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钴镍与多晶锗硅的固相反应和肖特基接触特性

发布时间:2008/6/5 0:00:00 访问次数:369

王光伟，茹国平，屈新萍，李炳宗

(复旦大学微电子学系，上海 200433)


摘要：采用离子束溅射淀积非晶锗硅薄膜，通过热扩散进行磷掺杂，制备弱n型的多晶锗硅薄膜。用x射线衍射表征了在快速热退火条件下，钴和镍与多晶锗硅的固相反应。利用室温i-v法研究了钴镍与多晶锗硅的接触特性，发现能形成比较理想的肖特基接触。拟合i-v曲线得到接触参数，两样品的表观势垒高度都在0.56～0.59ev之间。实验结果表明，300-600℃退火对肖特基势垒高度没有显著影响。

关键词：离子束溅射；多晶锗硅；热扩散；固相反应；肖特基接触特性

中图分类号：tn386 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2004)11-0036-05

1 引言

近年来，多晶锗硅(poly-si1-x gex)及其器件的研究引起了较多关注。在集成电路某些应用中，它有可能是比多晶硅更好的选择[1-7]。高掺杂poly-si1-xge x具有可变的功函数，用作亚微米mos晶体管的栅 极，能同时实现pmos和nmos表面沟道器件[8]。 poly-si1-xgex的淀积、结晶和杂质激活温度均比poly-si低[9]，适合于在低成本的大面积玻璃衬底上 制作薄膜晶体管(tft)。通常，poly-si1-xgex采用化学气相淀积法制备。如低压化学气相淀积[10]、等离子体增强化学气相淀积[11] 等。利用物理淀积方法，如溅射[12-16]和蒸发[17]，淀积非晶锗硅，再结晶得到poly-si1-xgex，是一种简便、经济和环保的方法[18]。

在器件应用中，金属与锗硅及其反应产物与锗硅形成良好的肖特基或者欧姆接触是十分重要的。为了弄清物相生成和金属/锗硅反应特性，人们已经进行了一些研究[19]。由于金属/锗硅反应的复杂 性，制备陡峭、均匀的硅化物/锗硅界面比硅化物/硅界面要困难[20]。至今，金属pt、pd、ni、ti、w、zr、ir、co同单晶si1-xgex的固相反应和接 触特性，已有了较多的研究结果[21-28,31]。而对金属/ 多晶锗硅的界面反应和接触特性的研究尚少。研究表明，pt和ti可在多晶锗硅(poly-si 0.8ge0.2)上形成良好的整流接触[29]。本文研究离子束溅射制备的poly-si1-xgex薄膜，在快速热退火(rta)条件下，与钴和镍的固相反应，以及退火温度对肖特基接触特性的影响。

2 实验

实验用的衬底是n-si(100)和氧化层厚度为500nm的氧化片，n-si的电阻率为2-5w·cm。标准rca清洗后，样片立即装入本底真空度为7.0× 10-5pa的oxford离子束溅射仪中。溅射时，通入 99.999%高纯ar气作为离子源气体。靶采用高阻si片，表面用导电胶粘帖少量ge片。在5.0×10-3pa的气压下淀积si1-xge x，淀积速率为2nm/min，膜厚为300nm。溅射后的si 1-xgex薄膜，用稀的hf漂 洗片刻以除去自然氧化层；放入热扩散炉进行磷掺杂，扩散源为液态pocl3，扩散温度为650℃，扩散时间为40min。扩散后片子用稀的hf漂洗，去 离子水冲洗。以带孔的钼版作掩模版，在n-poly-si1-xgex/n-si样品表面分别溅射co和ni，形成直径 约为1mm的圆点状的肖特基正面电极，厚度约为60nm。n-poly-si 1-xgex/sio2 样品表面，不用掩模板，分别淀积co、ni。所有样品背面用电子束蒸 发约800nm厚的al作为背电极。淀积完成后，部分样品置于kst-2型卤钨灯rta系统中, 在高纯氮气保护下, 分别在300、400、500和600℃进行rta处理，退火时间为1min。用四探针法测得掺磷后样 品n-poly-si1-xgex /sio2的方块电阻为6.3-9.7mw/□。由霍尔测试得到n-poly-si 1-xgex/sio2 的迁移率为18-25cm2/v·s，载流子浓度为6-6.5×10 15cm-3。由俄歇电子谱(aes)确定n-poly-si1-xgex薄膜的锗含量为16%。用x射线衍射（xrd）表征了co/n-poly- si1-x<

王光伟，茹国平，屈新萍，李炳宗

(复旦大学微电子学系，上海 200433)


摘要：采用离子束溅射淀积非晶锗硅薄膜，通过热扩散进行磷掺杂，制备弱n型的多晶锗硅薄膜。用x射线衍射表征了在快速热退火条件下，钴和镍与多晶锗硅的固相反应。利用室温i-v法研究了钴镍与多晶锗硅的接触特性，发现能形成比较理想的肖特基接触。拟合i-v曲线得到接触参数，两样品的表观势垒高度都在0.56～0.59ev之间。实验结果表明，300-600℃退火对肖特基势垒高度没有显著影响。

关键词：离子束溅射；多晶锗硅；热扩散；固相反应；肖特基接触特性

中图分类号：tn386 文献标识码：a 文章编号：1003-353x(2004)11-0036-05

1 引言

近年来，多晶锗硅(poly-si1-x gex)及其器件的研究引起了较多关注。在集成电路某些应用中，它有可能是比多晶硅更好的选择[1-7]。高掺杂poly-si1-xge x具有可变的功函数，用作亚微米mos晶体管的栅 极，能同时实现pmos和nmos表面沟道器件[8]。 poly-si1-xgex的淀积、结晶和杂质激活温度均比poly-si低[9]，适合于在低成本的大面积玻璃衬底上 制作薄膜晶体管(tft)。通常，poly-si1-xgex采用化学气相淀积法制备。如低压化学气相淀积[10]、等离子体增强化学气相淀积[11] 等。利用物理淀积方法，如溅射[12-16]和蒸发[17]，淀积非晶锗硅，再结晶得到poly-si1-xgex，是一种简便、经济和环保的方法[18]。

在器件应用中，金属与锗硅及其反应产物与锗硅形成良好的肖特基或者欧姆接触是十分重要的。为了弄清物相生成和金属/锗硅反应特性，人们已经进行了一些研究[19]。由于金属/锗硅反应的复杂 性，制备陡峭、均匀的硅化物/锗硅界面比硅化物/硅界面要困难[20]。至今，金属pt、pd、ni、ti、w、zr、ir、co同单晶si1-xgex的固相反应和接 触特性，已有了较多的研究结果[21-28,31]。而对金属/ 多晶锗硅的界面反应和接触特性的研究尚少。研究表明，pt和ti可在多晶锗硅(poly-si 0.8ge0.2)上形成良好的整流接触[29]。本文研究离子束溅射制备的poly-si1-xgex薄膜，在快速热退火(rta)条件下，与钴和镍的固相反应，以及退火温度对肖特基接触特性的影响。

2 实验

实验用的衬底是n-si(100)和氧化层厚度为500nm的氧化片，n-si的电阻率为2-5w·cm。标准rca清洗后，样片立即装入本底真空度为7.0× 10-5pa的oxford离子束溅射仪中。溅射时，通入 99.999%高纯ar气作为离子源气体。靶采用高阻si片，表面用导电胶粘帖少量ge片。在5.0×10-3pa的气压下淀积si1-xge x，淀积速率为2nm/min，膜厚为300nm。溅射后的si 1-xgex薄膜，用稀的hf漂 洗片刻以除去自然氧化层；放入热扩散炉进行磷掺杂，扩散源为液态pocl3，扩散温度为650℃，扩散时间为40min。扩散后片子用稀的hf漂洗，去 离子水冲洗。以带孔的钼版作掩模版，在n-poly-si1-xgex/n-si样品表面分别溅射co和ni，形成直径 约为1mm的圆点状的肖特基正面电极，厚度约为60nm。n-poly-si 1-xgex/sio2 样品表面，不用掩模板，分别淀积co、ni。所有样品背面用电子束蒸 发约800nm厚的al作为背电极。淀积完成后，部分样品置于kst-2型卤钨灯rta系统中, 在高纯氮气保护下, 分别在300、400、500和600℃进行rta处理，退火时间为1min。用四探针法测得掺磷后样 品n-poly-si1-xgex /sio2的方块电阻为6.3-9.7mw/□。由霍尔测试得到n-poly-si 1-xgex/sio2 的迁移率为18-25cm2/v·s，载流子浓度为6-6.5×10 15cm-3。由俄歇电子谱(aes)确定n-poly-si1-xgex薄膜的锗含量为16%。用x射线衍射（xrd）表征了co/n-poly- si1-x<

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