，得到：

通過(guò)式 (4)和 (5)計(jì)算得到Rc和Rs代入式 (8)就可以計(jì)算得到接觸電阻率ρc。

3　實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)是從電阻率為3-8Ω·cm的N型（100）單面拋光Si片上分割下來(lái)3個(gè)3cm×3cm的樣品，3個(gè)樣品用丙酮，乙醇各煮沸清洗2次，去離子水清洗20遍，然后分別用RCAⅠ號(hào)和II號(hào)清洗液清洗。清洗烘干后，通過(guò)固態(tài)源兩步擴(kuò)散法對(duì)各樣品拋光面進(jìn)行擴(kuò)磷，以形成歐姆接觸，其中兩步擴(kuò)散法第一步是在通有1sccm氧氣、1sccm氮?dú)?、溫度分別為為1100℃，1140℃，1150℃擴(kuò)散爐中進(jìn)行30分鐘預(yù)擴(kuò)散，三個(gè)樣品分別編號(hào)為樣品1，2，3。然后把磷源取出，把氮?dú)鈹嚅_(kāi)穩(wěn)定30min后，進(jìn)行第二步主擴(kuò)散，溫度為1050℃，擴(kuò)散時(shí)間為10min。利用四探針測(cè)試儀測(cè)得3個(gè)樣品平均方塊電阻分別為3.6Ω/□，2.1Ω/□，1.8Ω/□，載流子濃度分別約為2.5×1020cm-3，4.3×1020cm-3，5.0×1020cm-3。用BOE腐蝕液腐蝕SiO2后在樣品拋光面均濺射上厚度為500nm的鋁，然后在拋光面光刻出45μm×900μm的長(zhǎng)方形電極，電極間的距離為：L12=80μm，L23=105μm。在430℃的N2環(huán)境中合金30分鐘以形成良好的歐姆接觸。最后，通過(guò)探針臺(tái)在室溫下用測(cè)試樣品的電流電壓曲線。

圖3是用線性傳輸線方法測(cè)量的電流電壓曲線，其中L12=80μm，L23=105μm，w=90μm，圖中的L12表示探針扎在金屬電極1和2之間測(cè)量的，同理， L23是扎在屬電極2和3之間。同樣的，三個(gè)樣品都呈現(xiàn)出非常好的線性關(guān)系，體現(xiàn)了這種接觸從小電流到大電流均呈現(xiàn)很好的歐姆接觸特性。通過(guò)式 (4)和 (5)計(jì)算得到Rc和Rs代入式 (8)得到三個(gè)樣品的歐姆接觸電阻率分別為7.8×10-6Ω·cm2，5.5×10-6Ω·cm2，1.3×10-6Ω·cm2。

圖3　通過(guò)傳輸線方法測(cè)量得到三個(gè)樣品的電流電壓曲線

4　結(jié)論

通過(guò)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，實(shí)驗(yàn)得到了低歐姆接觸電阻率的樣品并計(jì)算了歐姆接觸電阻率，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三個(gè)樣品隨著預(yù)擴(kuò)散溫度的從1100℃變化到1150℃，歐姆接觸電阻率從7.8×10-6Ω·cm2，5.5 ×10-6Ω·cm2，1.3×10-6Ω·cm2依次降低。

參考文獻(xiàn)

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