CN100372128C - 一种锗硅肖特基二极管及其制作方法 - Google Patents
一种锗硅肖特基二极管及其制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及锗硅肖特基二极管及其制作方法，它包括自下而上依次迭置的欧姆接触电极、硅衬底和开有窗口的氮化硅层，在氮化硅层窗口内有锗硅层和镍硅化合物层，其中镍硅化合物层在锗硅层的上面，在氮化硅层的窗口上覆盖与镍硅化合物层接触的铝电极。制作步骤如下：先在硅衬底上生长一层氮化硅层，接着在氮化硅层上沉积二氧化硅层并光刻出窗口，然后生长锗硅层，用稀释的氢氟酸剥离二氧化硅层，再在锗硅层蒸镀金属镍，退火形成镍硅化合物层，并蒸镀铝电极和欧姆接触电极。本发明的锗硅肖特基二极管由于其锗硅层只存在于氮化硅光刻窗口处，因此能有效地降低器件的反向漏电流，且器件制造无须任何隔离，简化了工艺，提高了集成度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件，具体说是关于锗硅肖特基二极管及其制作方法。
背景技术
肖特基二极管因其具有多数载流子工作、响应速度快和无少子积累等特征而被广泛的用于高频、高速、探测等方面。在本发明做出前，传统的锗硅肖特基二极管自下而上依次有欧姆接触电极，硅衬底层，锗硅外延层，开有窗口的氮化硅层，在氮化硅窗口中置有镍硅化合物层，氮化硅窗口上复盖铝电极，这种结构的锗硅肖特基二极管的锗硅与氮化硅接触面积大，界面缺陷多，导致器件漏电流大。制作过程中，采用先在硅衬底上生长锗硅层，再在锗硅层上面生长一层氮化硅。由于锗硅材料在高温下会发生应变弛豫，因而只有采用低温沉积氮化硅，这给随后的器件隔离及集成工艺带来较大限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构新颖的锗硅肖特基二极管及其制作方法，以提高锗硅肖特基二极管原型器件的质量。
本发明的锗硅肖特基二极管包括硅衬底、锗硅层、开有窗口的氮化硅层、镍硅化合物层、铝电极以及欧姆接触电极，欧姆接触电极、硅衬底和开有窗口的氮化硅层自下而上依次迭置，锗硅层和镍硅化合物层在氮化硅层的窗口内，其中镍硅化合物层在锗硅层的上面，在氮化硅层的窗口上覆盖与镍硅化合物层接触的铝电极。
本发明的锗硅肖特基二极管的制作方法，包括以下步骤：
步骤1)将清洗好的硅衬底放入低压化学气相沉积装置中，在700～800℃的情况下以SiH2Cl2和NH3为气源生长一层氮化硅层，氮化硅的厚度为0.5～0.6μm；
步骤2)在600℃下以硅烷为气源在氮化硅表面生长一层二氧化硅层，二氧化硅的厚度为0.2～0.3μm；
步骤3)在二氧化硅层表面光刻出窗口，用180℃的热磷酸去掉窗口处裸露的氮化硅层；
步骤4)放入超高真空化学气相沉积装置中生长锗硅层，生长温度为550～650℃，使锗硅层的厚度小于氮化硅的厚度；
步骤5)用浓度为5％的氢氟酸去除二氧化硅层，沉积在二氧化硅层上的锗硅层也同时被除去；
步骤6)将样品放入蒸发设备中，采用电子束蒸发方法在氮化硅及锗硅层表面蒸镀一层厚为10～30nm的金属镍；
步骤7)放入快速热处理炉中，400～700℃的情况下退火30～90秒，在窗口处的锗硅层上形成镍硅化合物层，冷却后采用1∶1的浓硫酸和双氧水清洗；
步骤8)将步骤7)所得制品放入蒸发设备中，在制品两面分别蒸镀厚为200nm的铝电极和欧姆接触电极；
步骤9)反刻电极，去除氮化硅上沉积的铝，然后在450℃下进行铝合金化至少10分钟。
上述的硅衬底可以是电阻率为10-3Ω·cm的重掺杂N型或P型硅衬底。
本发明的锗硅肖特基二极管由于锗硅层仅仅局限在由氮化硅层包围的光刻窗口内，大大减少了锗硅与介质层的接触面积，界面密度降低，减少了器件的漏电流，提高了器件的性能，这与传统的肖特基二极管结构完全不同。由于器件的锗硅层只存在于光刻窗口处，因而器件制造无须任何隔离技术，简化了工艺，提高了集成度。
附图说明
图1是本发明的锗硅肖特基二极管原型器件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体实例进一步说明本发明。
参照图1，本发明的锗硅肖特基二极管包括硅衬底1、锗硅层2、开有窗口的氮化硅层3、镍硅化合物层4、铝电极5以及欧姆接触电极6，欧姆接触电极6、硅衬底1和开有窗口的氮化硅层3自下而上依次迭置，锗硅层2和镍硅化合物层4在氮化硅层3的窗口内，其中镍硅化合物层4在锗硅层2的上面，在氮化硅层的窗口上覆盖与镍硅化合物层接触的铝电极。
锗硅肖特基二极管的制作方法，步骤如下：
1)将N型(100)电阻率为0.008Ω·cm的硅衬底清洗干净后放入低压化学气相沉积装置中，在750℃下以SiH2Cl2和NH3为气源生长一层氮化硅层，氮化硅的厚度为0.5μm；
2)然后在600℃下以硅烷为气源在氮化硅表面生长一层二氧化硅层，二氧化硅的厚度为0.2μm；
3)利用标准光刻工艺先在二氧化硅层表面光刻出窗口，窗口大小依光刻板尺寸决定，然后用180℃的热磷酸去掉窗口处裸露的氮化硅层；
4)将光刻好的样品放入超高真空化学气相沉积装置中生长锗硅层，生长温度为550℃，使锗硅层的厚度小于氮化硅的厚度；
5)用浓度为5％的氢氟酸去除二氧化硅层，沉积在二氧化硅层上的锗硅层也同时被除去；
6)将样品放入蒸发设备中，采用电子束蒸发方法在氮化硅及锗硅层表面蒸镀一层厚度为20nm的金属镍；
7)放入快速热处理炉中，500℃下退火60秒，在窗口处的锗硅层上形成镍硅化合物层，冷却后采用1∶1的浓硫酸和双氧水清洗；
8)将步骤7)所得制品放入蒸发设备中，按常规方法在制品两面分别蒸镀厚度为200nm的铝电极和欧姆接触电极；
9)反刻电极，去除氮化硅上沉积的铝，然后在450℃下进行铝合金化10分钟，制得本发明的锗硅肖特基二极管。
Claims (2)
1.一种锗硅肖特基二极管，包括硅衬底(1)、锗硅层(2)、开有窗口的氮化硅层(3)、镍硅化合物层(4)、铝电极(5)以及欧姆接触电极(6)，其特征在于欧姆接触电极(6)、硅衬底(1)和开有窗口的氮化硅层(3)自下而上依次迭置，锗硅层(2)和镍硅化合物层(4)在氮化硅层(3)的窗口内，其中镍硅化合物层(4)在锗硅层(2)的上面，在氮化硅层的窗口上覆盖与镍硅化合物层(4)接触的铝电极(5)。
2.权利要求1所述的锗硅肖特基二极管的制作方法，其特征是步骤如下：
步骤1)将清洗好的硅衬底放入低压化学气相沉积装置中，在700～800℃的情况下以SiH2Cl2和NH3为气源生长一层氮化硅层，氮化硅的厚度为0.5～0.6μm；
步骤2)在600℃下以硅烷为气源在氮化硅表面生长一层二氧化硅层，二氧化硅的厚度为0.2～0.3μm；
步骤3)在二氧化硅层表面光刻出窗口，用180℃的热磷酸去掉窗口处裸露的氮化硅层；
步骤4)放入超高真空化学气相沉积装置中生长锗硅层，生长温度为550～650℃，使锗硅层的厚度小于氮化硅的厚度；
步骤5)用浓度为5％的氢氟酸去除二氧化硅层，沉积在二氧化硅层上的锗硅层也同时被除去；
步骤6)将样品放入蒸发设备中，采用电子束蒸发方法在氮化硅及锗硅层表面蒸镀一层厚为10～30nm的金属镍；
步骤7)放入快速热处理炉中，400～700℃的情况下退火30～90秒，在窗口处的锗硅层上形成镍硅化合物层，冷却后采用1∶1的浓硫酸和双氧水清洗；
步骤8)将步骤7)所得制品放入蒸发设备中，在制品两面分别蒸镀厚为200nm的铝电极和欧姆接触电极；
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