一种调节金属和硅形成的肖特基二极管势垒的方法技术

本发明专利技术公开了一种调节金属和硅形成的肖特基二极管势垒的方法，该方法包括：清洗硅片；对清洗后的硅片进行氧化和刻蚀，形成有源区；在有源区内形成超薄二氧化硅膜；对形成超薄二氧化硅膜的硅片进行钝化处理，使硅片表面的硅原子和硫原子形成化学键；对钝化后的硅片进行金属电极材料淀积，形成金属电极。利用本发明专利技术，解决了金属和硅形成的肖特基二极管势垒主要受半导体硅表面态影响的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属和半导体硅形成肖特基接触和欧姆接触的半导体器件制备
，尤其涉及一种通过硫原子钝化硅表面原子悬挂键来调节金属和硅形成的肖特基二极 管势垒的方法。
技术介绍
肖特基势垒是金属和半导体接触的重要参数。理想的情况下，金属与半导体形成的肖特基势垒高度由金属的功函数和半导体的电子亲和能决定。实际情况下，在金属和半 导体界面处半导体的表面态导致界面处费米能级的钉扎，进而导致肖特基势垒受金属功函 数的影响变弱。图1(a)给出了真空中硅(100)面原子的结构示意图。由于晶格在表面的不连续，表面原子发生重构以降低系统的结合能。每一个表面硅原子和相邻的原子形成聚合键 (Dimer Bond)，同时存在一个悬挂键(DanglingBond)，该悬挂键会在硅的禁带中产生表面 态。当把硅(100)面放置在空气中或水中时，表面会吸附一层杂质原子，硅原子的悬挂键会 和杂质原子形成化学键。Kaxiras从理论上1提出了价键修复的方法来钝化表面原子的悬挂键。如图 1(b)所示，对于硅(100)面，硫(S)原子或者硒(Se)原子可以占据相邻的硅原子之间的位 置并与之形成化学键。理论的计算表明采用此方法可以使应变的聚合键弛豫并消除悬挂 键，使表面原子的晶格排列接近体内原子的晶格排列。Kaxiras并没有给出采用何种方法来 钝化硅原子的表面悬挂键。M. Tao2采用分子束外延的方法通过在硅原子表面外延一层硒原子，获得了理想 的镁和硅的欧姆接触。该方法需要复杂的设备，而且不兼容目前广泛采用的互补的金属氧 化物半导体(CMOS)工艺。本专利技术提供了一种采用硫化铵基溶液钝化硅(100)面悬挂键的方法，并借此调节 金属和硅的肖特基二极管的势垒。该方法操作简单，并且和标准CMOS工艺兼容。lKaxiras E. , Semiconductor-surface restoration by valence-mendingadsorbates !application to Si (100) :S and Si (100) :Se,Phys. Rev. B, 1991，43(8) 6822Tao Μ. ,Udeshi D.,Basit N. et al,Removal of dangling bonds andsurface states on silicon(001)with a monolayer of selenium, Appl. Phys. Lett.,2003, 82(10) 1559
技术实现思路
(一)要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种与CMOS工艺兼容的钝化硅(100)面悬 挂键并借此调节金属和硅的肖特基势垒的的方法，以解决肖特基势垒高度主要受半导体硅的表面态影响的问题。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种调节金属和硅形成的肖特基二极管势垒的方 法，该方法包括清洗硅片；对清洗后的硅片进行氧化和刻蚀，形成有源区；在有源区内形成超薄二氧化硅膜；对形成超薄二氧化硅膜的硅片进行钝化处理，使硅片表面的硅原子和硫原子形成 化学键；对钝化后的硅片进行金属电极材料淀积，形成金属电极。上述方案中，所述清洗硅片的步骤包括在3#液中清洗10分钟，然后在1#液中清 洗5分钟；所述3#液是体积比为4 1至6 1 &H2S04+H202溶液，所述1#液是体积比为 0. 5 0. 5 5至1 1.5 5的ΝΗ40Η+Η202+Η20溶液；然后去离子水冲洗，甩干。上述方案中，所述对清洗后的硅片进行氧化和刻蚀形成有源区的步骤包括采用 氧化方法生长一层二氧化硅膜，厚度为300纳米到500纳米，然后曝光刻蚀，形成有源区。上述方案中，所述在有源区内形成超薄二氧化硅膜的步骤包括在氮气的气氛中 800至1000°C温度下快速热退火60至120秒，利用腔体中微量的氧气氧化硅的表面，生成 厚度为0. 5纳米到1. 5纳米的氧化层。上述方案中，所述对形成超薄二氧化硅膜的硅片进行钝化处理，使硅片表面的硅 原子和硫原子形成化学键的步骤包括在硫化铵和氨水的混合溶液中，在50 70°C的条件 下钝化5分钟到20分钟，然后采用去离子水冲洗，使硅片表面的硅原子和硫原子形成化学 键。上述方案中，所述硫化铵和氨水的混合溶液中，在典型的条件下，硫化铵的浓度为 0. 5% 5% ；氨水的浓度为 10% ；乙醇的浓度为0% 25%。上述方案中，所述对钝化后的硅片进行金属电极材料淀积的步骤中，金属电极材 料采用铝、钛、钽、钨、镍或钼，淀积方法采用蒸发或溅射，金属电极材料的厚度为50纳米到 500纳米。上述方案中，所述形成金属电极的步骤中，采用金属剥离、湿法腐蚀或干法刻蚀方 法。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、本专利技术提供的这种调节金属和硅形成的肖特基二极管势垒的方法，是一种新颖 的势垒调节方法，而且易于集成，实现了与CMOS工艺的良好兼容。2、本专利技术提供的这种调节金属和硅形成的肖特基二极管势垒的方法，具有较大的 势垒调节能力，而且调节后的势垒数值接近由金属功函数和硅的电子亲和能计算处的理论 数值。3、本专利技术提供的这种调节金属和硅形成的肖特基二极管势垒的方法，能够方便的 调节金属和硅形成的肖特基二极管势垒高度，方法简单，而且降低了制备的难度和成本，具 有很高的应用性。附图说明图1(a)是真空中硅(100)表面原子的结构示意图；图1(b)是硅(100)表面原子 被硫原子或者硒原子钝化后的结构示意图；图2是本专利技术提供的调节金属和硅形成的肖特基二级管势垒的方法流程图；图3是硅表面采用硫化铵处理后的Si2p和S2p的X射线光电子能谱图；图4是制备的未采用硫化铵处理(a)和采用硫化铵处理(b)的金属铝和η型硅 (Al/n-Si)的肖特基二极管的电流-电压曲线；图5是制备的未采用硫化铵处理(a)和采用硫化铵处理(b)的金属铝和ρ型硅 (Al/p-Si)的肖特基二极管的电流-电压曲线。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术利用钝化硅表面原子悬挂键来调节金属和硅形成肖特基二极管的势垒。如 图2所示，图2是本专利技术提供的调节金属和硅形成的肖特基二级管势垒的方法流程图，该方 法包括步骤201:清洗硅片；步骤202 对清洗后的硅片进行氧化和刻蚀，形成有源区；步骤203 在有源区内形成超薄二氧化硅膜；步骤204 对形成超薄二氧化硅膜的硅片进行钝化处理，使硅片表面的硅原子和 硫原子形成化学键；步骤205 对钝化后的硅片进行金属电极材料淀积，形成金属电极。以下结合具体实施例来详细说明本专利技术提供的调节金属和硅形成的肖特基二级 管势垒的方法，本实施例的具体工艺步骤如下(1)硅片清洗3#液清洗10分钟，1#液清洗5分钟，去离子水冲洗，甩干。所述3# 液是体积比为5 1 &H2S04+H202溶液，所述1#液是体积比为0. 7 1 5的ΝΗ40Η+Η202+Η20 溶液。(2)对清洗后的硅片进行氧化和刻蚀采用常规的氧化方法生长300纳米二氧化 硅层，然后曝光刻蚀，形成有源区。(3)在有源区内形成超薄二氧化硅膜在氮气的气氛中900°C温度下快速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调节金属和硅形成的肖特基二极管势垒的方法，其特征在于，该方法包括：清洗硅片；对清洗后的硅片进行氧化和刻蚀，形成有源区；在有源区内形成超薄二氧化硅膜；对形成超薄二氧化硅膜的硅片进行钝化处理，使硅片表面的硅原子和硫原子形成化学键；对钝化后的硅片进行金属电极材料淀积，形成金属电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡爱斌，徐秋霞，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]