[发明专利]一种利用双层绝缘层释放费米能级钉扎的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体集成电路技术领域，具体涉及一种释放费米能级钉扎的方法。

背景技术

随着大规模集成电路技术的不断发展, 半导体器件正朝着小型化、高速化、高集成度和低能耗的方向发展，已臻成熟的非晶硅薄膜晶体管工艺逐渐显露其局限性，主要体现在迁移率低、不透明性和带隙小，这制约了器件的速度、开口率。氧化锌是一种宽带隙（3.37eV）的II-V族n型透明半导体材料，具有高熔点、高激子束缚能及激子增益、外延生长温度低、成本低、易刻蚀等优点，因此氧化锌基的薄膜场效应晶体管(TFT)被认为是取代当前大规模产业化的非晶硅薄膜场效应晶体管的下一代金属-氧化物-半导体场效应晶体管。

薄膜场效应晶体管的源、漏电极材料要求电阻率低、与半导体的接触为欧姆接触且界面的肖特基势垒小。理论上，对于n型氧化锌薄膜场效应晶体管，应选择低功函数的金属作为源漏电极，如铝、银、钛等金属材料。p型氧化锌薄膜场效应晶体管应选择功函数高的金属作为源漏电极，如金、铅、镍、铂等金属材料。然而，实际上，金属和氧化锌接触时很难达到理想的结果，这是由于金属和半导体的接触面上总界面能最小化导致了电荷密度的松弛，产生了一个界面偶极子，使得金属的费米能级被钉扎在较高的位置，这种情况下，金属的有效功函数偏离了它在真空中的数值，导致实际的肖特基势垒偏大，且使用不同功函数的金属材料对肖特基势垒高度的调节影响不大。

目前，获得n型氧化锌薄膜场效应晶体管的源、漏欧姆接触的方法主要是通过快速退火和表面处理，在半导体表面产生大量的施主缺陷，使得费米能级向导带底移动，载流子易于隧穿，从而获得好的接触。该方法存在的问题是当退火温度较高（600℃）时，由于金属与n型氧化锌界面反应相的变化、金属之间的相互扩散和氧化锌的分解等因素，使得表面变得粗糙，造成接触电阻增加。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种释放金属和半导体接触时费米能级钉扎的方法，以减小肖特基势垒高度，提高薄膜晶体管的性能。

为达到本发明的上述目的，本发明提出了一种利用双层绝缘层释放金属和半导体接触时费米能级钉扎的方法，具体步骤为：

在半导体层之上生长一超薄的第一绝缘层；

在所述第一绝缘层之上生长一超薄的不同于第一绝缘层的第二绝缘层；

在所述第二绝缘层之上沉积顶电极。

本发明中，所述的半导体层材料为氧化锌。

如上所述的利用双层绝缘层释放金属和半导体接触时费米能级钉扎的方法，所述的顶电极可以为铝、铂、钯、金、镍、铅、银或者为钛。

本发明中，所述的第一绝缘层和第二绝缘层材料可以为氧化铝、氧化铪、氧化钛或者为氧化锆；第一绝缘层和第二绝缘层构成的双层绝缘层的厚度范围为1-3纳米。

本发明在金属和半导体之间插入一超薄的双层绝缘层，利用绝缘层和半导体之间形成的电偶极子以及两层绝缘层之间形成的电偶极子来拉低由于金属和半导体接触时费米能级钉扎所形成的高的肖特基势垒高度，方法简单有效，而且能够有效地释放费米能级钉扎，减小肖特基势垒高度，减小金属与半导体的接触电阻，实现欧姆接触。

附图说明

图1为本发明所提出的利用双层绝缘层释放金属和半导体接触时费米能级钉扎的一个实施例的截面图。

图2为插入双层绝缘层后金属和半导体接触时的能带图。其中，（a）为金属和半导体直接接触时的能带图,（b）为在金属和半导体间插入双层绝缘层后的能带图。

图3-图7为本发明所提出的利用双层绝缘层释放金属和半导体接触时费米能级钉扎的方法的一个实施例的工艺流程图。

图中标号：101为氧化锌半导体层，102为第一绝缘层，103为第二绝缘层，104为金属层。

具体实施方式

面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。