铝硅欧姆接触电阻率与预扩散温度的关系

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 陈树华



铝硅欧姆接触电阻率与预扩散温度的关系

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心 陈树华

【摘要】本文给出了欧姆接触的评价方法且实验得到了低欧姆接触电阻率的样品，随着预扩散温度的从1100℃变化到1150℃，欧姆接触电阻率从7.8×10-6Ω·cm2，5.5×10-6Ω·cm2，1.3×10-6Ω·cm2依次降低。

【关键词】铝；硅；欧姆接触；电阻率

1　引言

半导体材料、器件及其应用在近几十年取得了快速发展，同时大量实验和数据表明明良好的欧姆接触可以改善器件的性能和提高器件的寿命。理想的金属-半导体接触，可以通过选择合适的金属来形成载流子积累层，进而形成无整流作用的欧姆接触。目前，在实际的应用中，主要是利用隧道效应的原理形成欧姆接触。当半导体重掺杂时，势垒区可以变得很薄，电子通过隧道效应可以产生相当大的的电流，甚至超过热电子发射电流而成为主要的电流产生机制，此时，接触电阻可以很小，可以用来形成欧姆接触。欧姆接触的好坏直接关系到器件的电流电压特性及器件是否能正常工作，因此有必要对其进行测量与分析。

2　欧姆接触电阻率的测量原理

欧姆接触电阻率的定义为：

其中，ρc是接触电阻率，Rc是总接触电阻，S是接触面积，V是外加偏压，J是穿过接触区的电流密度。

薄膜材料的接触电阻率通常是利用传输线模型或圆形传输线模型来进行测量[1,2,3]。本实验将采用传输线模型来进行测试，欧姆接触电阻的测量是在半导体薄膜材料上制备线型排列的欧姆接触图形来进行测试。如图1所示，样品上制备三个长为W，宽为b的金属电极，它们之间的距离为L12和L23，相应电阻为R12，R23。于是有：

图1　测量欧姆接触的原理图

通过式(2)和(3)计算得到：

其中，Rs为扩散层的薄层电阻。

图2　线性传输线等效电路

通过对图1建立等效电路模型，得到线性传输线等效电路，如图2所示。

因此有：

代入边界条件：当x=0，i=0；x=b，i=i0，得到：

通过式 (4)和 (5)计算得到Rc和Rs代入式 (8)就可以计算得到接触电阻率ρc。

3　实验过程及结果

本次实验是从电阻率为3-8Ω·cm的N型（100）单面抛光Si片上分割下来3个3cm×3cm的样品，3个样品用丙酮，乙醇各煮沸清洗2次，去离子水清洗20遍，然后分别用RCAⅠ号和II号清洗液清洗。清洗烘干后，通过固态源两步扩散法对各样品抛光面进行扩磷，以形成欧姆接触，其中两步扩散法第一步是在通有1sccm氧气、1sccm氮气、温度分别为为1100℃，1140℃，1150℃扩散炉中进行30分钟预扩散，三个样品分别编号为样品1，2，3。然后把磷源取出，把氮气断开稳定30min后，进行第二步主扩散，温度为1050℃，扩散时间为10min。利用四探针测试仪测得3个样品平均方块电阻分别为3.6Ω/□，2.1Ω/□，1.8Ω/□，载流子浓度分别约为2.5×1020cm-3，4.3×1020cm-3，5.0×1020cm-3。用BOE腐蚀液腐蚀SiO2后在样品抛光面均溅射上厚度为500nm的铝，然后在抛光面光刻出45µm×900µm的长方形电极，电极间的距离为：L12=80µm，L23=105µm。在430℃的N2环境中合金30分钟以形成良好的欧姆接触。最后，通过探针台在室温下用测试样品的电流电压曲线。

图3是用线性传输线方法测量的电流电压曲线，其中L12=80µm，L23=105µm，w=90µm，图中的L12表示探针扎在金属电极1和2之间测量的，同理， L23是扎在属电极2和3之间。同样的，三个样品都呈现出非常好的线性关系，体现了这种接触从小电流到大电流均呈现很好的欧姆接触特性。通过式 (4)和 (5)计算得到Rc和Rs代入式 (8)得到三个样品的欧姆接触电阻率分别为7.8×10-6Ω·cm2，5.5×10-6Ω·cm2，1.3×10-6Ω·cm2。

图3　通过传输线方法测量得到三个样品的电流电压曲线

4　结论

通过理论计算和实验相结合的方法，实验得到了低欧姆接触电阻率的样品并计算了欧姆接触电阻率，同时，实验结果表明，三个样品随着预扩散温度的从1100℃变化到1150℃，欧姆接触电阻率从7.8×10-6Ω·cm2，5.5 ×10-6Ω·cm2，1.3×10-6Ω·cm2依次降低。

参考文献

[1]赵安邦,谭开洲,吴国增.欧姆接触电阻率测量方法的比较研究[J].重庆邮电学院学报(自然科学版),2006:238-241.

[2]甄聪棉,李秀玲,潘成福等.欧姆接触中接触电阻率的计算[J].大学物理,2005,24(6):10-13.

[3]李鸿渐,石瑛.测量计算金属-半导体接触电阻率的方法[J].封装、测试与设备,2008:155-159.