两种欧姆接触电阻率测量方法的研究①

崔虹云， 吴云飞， 张海丰， 韩海生， 朱雪彤， 李金鑫

(佳木斯大学理学院，黑龙江 佳木斯 154007)

0 引言

随着半导体材料和器件的迅速发展，多晶硅纳米薄膜凭借其优良的特性被广泛的应用于集成电路领域.而人们对于欧姆接触的设计、制造和测量的要求越来越高，欧姆接触是金属与半导体之间存在的一种非整流接触[1]，当有电流流过时，欧姆接触上的电压降应当远小于样品或器件本身的压降，这种接触不影响器件的电流—电压特性，或者说，电流—电压是由样品的电阻或器件的特性决定的[2－4].文中将采用两种方法对测试样品进行测试，并对其进行比较分析.

1 实验

将清洗干净后的厚度为400μm单晶硅片作为衬底，电阻率为2～4Ω·cm2，利用LPCVD在硅片正面淀积多晶硅纳米薄膜，厚度为90nm，利用PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)，等离子增强化学气相淀积)在硅片正面淀积一层二氧化硅层，厚度为100nm;然后通过离子注入对多晶硅纳米膜进行硼掺杂，多晶硅采用光刻，具体工艺步骤为:表面处理→预烘→涂胶→前烘→曝光→显影→坚膜→腐蚀→去胶，最后镀厚度约1.9μm铝层，图1为实验版图.

2 测量结果与分析

接触电阻率ρc是反映金属/半导体欧姆接触性质好坏的重要参数.测量ρc的方法很多，按照材料的厚度可以将其分为体材料和薄膜材料上的接触电阻率测量，这里就薄膜材料的线性传输线模型法(linear transmission line model，LTLM)和圆点传输线模型法(circular dot transmission line model，CDTLM)的测量结果进行分析和研究.

图1 传输线测试版图

2.1 线性传输线模型法(LTLM)

线性传输线模型最早由Schockley引入，接着Berger作了改进，为了与周围环境绝缘，通电流前先将样品进行台面腐蚀.表1给出了样片所测的电阻值与间隔的数据.从表中我们可以知道除个别点外电极间隔和测得电阻之间基本满足线性关系，即随着电极间隔的增大所测的电阻值也随之增大，满足测试电阻和间隔的线性拟合，也就是满足线性传输线模型的测试曲线.

表2给出了450℃退火后样片的接触电阻率和方块电阻值，实验的退火真空度在10－3～10－4Pa，退火时间20min，从表2可得到平均比接触电阻为2.41 ×10－3Ω·cm2，比退火前的比接触电阻3.07 ×10－1Ω·cm2明显的提高了两个数量级，说明退火使欧姆接触电阻的性能有了明显的改善和提高.

表1 所测的电阻值与间隔的数据

表2 450℃退火后样片的接触电阻率和方块电阻值

图2 测得电阻与ln(rn/r0)之间的曲线

2.2 圆点传输线模型法

圆点传输线模型由Marlow等人提出，他们用圆形电极代替长方形电极的圆点传输线模型，版图如图1所示.其中原点传输线模型的圆环半径值如下:r0=400μm，r1=430μm，r2=470μm，r3=520μm，r4=580μm，r5=650μm，r6=720μm，r7=830μm，r8=930μm，r9=1020μm，r10=1100μm;

图2给出了样片测得电阻和ln(rn/r0)的关系，满足原点传输线模型法原理中所叙述的直线关系，同时图3给出了电流对电压的I—V特性曲线，从曲线的走势来看，在未退火之前虽与圆点对称但并不成线性状态，表现出整流接触，退火前比接触电阻的值为 1.36 ×10－1Ω·cm2.

图3 样片的I—V特性曲线

图4 不同退火时间比接触电阻的变化

图5 不同退火时间I—V特性曲线

从图4和图5的I－V特性曲线也可看到，在退火条件为450℃，20min时，曲线表现为非整流特性，即欧姆接触特性，不同退火时间里20min的比接触电阻最低为2.72 ×10－3Ω·cm2.

通过分析我们可以知道退火前所形成的是整流接触，铝与多晶硅之间存在肖特基势垒，可能由于自然氧化层的存在对界面势垒的影响，所以并不是理想的欧姆接触，电流随电压的增大没能构成线性关系，而退火使欧姆接触的性能有了明显的改善.

3 结论

在制备工艺相同的条件下，通过对样品进行两种传输线模型的测试，我们可以看到线性传输线模型法测得的比接触电阻率更小一些，达到2.41×10－3Ω·cm2，精度更高，而且 LTLM 法很直观，容易理解.另外，经过450℃，20min退火后，样品的比接触电阻率都降到了10－3数量级，这说明退火可以形成稳定势垒高度和低漏电流，是形成欧姆接触的好方法，同时退火条件对接触的电学、热学和化学特性有决定性影响.

[1]孟庆忠.肖特基势垒和欧姆接触[J].烟台师范学院学报.2006，16(2):153 －156.

[2]赵安邦，谭开洲，吴国增.欧姆接触电阻率测量方法的研究[J].重庆邮电学院学报.2006，6:238－241.

[3]陈刚，柏松.4H－SiC欧姆接触与测试方法研究[J].固体电子学研究与进展.2008，28(1):38 －41.

[4]崔虹云，张海丰，吴云飞.AL金属多晶硅纳米膜欧姆接触的制作[J].佳木斯大学学报.2009，27(5):711－714.