金属半导体接触界面的调制研究

摘要

随着集成电路向着不断微缩化的方向发展，对具有高迁移率的半导体材料的研究日益密切。然而，由于工艺原理等方面的差异，新型高迁移率半导体材料的应用还存在着诸多困难，而金半接触结构即是诸多困难之一。因而，如何解决新型高迁移率半导体的金半接触问题显得尤为重要。锗与(110)晶向硅衬底皆为具有应用前景的高迁移率半导体材料，本论文着重研究在这两种衬底上金半接触界面特性的调制。
　　单晶锗的电子和空穴迁移率皆高于传统硅衬底。然而，锗半导体表面存在着严重的费米能级钉扎问题，该问题不仅严重影响锗NMOSFET器件的反型工作性能，还导致金属与n型锗之间过高的接触电阻。对于弱化锗表面费米能级钉扎问题，在锗表面生长超薄介质层是目前非常有效的方法。本论文中尝试在Al/n-Ge接触中以O2或NH3远程等离子体表面处理制备超薄GeO2或者GeON界面层解除费米能级钉扎。电学测试结果表明GeON超薄层解钉扎成功，而GeO2超薄层解钉扎失效，引入GeO2超薄层的Al/n-Ge接触势垒高度值与无界面层的直接接触情况相似。通过XTEM照片以及SIMS测试的观察发现，GeO2超薄层厚度异常，局部出现Al的扩散渗透，破坏了GeO2的完整性与平整度，进而引起了解钉扎失败。
　　Si(110)衬底具有高的空穴迁移率，但Si(110)衬底上的镍硅工艺研究还十分有限。过去的研究表明，引入Ti元素可以提高Si(100)衬底上镍硅的平整度和热稳定性并可以降低接触漏电。本论文分别以T覆盖层、Ti中间层或NiTi共溅射的形式引入Ti元素研究Si(110)衬底上镍硅生长的特性。分析表明，Ti元素对于Si(110)上镍硅的影响与Si(100)类似。引入T覆盖层的样品在350～400℃的温度开始产生低阻的NiSi相，但600℃以上电阻急剧上升，NiSi相并未消失。而引入Ti中间层或NiTi共溅射样品在所观察的退火温度下，未生成NiSi相，在500℃以上开始形成阻值较低的NiSi2相，该相在高达800℃的退火温度下仍保持稳定。另外，XTEM和SAED测试结果表明，Si(10)衬底上的NiTi共溅射样品，在600℃快速热退火后可以生长出高外延质量的NiSi2薄膜。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 金属半导体接触简介

1．2．1 金半接触的研究历史

1．2．2 金半接触的结构与能带示意图

1．2．3 金半接触的发展方向

1．3 高迁移率半导体简介

1．3．1 锗半导体

1．3．2 Si(110)

1．3．3 其他高迁移率半导体

1．4 本论文内容安排

第二章 样品的制备和测试方法

2．1 样品制备工艺简介

2．1．1 金属／超薄介质层／锗结构金半接触的制备

2．1．2 Ti调制的镍硅／硅金半接触的制备

2．2 样品测试方法及原理

2．2．1 金半接触的电流-电压测试与肖特基势垒提取

2．2．2 四探针薄层电阻测试

2．2．3 射电子显微镜

2．2．4 二次离子质谱

2．2．5 X射线衍射

2．3 本章小结

第三章 超薄界面层对金属锗接触的调制

3．1 锗表面势垒调制背景知识

3．1．1 简介

3．1．2 Ge半导体表面的费米能级钉扎效应

3．1．3 Ge基肖特基器件表面势垒的调制方法

3．1．4 GeO2和GeON钝化层在Ge基MIS结构中的应用

3．2 利用GeO2和GeON超薄层调制金半接触界面的尝试

3．2．1 实验描述

3．2．2 金属锗接触在超薄介质层界面调制下的电流电压特性研究

3．2．3 SIMS与XTEM测试

3．2．4 实验结果讨论

3．3 本章小结

第四章 Ti元素掺杂对Si(110)衬底上镍硅化物的生长调制

4．1 背景知识

4．2 引入Ti元素对镍硅Si(100)和Si(110)上镍硅生长的影响

4．2．1 实验描述

4．2．2 测试与分析

4．2．3 Si(110)与Si(100)衬底上的NiSi2薄膜外延质量

4．3 本章小结

总结

参考文献

致谢

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