化学法阻挡层对金属_锗肖特基结影响的研究

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1、化学法阻挡层对金属/错肖特基结影响的研究王巍，赵梅，王敬(清华大学微电子学研究所，北京100084)摘要：在金属/铐肖特基结构中使用化学浴插入了一层含碳元素的绝缘层，该层可以起到调节肖特基接触势垒高度的作用.该超薄含裁层对铐表面起到良好的钝化作用，可以阻挡金属中的自由状态进入铐材料中，从而减缓金属导致的带隙状态(MIGS)^象，释放费米能级钉扎，进而降低接触肖特基势垒高度.使用化学浴，采用1•十八烯在Ge表面得到了绝缘阻挡层，对金属/绝缘层储结构的电流传导方式和能级状态进行了分析,并与使用传统中间层(如SiN)的结果进行了对比.结杲表明，使用新方法形

2、成的接触所得到的肖特基势垒高度可以与使用传统的中间层材料及工艺的结果比拟，并具有工艺简单、稳定性强等优点.关键词：铸材料；金属肖特基源漏；超薄绝缘层；化学浴具有高载流子迁移率的非硅材料在半导体器件制造中受到越来越多的重视，其中错(Ge)与硅(Si)相比，拥有2倍的电子迁移率和4倍的空穴迁移率，并且完全与现有的硅平面工艺相兼容，成为了替代Si的有力竞争者⑴。随着MOSFET器件尺寸不断缩小，小尺寸下的短沟道效应使器件性能严重退化，源漏寄生电阻成为了MOSFET中各种寄生效应的主要因素。为了抑制短沟道效应，源漏需要制作超浅结(ultrashallowju

3、nction),这又进一步增大了源漏寄生电阻，产生了矛盾。肖特基金属源漏结构使用金属替代传统源漏，与沟道形成肖特基接触，可以解决超浅结的制作问题，同时可以极大地降低源漏串联电阻®%对于Ge沟道器件，p・MOSFET的性能已经和同尺寸的Sip-MOSFET的性能媲美I4•习，但是对于Gen-MOSFET来说，传统的磷(P)、碎(As)和钱(Sb)等掺杂剂在Ge中面临高扩散率、低固溶度和难以激活的问题，以致传统源漏工艺难以应用心71。因此，在Gen-MOSFET的制作时，是否能使用金属肖特基源漏来克服种种缺点，成为GeMOSFET源漏制作的关键。但是，金

4、属和n型铐材料的肖待基接触存在表面处强烈的费米能级钉扎现象。这主要是由于金属自由电子波函数穿透至错材料内部，导致了大束的带隙状态(MetalJnducedGapState,MIGS),从而使错的电中性能级(ChargeNeutralityLevel)基本被固定在靠近价带顶部的位置&刃。一种解决方法是在金属和半导体材料之间插入一层超薄SiN绝缘层，以阻挡金属电子波函数的穿透，从而达到释放费米能级，降低肖特基势垒高度的目的UM%原理如图1所示。这种方法中超薄绝缘层的厚度将直接影响肖特基结电流的传导方式血】，事实上该绝缘层的厚度难以精确控制，且薄膜稳定性也

5、存在问题【囚。本文首•次使用化学水浴的方法，用1•十八稀(lvctadecene)在Ge表面生成了一层单分子含碳层作为肖特基接触绝缘层，并对金属/诸接触的影响进行了研究.2化学法生长阻挡薄膜的实验和结果实验使用＜100＞晶向N型Sb掺杂的Ge作为衬底，电阻率为24.5~27.5Ocm,使用低掺杂衬底可以减少测试电流传输时非热离子发射(thermionicemission)的组分，从而更好地研究金属/绝缘层/猪结构导电机制。首先使用丙酮和异丙醇按常规超声清洗猪片表面10mine使用50%的氢氟酸溶液浸泡10s,接着用去离子水冲洗20s.完成共5次循环，

6、以达到去除Ge表面的自然氧化层并在表面形成Ge・H键结构的目的，最后便用氮气干燥。生长含碳绝缘薄层的原料为1•十八稀（Cl8H36）,在80X?下分别进行120min的水浴加热。水浴加热完毕后使用加热到409的热丙酮去除剩余在Ge表面的十八稀，并用乙醇和去离子水洗净表面，接着用氮气干燥完成样品制备。对比组为同条件下水浴加热60min,以及除了没有经过水浴加热而其他条件都一致的同类型Ge片。另外对传统绝缘材料的隔离薄膜（如SiN）也进行了制备。所有样品最后使用常规工艺制作了A1电极以备测试。不饱和的烯光在反应中扮演了电子受体的角色〔⑷，°推测生长过程如

7、图2所示.烯矩的不饱和键是良好的电OC-R——JC—R子受体.而Ge＜的键能高岀Ge-H一倍左右。在加热的条件下不饱和键接受衬底Ge-H键电子，与表面Ge原子形成GeV键，并导致临近的H与碳链上的自由基形成共用电子对，使反应能够继续D%使用X射线光电子能谱分析（XPS）对样品表面进行分析•结果表明，Ge表面生成了Ge-C键。图3a是CIs的XPS图谱，可以明显看出Cis可分为三个峰，其中中间位置峰位束缚能为284.8eV的峰1对应C£键，包括了含碳薄膜中和外来的绘基的C（键。283.3eV处的峰位2对应表面Ge-C键，由于Ge相比与C具有更强的金属性

8、，C与Ge成键的束缚能应低于CC和坯基键。图2含碳薄膜町能的生长机理示意图由于使用的是十八烯绘.因此生成的含