[发明专利]一种调节金属和硅形成的肖特基二极管势垒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属和半导体硅形成肖特基接触和欧姆接触的半导体器件制备技术领域，尤其涉及一种通过硫原子钝化硅表面原子悬挂键来调节金属和硅形成的肖特基二极管势垒的方法。

背景技术

肖特基势垒是金属和半导体接触的重要参数。理想的情况下，金属与半导体形成的肖特基势垒高度由金属的功函数和半导体的电子亲和能决定。实际情况下，在金属和半导体界面处半导体的表面态导致界面处费米能级的钉扎，进而导致肖特基势垒受金属功函数的影响变弱。

图1(a)给出了真空中硅(100)面原子的结构示意图。由于晶格在表面的不连续，表面原子发生重构以降低系统的结合能。每一个表面硅原子和相邻的原子形成聚合键(Dimer Bond)，同时存在一个悬挂键(DanglingBond)，该悬挂键会在硅的禁带中产生表面态。当把硅(100)面放置在空气中或水中时，表面会吸附一层杂质原子，硅原子的悬挂键会和杂质原子形成化学键。

Kaxiras从理论上【1】提出了价键修复的方法来钝化表面原子的悬挂键。如图1(b)所示，对于硅(100)面，硫(S)原子或者硒(Se)原子可以占据相邻的硅原子之间的位置并与之形成化学键。理论的计算表明采用此方法可以使应变的聚合键弛豫并消除悬挂键，使表面原子的晶格排列接近体内原子的晶格排列。Kaxiras并没有给出采用何种方法来钝化硅原子的表面悬挂键。

M.Tao【2】采用分子束外延的方法通过在硅原子表面外延一层硒原子，获得了理想的镁和硅的欧姆接触。该方法需要复杂的设备，而且不兼容目前广泛采用的互补的金属氧化物半导体(CMOS)工艺。

本发明提供了一种采用硫化铵基溶液钝化硅(100)面悬挂键的方法，并借此调节金属和硅的肖特基二极管的势垒。该方法操作简单，并且和标准CMOS工艺兼容。

【1】Kaxiras E.，Semiconductor-surface restoration by valence-mendingadsorbates：application to Si(100)：S and Si(100)：Se，Phys.Rev.B，1991，43(8)：6824

【2】Tao M.，Udeshi D.，Basit N.et al，Removal of dangling bonds andsurface states on silicon(001)with a monolayer of selenium，Appl.Phys.Lett.，2003，82(10)：1559

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种与CMOS工艺兼容的钝化硅(100)面悬挂键并借此调节金属和硅的肖特基势垒的的方法，以解决肖特基势垒高度主要受半导体硅的表面态影响的问题。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种调节金属和硅形成的肖特基二极管势垒的方法，该方法包括：

清洗硅片；

对清洗后的硅片进行氧化和刻蚀，形成有源区；

在有源区内形成超薄二氧化硅膜；

对形成超薄二氧化硅膜的硅片进行钝化处理，使硅片表面的硅原子和硫原子形成化学键；

对钝化后的硅片进行金属电极材料淀积，形成金属电极。

上述方案中，所述清洗硅片的步骤包括：在3#液中清洗10分钟，然后在1#液中清洗5分钟；所述3#液是体积比为4∶1至6∶1的H₂SO₄+H₂O₂溶液，所述1#液是体积比为0.5∶0.5∶5至1∶1.5∶5的NH₄OH+H₂O₂+H₂O溶液；然后去离子水冲洗，甩干。

上述方案中，所述对清洗后的硅片进行氧化和刻蚀形成有源区的步骤包括：采用氧化方法生长一层二氧化硅膜，厚度为300纳米到500纳米，然后曝光刻蚀，形成有源区。

上述方案中，所述在有源区内形成超薄二氧化硅膜的步骤包括：在氮气的气氛中800至1000℃温度下快速热退火60至120秒，利用腔体中微量的氧气氧化硅的表面，生成厚度为0.5纳米到1.5纳米的氧化层。

上述方案中，所述对形成超薄二氧化硅膜的硅片进行钝化处理，使硅片表面的硅原子和硫原子形成化学键的步骤包括：在硫化铵和氨水的混合溶液中，在50～70℃的条件下钝化5分钟到20分钟，然后采用去离子水冲洗，使硅片表面的硅原子和硫原子形成化学键。