[发明专利]一种与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜及其制作方法

说明书

本发明涉及新型半导体纳米薄膜的研发与应用领域，具体为一种与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜及其制作方法。半导体纳米薄膜是厚度为1微米以下的半导体单晶薄膜，可作为柔性集成器件、生物集成器件、异质集成高速器件、异质结器件等新型半导体器件的构成部分。利用反应离子刻蚀工艺实现与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜的制备，该方法不改变半导体体内掺杂浓度，扩展薄膜的应用范围，并节约工艺成本，所得的薄膜具有良好的电学性能和力学性能。本发明提出反应离子刻蚀工艺方法，在不使用离子注入与退火工艺的情况下，实现与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜的规模化制备，率先制备传统方法难以得到的新型半导体器件。

技术领域

本发明涉及新型半导体纳米薄膜的研发与应用领域，具体为一种与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜及其制作方法。

背景技术

半导体纳米薄膜是厚度为1微米以下的半导体单晶薄膜，不同于传统薄膜器件中在衬底上生长的薄膜，它们在制造过程中或在最终的器件结构里具有无衬底支撑的独立存在的形式。半导体纳米薄膜以其单晶半导体的电学性能、因为减薄的厚度而具备的柔性力学性能、以及其他不同于传统体材料的光学、热学等性能，迅速成为纳米科学前沿的重要材料和结构，同时因为和主流半导体工艺兼容，具有很好的应用潜力。在过去的十几年中，科学家和研究者们对半导体纳米薄膜在柔性集成器件、生物集成器件、异质集成高速器件、异质结器件等方面的应用进行大量的深入研究，有效地推动半导体纳米薄膜在电子器件领域的发展[参考文献：Synthesis,assembly and applications of semiconductornanomembranes.Nature 477(2011)45–53]。然而，针对垂直结构器件，对半导体薄膜表面进行掺杂并使之与金属形成欧姆接触仍是一个难题，这是因为半导体薄膜厚度很薄，离子注入容易改变半导体薄膜体内的掺杂浓度并导致薄膜的非晶化，同时降低薄膜的机械强度。

反应离子刻蚀是一种标准半导体干法刻蚀工艺，由化学反应性气体产生具有化学活性的基团和离子，被电场加速轰击被刻蚀材料，被刻蚀材料表面受损，活性提高，与基团的反应加速，从而获得较高的刻蚀速度，同时还具有良好的形貌控制能力和选择比，广泛应用于半导体器件与集成电路的图形化工艺。基团和离子对被刻蚀半导体表面的物理轰击可用来实现半导体与金属的欧姆接触。当半导体表面受损时，将产生大量缺陷，金属与半导体所形成的结在受到反向偏置电压作用时，这些缺陷将产生大量产生电流，从而破坏肖特基结的整流作用，实现欧姆接触。

发明内容

本发明的目的是提供一种与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜及其制作方法，在不使用离子注入与退火工艺、以及不改变半导体体内掺杂浓度的情况下，实现与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜的规模化制备，并以硅纳米薄膜热电子晶体管为例，制备传统方法难以得到新型半导体器件。

本发明的技术方案：

一种与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜，硅纳米薄膜是厚度为1微米以下的半导体单晶薄膜，硅纳米薄膜与金属形成的接触是欧姆接触。

所述的与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜，硅纳米薄膜的掺杂类型为不掺杂或具有任意浓度的N型掺杂或P型掺杂。

所述的与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜，硅纳米薄膜来源于绝缘体上硅衬底的顶层硅材料。

所述的与金属形成欧姆接触的硅纳米薄膜的制作方法，包括如下步骤：

(1)使用绝缘体上硅衬底，通过光刻技术制作光刻胶掩模层；

(2)使用反应离子刻蚀技术，完全刻蚀未被光刻胶保护的顶层硅；

(3)使用反应离子刻蚀技术，刻蚀剩余的顶层硅表面；

(4)使用氢氟酸刻蚀绝缘体上硅衬底的顶层硅和底层硅衬底之间的二氧化硅，使顶层硅薄膜贴附于底层硅衬底上；