CN102427024A

CN102427024A - 一种工艺优化的金半接触结构的制备方法

Info

Publication number: CN102427024A
Application number: CN2011104197763A
Authority: CN
Inventors: 蒋玉龙; 于浩; 茹国平; 屈新萍; 李炳宗; 张卫
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2011-12-15
Filing date: 2011-12-15
Publication date: 2012-04-25

Abstract

本发明属于微电子技术领域，具体为一种工艺优化的金半接触结构的制备方法。本发明利用聚苯乙烯（PS）微球作为掩膜，采用高、低两种不同功函数金属淀积金半接触结构。由于PS微球结构稳定，单层膜易于制备，通过单层密布的PS微球作为模板，结合反应离子刻蚀（RIE）技术，对半导体衬底进行刻蚀形成期望的图形，最终通过丙酮超声振荡去除PS微球，是一种理想的自对准工艺，具有良好的应用前景。而高低两种功函数金属并联调制金半接触的方法可以有效提高正向工作电流、降低反向漏电流。本发明通过此自对准刻蚀技术与双功函数金属调制势垒高度技术的结合，达到了良好的金半接触优化效果。

Description

一种工艺优化的金半接触结构的制备方法

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种金半接触结构的制备方法。

背景技术

随着高分子科学技术的迅猛发展，高分子微球的制备技术愈加成熟，应用也愈加广泛。其中，制备单分散性且粒径可控的高分子微球，以聚苯乙烯微球作为代表，其产品已可广泛地应用于标准计量、情报信息、涂料、染料、微电子及液晶材料等许多领域。PS微球的制备技术也在迅速发展当中，比较成熟的方法有乳液聚合法、无皂乳液局核发、悬浮聚合法和分散聚合法，已可以制备出粒径范围在0.1um~1000um的PS微球。小颗粒PS微球由于其形状均匀、排列紧密、易于制备和去除等特点，可以作为半导体产业生产中的掩膜完成自对准的工艺步骤。

当今半导体器件不断朝着高能低价的方向进步，而工艺步骤作为制约器件生产成本中的重要因素，尤其值得研究人员的关注。工艺步骤的简单易行、工艺耗材的方便易得都是优化器件工艺的重要方法，因此通过PS微球作为掩膜进行的自对准工艺步骤引起了人们的广泛兴趣。

通过掩膜的方法先后淀积高、低两种功函数的金属，从而实现高、低两种势垒金半接触的并联，是一种有效的优化金半接触的方法。在正向偏压下，该种金半接触的工作电流主要经由低势垒区域流通，因而可以保证较高的工作电流，而在反向偏压下，由于高势垒区耗尽层的扩展，金半接触能够在低势垒区域的耗尽区之后形成另一个较高的势垒，从而降低该区域的漏电流。因此这种通过双功函数金属调制的金半接触可以获得接近低势垒金半接触的工作电流，以及接近高势垒金半接触的漏电流。

将PS微球掩膜和双功函数金属优化金半接触的方法相结合，既可以达到工艺自对准、节省工艺步骤的优势，又可以获得高工作电流、低漏电流的金半接触。同时，由于第一层高功函数金属淀积于RIE刻蚀衬底产生的凹坑里，这对于耗尽层向低势垒区域的扩展更有益处，从而可以获得更低的漏电流。

发明内容

本发明的目的在于提出一种工艺步骤简单、又可以获得高工作电流、低漏电流的金半接触结构的制备方法。

本发明提出的金半接触结构的制备方法，是利用PS微球作为掩膜，用高、低两种功函数金属淀积，得到金半接触结构，整个工艺步骤具有自对准的特点，另外通过高低双功函数金属并联调制金半接触，具有高工作电流、低漏电流的性能优势。

本发明提出的金半接触（叠层接触）结构的制备方法，具体步骤为：

1、将PS微球通过超声振荡均匀分散于乙醇溶液中；

2、通过旋涂法在经清洁处理的半导体衬底（例如Si）表面形成紧密排列的PS微球单层膜；

3、利用氧等离子体反应离子刻蚀（RIE）技术对半导体衬底表面进行大面积刻蚀，将PS微球的直径进行缩减，达到预期的直径后，停止刻蚀；此时，PS微球在衬底表面已经不再是紧密排列，而是变成相互间有一定间隙的微球阵列；

4、以PS微球整列作为掩模，利用CF₄+Ar等离子体RIE技术对衬底材料进行刻蚀；

5、利用PVD技术大面积淀积高功函数金属；

6、通过在丙酮溶液中超声振荡去除衬底表面的PS微球，烘干并退火，形成稳定的金属半导体接触；

7、利用PVD技术大面积淀积低功函数金属，不再进行退火处理，以保证两种金属不发生严重互扩散。

本发明方法中，步骤1采用的PS微球直径为0.1~10um。

本发明方法中，步骤4衬底刻蚀深度为0.1~2um。

本发明方法中，步骤5淀积的高功函数金属可以选择Au、Pt或Pd等，金属层厚度与刻蚀深度保持一致。

本发明方法中，步骤6退火的条件为退火温度650--750℃，退火时间50--70s。

本发明方法中，步骤7淀积的低功函数金属可以选择Yb、Er、Tb或Dy等，金属层厚度为0.05~2um。

本发明由于采用PS微球作为掩膜，整个工艺流程不需要光刻等步骤，具有自对准的特点，优化了工艺步骤。另外，将高函数金属淀积在RIE刻蚀形成的凹坑中，能够使得反向偏压下金半接触高势垒区域的耗尽层更好地扩展进入低势垒区域，从而使得该金半接触的漏电流更低。

本发明的具体操作步骤如下：

1、基于已经过清洗处理的清洁表面半导体衬片（如Si片）以及直径为0.1~10um的PS微球，将PS微球在乙醇溶液中超声振荡30min，使其均匀分散；

2、通过旋涂法在半导体衬片表面形成紧密排列的PS微球单层膜。

3、利用氧等离子体反应离子刻蚀（RIE）技术对衬片表面进行大面积刻蚀，将PS微球的直径进行缩减，达到预期的直径后，停止刻蚀；

4、以PS微球整列作为掩模，利用CF₄+Ar等离子体RIE技术对衬底半导体材料（例如Si）进行刻蚀；

5、利用PVD技术大面积淀积Pt、Au、Pd等高功函数金属，厚度与上一步中刻蚀深度保持一致；

6、通过在丙酮溶液中超声振荡去除衬片表面的PS微球，烘干并退火，形成稳定的金属半导体接触；

7、利用PVD技术大面积淀积Yb、Er、Tb、Dy等低功函数金属，不再进行退火处理以保证两种金属不发生严重互扩散。

附图说明

图1—图6为工艺流程的示意图（侧视图）。其中，图6为最后工艺步骤形成的器件侧视图。

图中标号：1为PS微球，2为半导体衬底，如Si衬底，3为高功函数金属，如Au、Pt、Pd等，4为低功函数金属，如Yb、Er、Tb、Dy等。

具体实施方式

下面通过具体工艺步骤来进一步描述本发明：

1、基于已经过清洗处理的清洁表面半导体衬片（如Si片）以及直径为0.35um的PS微球，将PS微球在乙醇溶液中超声振荡30min，使其均匀分散；

2、通过旋涂法，首先850r/min旋涂10s，然后3500r/min旋涂10s，最后8000r/min旋涂30s，在半导体衬片表面形成紧密排列的PS微球单层膜，如图1所示；

3、利用RIE技术通过O等离子体干法刻蚀对PS微球的直径进行削减，O₂流量为20sccm，功率为100W，刻蚀时间10min，PS微球直径减少0.1um，如图2所示；

4、利用RIE技术通过CF₄+Ar等离子体干法刻蚀对衬片表面进行大面积刻蚀，PS微球单层膜作为掩膜，CF₄流量为30sccm，Ar流量为5sccm，功率为100W，刻蚀时间为10min，气压为4Pa，衬底刻蚀深度最大值控制在100nm，如图3所示；

5、利用PVD技术大面积淀积金属Pt，厚度与上一步中刻蚀深度保持一致，真空度10^-5Pa，淀积功率150W，淀积时间8000s。薄膜厚度100nm，如图4所示；

6、通过在丙酮溶液中超声振荡10min去除衬片表面的PS微球，烘干并退火，退火温度700℃，退火时间60s，形成稳定的Pt-Si金属半导体接触，如图5所示；

7、利用PVD技术大面积淀积金属Yb，真空度10^-5Pa，淀积功率150W，淀积时间3000s，薄膜厚度50nm，如图6所示。

Claims

1.一种工艺优化的金半接触结构的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）将PS微球通过超声振荡均匀分散于乙醇溶液中；

（2）通过旋涂法在经清洁处理的半导体衬底表面形成紧密排列的PS微球单层膜；

（3）利用氧等离子体反应离子刻蚀技术对半导体衬底表面进行大面积刻蚀，将PS微球的直径进行缩减，达到预期的直径后，停止刻蚀；

（4）以PS微球整列作为掩模，利用CF₄+Ar等离子体RIE技术对衬底材料进行刻蚀；

（5）利用PVD技术大面积淀积高功函数金属；

（6）在丙酮溶液中超声振荡，去除衬底表面的PS微球，烘干并退火，形成稳定的金属半导体接触；

（7）、利用PVD技术大面积淀积低功函数金属，不再进行退火处理，以保证两种金属不发生严重互扩散。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中所述的PS微球直径为0.1~10um。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（4）中所述的衬底刻蚀深度为0.1~5um。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于步骤（5）中所述的高功函数金属选用Pt、Au或Pd，厚度与刻蚀深度保持一致。

5.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于步骤（6）退火的条件为退火温度650--750℃，退火时间50--70s。

6.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于步骤（7）中所述的低功函数金属选用Yb、Er、Tb或Dy，厚度为0.05~2um。