鋁硅歐姆接觸電阻率與預擴散溫度的關系

國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心 陳樹華

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鋁硅歐姆接觸電阻率與預擴散溫度的關系

國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心 陳樹華

【摘要】本文給出了歐姆接觸的評價方法且實驗得到了低歐姆接觸電阻率的樣品，隨著預擴散溫度的從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。

【關鍵詞】鋁；硅；歐姆接觸；電阻率

1　引言

半導體材料、器件及其應用在近幾十年取得了快速發展，同時大量實驗和數據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-半導體接觸，可以通過選擇合適的金屬來形成載流子積累層，進而形成無整流作用的歐姆接觸。目前，在實際的應用中，主要是利用隧道效應的原理形成歐姆接觸。當半導體重摻雜時，勢壘區可以變得很薄，電子通過隧道效應可以產生相當大的的電流，甚至超過熱電子發射電流而成為主要的電流產生機制，此時，接觸電阻可以很小，可以用來形成歐姆接觸。歐姆接觸的好壞直接關系到器件的電流電壓特性及器件是否能正常工作，因此有必要對其進行測量與分析。

2　歐姆接觸電阻率的測量原理

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是穿過接觸區的電流密度。

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進行測量[1,2,3]。本實驗將采用傳輸線模型來進行測試，歐姆接觸電阻的測量是在半導體薄膜材料上制備線型排列的歐姆接觸圖形來進行測試。如圖1所示，樣品上制備三個長為W，寬為b的金屬電極，它們之間的距離為L12和L23，相應電阻為R12，R23。于是有：

圖1　測量歐姆接觸的原理圖

通過式(2)和(3)計算得到：

其中，Rs為擴散層的薄層電阻。

圖2　線性傳輸線等效電路

通過對圖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x=0，i=0；x=b，i=i0，得到：

通過式 (4)和 (5)計算得到Rc和Rs代入式 (8)就可以計算得到接觸電阻率ρc。

3　實驗過程及結果

本次實驗是從電阻率為3-8Ω·cm的N型（100）單面拋光Si片上分割下來3個3cm×3cm的樣品，3個樣品用丙酮，乙醇各煮沸清洗2次，去離子水清洗20遍，然后分別用RCAⅠ號和II號清洗液清洗。清洗烘干后，通過固態源兩步擴散法對各樣品拋光面進行擴磷，以形成歐姆接觸，其中兩步擴散法第一步是在通有1sccm氧氣、1sccm氮氣、溫度分別為為1100℃，1140℃，1150℃擴散爐中進行30分鐘預擴散，三個樣品分別編號為樣品1，2，3。然后把磷源取出，把氮氣斷開穩定30min后，進行第二步主擴散，溫度為1050℃，擴散時間為10min。利用四探針測試儀測得3個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的長方形電極，電極間的距離為：L12=80μm，L23=105μm。在430℃的N2環境中合金30分鐘以形成良好的歐姆接觸。最后，通過探針臺在室溫下用測試樣品的電流電壓曲線。

圖3是用線性傳輸線方法測量的電流電壓曲線，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之間測量的，同理， L23是扎在屬電極2和3之間。同樣的，三個樣品都呈現出非常好的線性關系，體現了這種接觸從小電流到大電流均呈現很好的歐姆接觸特性。通過式 (4)和 (5)計算得到Rc和Rs代入式 (8)得到三個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　通過傳輸線方法測量得到三個樣品的電流電壓曲線

4　結論

通過理論計算和實驗相結合的方法，實驗得到了低歐姆接觸電阻率的樣品并計算了歐姆接觸電阻率，同時，實驗結果表明，三個樣品隨著預擴散溫度的從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

[1]趙安邦,譚開洲,吳國增.歐姆接觸電阻率測量方法的比較研究[J].重慶郵電學院學報(自然科學版),2006:238-241.

[2]甄聰棉,李秀玲,潘成福等.歐姆接觸中接觸電阻率的計算[J].大學物理,2005,24(6):10-13.

[3]李鴻漸,石瑛.測量計算金屬-半導體接觸電阻率的方法[J].封裝、測試與設備,2008:155-159.