[发明专利]一种调节硅化钛/硅肖特基接触势垒的方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及调节硅化钛(TiSi_x)和硅之间肖特基接触势垒的方法。

背景技术

肖特基器件不仅广泛应用于通信、计算机、汽车等电子信息领域，而且应用于航空、航天等国防重点工程，由于钛具有熔点高、比重小、比强度高、韧性好、抗疲劳、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性能好、在急冷急热条件下应力小等特点是制作高耐压、低正向压降和高开关速度肖特基二极管的比较理想的新型材料，目前硅化钛/硅肖特基二极管被广泛研究。

肖特基器件的性能主要受到肖特基接触势垒的制约。普通硅化钛/硅肖特基整流二极管的接触势垒约为0.69eV，这是由于界面处由于存在界面态， 费米能级被钉扎在Si的价带附近，造成电子势垒较大，从而限制了硅化钛/硅肖特基整流二极管性能的提升。因为电子势垒高度是决定开态电流大小的重要因素， 较大的电子势垒限制了电子的流动， 导致器件的开态电流小。

当今半导体器件不断朝着高能低价的方向进步，而工艺步骤作为制约器件生产成本中的重要因素，尤其值得研究人员的关注。工艺步骤的简单易行、工艺耗材的方便易得都是优化器件工艺的重要方法。由于氮化钛/硅接触势垒很低，约为0.49eV。通过向硅化钛/硅肖特基整流二极管中的硅化钛薄膜中引入适量氮原子而有效调节接触势垒的方法简单易行，并且效果显著，所得硅化钛（TiSi_x，内含氮原子）/硅肖特基整流二极管的接触势垒约为0.61eV，远低于普通硅化钛/硅肖特基整流二极管0.69eV的接触势垒。

发明内容

本发明的目的在于提出一种工艺简单、调节硅化钛/硅肖特基接触势垒的方法。

本发明提出的调节硅化钛与硅之间肖特基接触势垒的方法，具体步骤是，向硅化钛/硅肖特基整流二极管中的硅化钛薄膜中引入适量氮原子, 形成硅化钛（TiSi_x，内含氮原子）/Si肖特基接触结构，实现接触势垒调节。

所述引入氮原子的方法可以有两种，它们分别是：

（1）在硅衬底上淀积金属钛膜后，通过离子注入或扩散方式将氮原子引入到金属钛膜中，再利用退火过程，通过金属钛膜与衬底硅的固相反应，在形成硅化钛/硅肖特基整流接触的同时，将氮原子掺入形成的硅化钛薄膜中；

（2）在硅衬底上淀积金属钛膜后，先利用退火过程实现金属钛与衬底硅的固相反应，生成硅化钛/硅肖特基整流接触，再利用离子注入或扩散工艺将氮原子引入到硅化钛薄膜中。

本发明中，最终生成的含有氮原子的硅化钛薄膜与衬底硅接触界面硅化钛薄膜一侧10纳米厚度内氮原子平均体浓度为10¹⁵-10²⁴ cm^-3。优选氮原子平均体浓度为10¹⁶-10²⁰cm^-3。

本发明中，热退火温度为500~1000^oC，时间为1秒~10分钟。优选热退火温度为600~800^oC，时间为1~5分钟。

本发明由于只需要在普通硅化钛/硅肖特基晶体管工艺中增加一步氮原子的引入工艺，就可获得明显的接触势垒调节，整个工艺步骤简单易行。

本发明通过向硅化钛薄膜中引入适量氮原子，形成硅化钛（TiSix，内含氮原子）/Si肖特基接触结构，实现对硅化钛与硅之间肖特基接触势垒的有效调节。在正向偏压下，该种肖特基接触的工作电流经由降低后的势垒区域流通，因而可以得到较高的工作电流。其I-V特性对比如图1所示。

附图说明

图1为 氮掺入对硅化钛/硅肖特基二极管整流特性的影响。

图2—图6为工艺流程的示意图（侧视图）。

具体实施方式

下面结合附图进一步描述本发明：

第一种方案工艺步骤：

1、基于已经过清洗处理的清洁表面硅衬底进行金属钛薄膜的淀积，如图2所示；

2、通过离子注入或扩散方式将适量氮原子引入到金属钛膜中，如图3所示；

3、进行热退火，热退火温度为500~1000^oC，时间为1秒~10分钟，使得最终生成的含有氮原子的硅化钛薄膜与衬底硅接触界面硅化钛薄膜一侧10纳米厚度内氮原子平均体浓度为10¹⁵-10²⁴ cm^-3，最终结果如图6所示。

第二种方案工艺步骤：

1、基于已经过清洗处理的清洁表面硅片衬底进行金属钛薄膜的淀积，如图1所示；