CN115498027A - 一种集成电路欧姆接触区的生产***及生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集成电路欧姆接触区的生产***及生产方法，其中生产***包括：包括：依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种集成电路欧姆接触区的生产***及生产方法。
背景技术
半导体材料硅，单晶硅是目前加工工艺最为成熟、加工费用最为便宜的选择而被广泛运用。常规的单晶硅晶圆的厚度在600μm左右，由该晶圆所制作的特殊器件的PN结的厚度通常在500μm这个量级；而实际上3H辐射的β粒子在硅中的最大穿透深度为2μm，63Ni辐射的β粒子在硅中的最大穿透深度为15μm；最大穿透深度与器件厚度的不匹配导致器件功率密度的下降，同时常规的正面过量掺杂导致的少数载流子寿命显著降低，表面区附近的高复合率层对少数载流子收集几率几乎为零，采用该面作为源的入射面设计，不利于入射β粒子产生的电子空穴对的收集。
发明内容
本发明提供一种集成电路欧姆接触区的生产***及生产方法，以解决现有技术中存在的上述问题。
本发明提供一种集成电路欧姆接触区的生产***，依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；
所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；
接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。
优选的，所述接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层对应的金属分别为：Ti、Al、可选择金属和氮化钛TiN；所述可选择金属包括：Ti、Ni、Mo、Pt、Ir、Nb；
扩散层Al最先融化，在接触退火过程中，向下扩散，促进接触层Ti与势垒层GaN反应提取GaN中的N空位，形成重掺杂的n型半导体。
优选的，向下扩散的熔融状态Al与Ti形成TiAl合金，所述TiAl合金具有极低的功函数，降低接触势垒，电流以热场发射导通。
优选的，所述氮化钛TiN的制备采用高纯TiN陶瓷靶材直接溅射得到，或者利用高纯Ti与氮气经过反应溅射沉积获得。
优选的，设置Ti、Al的金属厚度比为5：120；
Ti、Al、Ti、TiN的金属厚度分别为：20nm、150nm、30nm和50nm。
本发明提供一种集成电路欧姆接触区的生产方法，该方法包括：
S100，依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；
S200，所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；
S300，所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；
S400，接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。
优选的，所述S200包括：
S201，Si离子注入；
S202，去胶，表面保护层沉积，Si离子高温激活；
S203，接触区开窗；
S204，接触金属沉积，金属图形化，接触退火；
S205，欧姆接触退火后采用N离子注入的方式进行隔离。
优选的，所述S202包括：
S2021，对表面保护层再430摄氏度条件下使用等离子体增强原子层淀积PEALD沉积3nm的AlN薄膜作为界面保护层；
S2022，在780摄氏度条件下使用低压化学气相淀积LPCVD沉积100nm的SiN保护层；
S2023，对表面保护层采用快速退火的方式进行3min快速退火；
S2024，对注入的Si离子进行激活。
优选的，所述S203包括：
S2031，对表面保护层使用F基气体反应离子刻蚀进行SiN薄膜的去除；
S2032，进行AlN和势垒层的去除。
优选的，所述S204包括：
S2041，接触金属的沉积采用Ti、Al、Ti、TiN的叠层结构，厚度分别为20nm、150nm、30nm和50nm；
S2042，采用剥离的方式进行非接触去金属去除；
S2043，采用N2/550°/3min的低温退火条件进行合金化。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供一种集成电路欧姆接触区的生产***及生产方法，其中生产***包括：包括：依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。采用本方案可以最大程度降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种集成电路欧姆接触区的生产***的示意图；
图2为本发明实施例中一种集成电路欧姆接触区的生产方法的流程图；
图3为本发明实施例中一种集成电路欧姆接触区的生产方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供了一种集成电路欧姆接触区的生产***，请参照图1，该***包括：
依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；
所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；
接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；
所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；
接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；
所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；
接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。
在另一实施例中，所述接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层对应的金属分别为：Ti、Al、可选择金属和氮化钛TiN；所述可选择金属包括：Ti、Ni、Mo、Pt、Ir、Nb；
扩散层Al最先融化，在接触退火过程中，向下扩散，促进接触层Ti与势垒层GaN反应提取GaN中的N空位，形成重掺杂的n型半导体。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层对应的金属分别为：Ti、Al、可选择金属和氮化钛TiN；所述可选择金属包括：Ti、Ni、Mo、Pt、Ir、Nb；
扩散层Al最先融化，在接触退火过程中，向下扩散，促进接触层Ti与势垒层GaN反应提取GaN中的N空位，形成重掺杂的n型半导体。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层对应的金属分别为：Ti、Al、可选择金属和氮化钛TiN；所述可选择金属包括：Ti、Ni、Mo、Pt、Ir、Nb；
扩散层Al最先融化，在接触退火过程中，向下扩散，促进接触层Ti与势垒层GaN反应提取GaN中的N空位，形成重掺杂的n型半导体。
在另一实施例中，向下扩散的熔融状态Al与Ti形成TiAl合金，所述TiAl合金具有极低的功函数，降低接触势垒，电流以热场发射导通。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是向下扩散的熔融状态Al与Ti形成TiAl合金，所述TiAl合金具有极低的功函数，降低接触势垒，电流以热场发射导通。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案向下扩散的熔融状态Al与Ti形成TiAl合金，所述TiAl合金具有极低的功函数，降低接触势垒，电流以热场发射导通。
在另一实施例中，所述氮化钛TiN的制备采用高纯TiN陶瓷靶材直接溅射得到，或者利用高纯Ti与氮气经过反应溅射沉积获得。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述氮化钛TiN的制备采用高纯TiN陶瓷靶材直接溅射得到，或者利用高纯Ti与氮气经过反应溅射沉积获得。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述氮化钛TiN的制备采用高纯TiN陶瓷靶材直接溅射得到，或者利用高纯Ti与氮气经过反应溅射沉积获得。
在另一实施例中，设置Ti、Al的金属厚度比为5：120；
Ti、Al、Ti、TiN的金属厚度分别为：20nm、150nm、30nm和50nm。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是设置Ti、Al的金属厚度比为5：120；
Ti、Al、Ti、TiN的金属厚度分别为：20nm、150nm、30nm和50nm。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案设置Ti、Al的金属厚度比为5：120；Ti、Al、Ti、TiN的金属厚度分别为：20nm、150nm、30nm和50nm。
另外，本申请实施例中对电子隧穿的几率进行如下计算，最大程度对隧穿几率进行估计，进而确定比接触电阻，对调整Ti、Al、Ti、TiN的金属厚度，进一步优化欧姆接触区的电子隧穿的几率。
其中，ρc表示比接触电阻，J表示势垒的电流密度，V表示欧姆接触区偏置电压，ε1表示第一指数系数，ε2表示第二指数系数，q表示欧姆接触区电荷量，
表示金属侧的势垒高度，VD表示金属半导体结构的自建势，A*表示有效查里森常数、kB表示玻尔兹曼常数，T表示绝对温度，Ex表示电子的电能，D(Ex)表示电子的隧穿的几率。该方法可以应用在欧姆接触区的界面发生突变时，可以精准确定电子隧穿的几率。
在另一实施例中，本发明提供一种集成电路欧姆接触区的生产方法，请参照图2，该方法包括：
S100，依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；
S200，所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；
S300，所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；
S400，接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是S100，依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；
S200，所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；
S300，所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；
S400，接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案S100，依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；
S200，所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；
S300，所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；
S400，接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。
在另一实施例中，请参照图3，所述S200包括：
S201，Si离子注入；
S202，去胶，表面保护层沉积，Si离子高温激活；
S203，接触区开窗；
S204，接触金属沉积，金属图形化，接触退火；
S205，欧姆接触退火后采用N离子注入的方式进行隔离。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述S200包括：
S201，Si离子注入；
S202，去胶，表面保护层沉积，Si离子高温激活；
S203，接触区开窗；
S204，接触金属沉积，金属图形化，接触退火；
S205，欧姆接触退火后采用N离子注入的方式进行隔离。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述S200包括：
S201，Si离子注入；
S202，去胶，表面保护层沉积，Si离子高温激活；
S203，接触区开窗；
S204，接触金属沉积，金属图形化，接触退火；
S205，欧姆接触退火后采用N离子注入的方式进行隔离。
在另一实施例中，所述S202包括：
S2021，对表面保护层在430摄氏度条件下使用等离子体增强原子层淀积(PEALD)沉积3nm的AlN薄膜作为界面保护层；
S2022，在780摄氏度条件下使用低压化学气相淀积(LPCVD)沉积100nm的SiN保护层；
S2023，对表面保护层采用快速退火的方式进行3min快速退火；
S2024，对注入的Si离子进行激活。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述S202包括：
S2021，对表面保护层在430摄氏度条件下使用等离子体增强原子层淀积(PEALD)沉积3nm的AlN薄膜作为界面保护层；
S2022，在780摄氏度条件下使用低压化学气相淀积(LPCVD)沉积100nm的SiN保护层；
S2023，对表面保护层采用快速退火的方式进行3min快速退火；
S2024，对注入的Si离子进行激活。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述S202包括：
S2021，对表面保护层再430摄氏度条件下使用等离子体增强原子层淀积(PEALD)沉积3nm的AlN薄膜作为界面保护层；
S2022，在780摄氏度条件下使用低压化学气相淀积(LPCVD)沉积100nm的SiN保护层；
S2023，对表面保护层采用快速退火的方式进行3min快速退火；
S2024，对注入的Si离子进行激活。
在另一实施例中，所述S203包括：
S2031，对表面保护层使用F基气体反应离子刻蚀进行SiN薄膜的去除；
S2032，进行AlN和势垒层的去除。
上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述S203包括：
S2031，对表面保护层使用F基气体反应离子刻蚀进行SiN薄膜的去除；
S2032，进行AlN和势垒层的去除。
上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述S203包括：
S2031，对表面保护层使用F基气体反应离子刻蚀进行SiN薄膜的去除；
S2032，进行AlN和势垒层的去除。
在另一实施例中，所述S204包括：
S2041，接触金属的沉积采用Ti、Al、Ti、TiN的叠层结构，厚度分别为20nm、150nm、30nm和50nm；
S2042，采用剥离的方式进行非接触去金属去除；
S2043，采用N2/550°/3min的低温退火条件进行合金化。
上述技术方案的技术原理为：所述S204包括：
S2041，接触金属的沉积采用Ti、Al、Ti、TiN的叠层结构，厚度分别为20nm、150nm、30nm和50nm；
S2042，采用剥离的方式进行非接触去金属去除；
S2043，采用N2/550°/3min的低温退火条件进行合金化。
上述技术方案的技术效果为：所述S204包括：
S2041，接触金属的沉积采用Ti、Al、Ti、TiN的叠层结构，厚度分别为20nm、150nm、30nm和50nm；
S2042，采用剥离的方式进行非接触去金属去除；
S2043，采用N2/550°/3min的低温退火条件进行合金化。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种集成电路欧姆接触区的生产***，其特征在于，包括：依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；
所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；
接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。
2.根据权利要求1所述的一种集成电路欧姆接触区的生产***，其特征在于，所述接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层对应的金属分别为：Ti、Al、可选择金属和氮化钛TiN；所述可选择金属包括：Ti、Ni、Mo、Pt、Ir、Nb；
扩散层Al最先融化，在接触退火过程中，向下扩散，促进接触层Ti与势垒层GaN反应提取GaN中的N空位，形成重掺杂的n型半导体。
3.根据权利要求2所述的一种集成电路欧姆接触区的生产***，其特征在于，向下扩散的熔融状态Al与Ti形成TiAl合金，所述TiAl合金具有极低的功函数，降低接触势垒，电流以热场发射导通。
4.根据权利要求2所述的一种集成电路欧姆接触区的生产***，其特征在于，所述氮化钛TiN的制备采用高纯TiN陶瓷靶材直接溅射得到，或者利用高纯Ti与氮气经过反应溅射沉积获得。
5.根据权利要求2所述的一种集成电路欧姆接触区的生产***，其特征在于，设置Ti、Al的金属厚度比为5：120；
Ti、Al、Ti、TiN的金属厚度分别为：20nm、150nm、30nm和50nm。
6.一种集成电路欧姆接触区的生产方法，其特征在于，
S100，依次设置的半导体薄膜、钝化层、半导体掺杂层、欧姆接触区和金属电极；
S200，所述欧姆接触区为重掺杂区，降低欧姆接触区的势垒高度，增大电子隧穿的几率；
S300，所述金属电极采用多层金属堆叠结构，包括接触层、扩散层、阻挡层和盖帽层；
S400，接触层金属与势垒层反应生成合金，在合金界面上形成高浓度空位，形成重掺杂的欧姆接触区。
7.根据权利要求6所述的一种集成电路欧姆接触区的生产方法，其特征在于，所述S200包括：
S201，Si离子注入；
S202，去胶，表面保护层沉积，Si离子高温激活；
S203，接触区开窗；
S204，接触金属沉积，金属图形化，接触退火；
S205，欧姆接触退火后采用N离子注入的方式进行隔离。
8.根据权利要求7所述的一种集成电路欧姆接触区的生产方法，其特征在于，所述S202包括：
S2021，对表面保护层再430摄氏度条件下使用等离子体增强原子层淀积PEALD沉积3nm的AlN薄膜作为界面保护层；
S2022，在780摄氏度条件下使用低压化学气相淀积LPCVD沉积100nm的SiN保护层；
S2023，对表面保护层采用快速退火的方式进行3min快速退火；
S2024，对注入的Si离子进行激活。
9.根据权利要求7所述的一种集成电路欧姆接触区的生产方法，其特征在于，所述S203包括：
S2031，对表面保护层使用F基气体反应离子刻蚀进行SiN薄膜的去除；
S2032，进行AlN和势垒层的去除。
10.根据权利要求7所述的一种集成电路欧姆接触区的生产方法，其特征在于，所述S204包括：
S2041，接触金属的沉积采用Ti、Al、Ti、TiN的叠层结构，厚度分别为20nm、150nm、30nm和50nm；
S2042，采用剥离的方式进行非接触去金属去除；
S2043，采用N2/550°/3min的低温退火条件进行合金化。
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