兩種歐姆接觸電阻率測(cè)量方法的研究①

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(duì)于歐姆接觸的設(shè)計(jì)、制造和測(cè)量的要求越來(lái)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(guò)時(shí)，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(shuō)，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(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)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(guò)離子注入對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析和研究.

圖1 傳輸線測(cè)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B(niǎo)erger作了改進(jìn)，為了與周?chē)h(huán)境絕緣，通電流前先將樣品進(jìn)行臺(tái)面腐蝕.表1給出了樣片所測(cè)的電阻值與間隔的數(shù)據(jù).從表中我們可以知道除個(gè)別點(diǎn)外電極間隔和測(cè)得電阻之間基本滿(mǎn)足線性關(guān)系，即隨著電極間隔的增大所測(cè)的電阻值也隨之增大，滿(mǎn)足測(cè)試電阻和間隔的線性擬合，也就是滿(mǎn)足線性傳輸線模型的測(cè)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(shí)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(gè)數(shù)量級(jí)，說(shuō)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(cè)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(cè)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(zhǎng)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(cè)得電阻和ln(rn/r0)的關(guān)系，滿(mǎn)足原點(diǎn)傳輸線模型法原理中所敘述的直線關(guān)系，同時(shí)圖3給出了電流對(duì)電壓的I—V特性曲線，從曲線的走勢(shì)來(lái)看，在未退火之前雖與圓點(diǎn)對(duì)稱(chēng)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(shí)間比接觸電阻的變化

圖5 不同退火時(shí)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(shí)，曲線表現(xiàn)為非整流特性，即歐姆接觸特性，不同退火時(shí)間里20min的比接觸電阻最低為2.72 ×10－3Ω·cm2.

通過(guò)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(shì)壘，可能由于自然氧化層的存在對(duì)界面勢(shì)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(méi)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(guò)對(duì)樣品進(jìn)行兩種傳輸線模型的測(cè)試，我們可以看到線性傳輸線模型法測(cè)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(guò)450℃，20min退火后，樣品的比接觸電阻率都降到了10－3數(shù)量級(jí)，這說(shuō)明退火可以形成穩(wěn)定勢(shì)壘高度和低漏電流，是形成歐姆接觸的好方法，同時(shí)退火條件對(duì)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(shì)壘和歐姆接觸[J].煙臺(tái)師范學(xué)院學(xué)報(bào).2006，16(2):153 －156.

[2]趙安邦，譚開(kāi)洲，吳國(guó)增.歐姆接觸電阻率測(cè)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(cè)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.