欧姆接触
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
王书方
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引言
任何两种相接触的固体的费米能级(Fermi level)(或者 严格意义上,化学势)必须相等。 费米能级和真空能级的 差值称作功函。 接触金属和半导体具有不同的工函,分别 记为φM和φS。 当两种材料相接触时,电子将会从低功函 一边流向另一边直到费米能级相平衡。
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2. 改善表面p-GaN的表面状况 利用MOCVD方法生长的GaN的表面上通常都存在一层 绝缘的污染层——氧化物(如GaO3等)和其它被吸附的 有机物等,如不除去将会使фb升高0.2~0.3eV。因此,在 制作金属—p-GaN接触前应进行表面处理。处理的方法 通常有化学溶剂清洗、离子溅射和热处理等。 进一步的研究表明所用的化学溶剂对фb也有影响,经 KOH清洗的p-GaN,其Fermi能级较之于经HCl清洗的向 价带方向移动约1.0eV,从而使其具有更低的фb,利用王 水清洗也有类似的效果。 通常在较高的温度和还原性气氛中退火有利于去氧化 物,但过高的温度(600℃以上)有可能使GaN表面产生N 空位。
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实现金属-p-GaN欧姆接触的方法 欧姆接触的方法 实现金属 如上所述,金属—p-GaN间形成欧姆接触存在着两大障碍, 因此,欲形成欧姆接触必须寻找更为合适的金属或合金系统以 降低Schottky势垒(фb),或提高p-GaN的空穴浓度。 选用功函数高的金属或合金系统 说起降低Schottky势垒(фb),人们首先想到的便是选 用功函数高的金属或合金系统,如:Pt(5.65eV)、Au (5.20eV)、Pd(5.17eV)、Ni(5.15eV)、Ni/Au、Ni/Pt、 Pt/Au、Ta/Ti、Co/Au、Cu/Au、Pd/Au、Pt/Ru、Ti/Pt/Au、 Pt/Ni/Au、Ni/AuZn,其中研究最多的是Ni/Au基合金系统。 在研究表面处理和金属(Pt、Ni、Pd、Au、Cu、Ti、Al、 Ta等)功函数对金属—p-GaN接触势垒фb的影响后发现:无 论在退火前或退火后(即是否发生合金化),фb都随功函数的 提高而降低,但最低的不是功函数最高的Pt,而是Ni。这说明 影响фb的不仅仅是功函数,还有表面状况等其它因素,这与已 有的理论是一致的。
欧姆接触文档
欧姆接触1. 简介在电工学中,欧姆接触是指两个电极之间的电阻性接触。
当两个电极之间存在欧姆接触时,电流可以通过接触点自由地流动。
欧姆接触是电路中常见的一种接触方式,它对于电子设备和电路的正常运行至关重要。
2. 欧姆定律根据欧姆定律,电流(I)通过两个电极之间的接触点时,与电压(V)和电阻(R)之间的关系可以用以下公式表示:I = V / R在欧姆接触中,电阻通常是一个固定的值。
根据欧姆定律,当电压增加时,电流也会相应地增加,反之亦然。
3. 欧姆接触的特性欧姆接触有以下几个特性:3.1 电阻稳定性在一段时间内,欧姆接触的电阻通常是一个固定的数值。
这意味着,当电压或电流发生变化时,电阻不会随之改变。
这种稳定性对于电子设备的正常运行非常重要,因为它确保了电流在电路中的可控性。
3.2 最小接触阻力欧姆接触的另一个特性是具有较低的接触阻力。
接触阻力是电流在接触点处经过的阻力,如果接触阻力较高,会导致能量损失和电流流动的不畅。
欧姆接触的最小接触阻力确保了电流的稳定流动,减少能量损失。
3.3 触点间面积欧姆接触的稳定性和接触阻力也与触点间的接触面积有关。
较大的接触面积通常意味着更稳定的接触和较低的接触阻力。
因此,在设计电路时,应尽量选择较大的触点面积,以确保良好的欧姆接触。
4. 欧姆接触的应用欧姆接触在许多电子设备和电路中都有重要的应用。
以下是一些常见的应用案例:4.1 开关和继电器在开关和继电器中,欧姆接触被用于确保电流可以通过触点自由地流动。
当开关或继电器处于闭合状态时,触点之间形成欧姆接触,电流可以通过触点流过。
这样,开关或继电器就能够控制电流的通断,实现电路的开关功能。
4.2 电子器件连接欧姆接触也被用于连接电子器件。
例如,在电路板上,元件之间通过焊接或插座连接。
这些连接点处的欧姆接触确保了电流能够稳定地从一个器件流向另一个器件,从而实现电路的正常运行。
4.3 传感器应用在许多传感器应用中,欧姆接触被用于确保信号的传输和接收。
半导体的欧姆接触
半导体的欧姆接触(2012-03-30 15:06:47)转载▼标签:杂谈分类:补充大脑1、欧姆接触欧姆接触是指这样的接触:一是它不产生明显的附加阻抗;二是不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。
从理论上说,影响金属与半导体形成欧姆接触的主要因素有两个:金属、半导体的功函数和半导体的表面态密度。
对于给定的半导体,从功函数对金属-半导体之间接触的影响来看,要形成欧姆接触,对于n型半导体,应该选择功函数小的金属,即满足Wm《Ws,使金属与半导体之间形成n型反阻挡层。
而对于p型半导体,应该选择功函数大的金属与半导体形成接触,即满足Wm》Ws,使金属与半导体之间形成p型反阻挡层。
但是由于表面态的影响,功函数对欧姆接触形成的影响减弱,对于n型半导体而言,即使Wm《Ws,金属与半导体之间还是不能形成性能良好的欧姆接触。
目前,在生产实际中,主要是利用隧道效应原理在半导体上制造欧姆接触。
从功函数角度来考虑,金属与半导体要形成欧姆接触时,对于n型半导体,金属功函数要小于半导体的功函数,满足此条件的金属材料有Ti、In。
对于p型半导体,金属功函数要大于半导体的功函数,满足此条件的金属材料有Cu、Ag、Pt、Ni。
2、一些常用物质的的功函数物质Al Ti Pt In Ni Cu Ag Au功函数4.3 3.95 5.35 3.7 4.5 4.4 4.4 5.203、举例n型的GaN——先用磁控溅射在表面溅射上Ti/Al/Ti三层金属,然后在卤灯/硅片组成的快速退火装置上进行快速退火:先600摄氏度—后900摄氏度——形成欧姆接触;p型的CdZnTe——磁控溅射仪上用Cu-3%Ag合金靶材在材料表面溅射一层CuAg合金。
欧姆接触[编辑]欧姆接触是半导体设备上具有线性并且对称的果电流-这些金属片通过光刻制程布局。
低电阻,稳定接触的欧姆接触是影响集成电路性能和稳定性的关键因素。
它们的制备和描绘是电路制造的主要工作。
欧姆接触与肖特基接触
欧姆接触欧姆接触是指金属与半导体的接触,而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻,使得组件操作时,大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
欧姆接触在金属处理中应用广泛,实现的主要措施是在半导体表面层进行高掺杂或者引入大量复合中心。
欧姆接触指的是它不产生明显的附加阻抗,而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。
条件欲形成好的欧姆接触,有二个先决条件:(1)金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)(2)半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)区别前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄,电子有更多的机会直接穿透(Tunneling),而同时使Rc阻值降低。
若半导体不是硅晶,而是其它能量间隙(Energy Gap)较大的半导体(如GaAs),则较难形成欧姆接触 (无适当的金属可用),必须于半导体表面掺杂高浓度杂质,形成Metal-n+-n or Metal-p+-p等结构。
理论任何两种相接触的固体的费米能级(Fermi level)(或者严格意义上,化学势)必须相等。
费米能级和真空能级的差值称作工函数。
接触金属和半导体具有不同的工函,分别记为φM和φS。
当两种材料相接触时,电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。
从而,低工函的材料将带有少量正电荷而高工函材料则会变得具有少量电负性。
最终得到的静电势称为内建场记为Vbi。
这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。
内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。
明显的能带弯曲在金属中不会出现因为他们很短的屏蔽长度意味着任何电场只在接触面间无限小距离内存在。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。
在经典物理图像中,为了克服势垒,半导体载流子必须获得足够的能量才能从费米能级跳到弯曲的导带顶。
为p型si半导体设计欧姆接触
为p型si半导体设计欧姆接触欧姆接触是一种电子学现象,是指当两个电极之间的接触电阻随着加入的电压增大而变小。
在半导体器件制造中,欧姆接触被广泛应用于p型和n型半导体器件的电极制作中。
本文将针对p型Si半导体的欧姆接触设计进行详细探讨。
1. 欧姆接触原理欧姆接触的原理可以通过欧姆定律来解释。
欧姆定律是指电流$I$与电压$V$之间的关系,即$I=V/R$,其中$R$为电阻。
在欧姆接触中,当两个接触金属与半导体接触时,接触电阻$R$会随着电压的升高而减小,这是因为当电压升高时,电子在金属外壳中的热运动增强,进一步促进更多电子从半导体向金属流动,从而导致接触电阻降低。
2. p型Si半导体欧姆接触设计在p型Si半导体的欧姆接触设计中,我们需要考虑以下因素:2.1 金属材料的选择选择合适的金属材料是欧姆接触设计中最关键的一步。
常用的金属材料包括Ti、Cr、Al和Au等。
Ti和Cr的粘附性强,可以很好地粘附到p型Si表面,并且它们的电学性能也比较适合制作欧姆接触。
而Al和Au的电学性能更优秀,但由于它们的粘附性不够强,需要在它们之上涂覆一层Ti或Cr来增强粘附力。
对于p型Si半导体的欧姆接触设计,建议选择Ti或Cr材料。
2.2 洁净度的保证在欧姆接触制作过程中,确保器件表面的洁净度是非常重要的。
因为器件表面的杂质和污染物会对接触电极的制造和性能产生很大影响。
需要在制作欧姆接触前,充分保证p型Si表面的洁净度。
2.3 接触面积的控制接触面积的大小会直接影响欧姆接触的电学特性。
一般来讲,接触面积越大,电流密度就越小,接触电阻就越小。
在设计欧姆接触时,需要合理控制接触面积,以达到最佳电学性能。
2.4 热处理的优化在欧姆接触制作过程中,热处理是一个非常重要的步骤。
热处理可以改善接触金属与p型Si之间的界面特性,促进更好的电子传输。
在制作欧姆接触时,需要对热处理的参数进行优化,以获得最佳的电学性能。
在设计p型Si半导体的欧姆接触时,需要考虑金属材料的选择、洁净度的保证、接触面积的控制以及热处理的优化等因素。
肖特基接触与欧姆接触
欧姆接触是半导体设备上具有线性并且对称的电流-电压特性曲线(I-V curve)的区域。
如果电流-电压特性曲线不是线性的,这种接触便叫做肖特基接触。
理论:任何相接触的固体的费米能级(化学势)必须相等,费米能级和真空能级的差值称为功函数,因而,接触的金属和半导体具有不同的功函数。
当两种材料相接触的时候电子会从低功函数的的一端流向另一端直到费米能级平衡;从而低功函数的材料带有少量正电荷,高功涵的材料带有少量负电荷,最终得到的静电势称为内建场。
内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。
欧姆接触是指金属与半导体的接触,而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻,使得组件操作时,大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
欲形成好的欧姆接触,有二个先决条件:(1)金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加(2)半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3) 使半导体耗尽区变窄,电子有更多的机会直接穿透(Tunneling),而同时使Rc阻值降低。
若半导体不是硅晶,而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs),则较难形成欧姆接触(无适当的金属可用),必须于半导体表面掺杂高浓度杂质,形成Metal-n+-n or Metal-p+-p等结构。
肖特基接触是指金属和半导体材料相接触的时候,在界面处半导体的能带弯曲,形成肖特基势垒。
势垒的存在才导致了大的界面电阻。
与之对应的是欧姆接触,界面处势垒非常小或者是没有接触势垒。
理论:当半导体与金属接触的时候由于半导体的电子逸出功一般比金属小,电子就从半导体流入了金属,在半导体的表面层形成一个带正电不可移动的杂质离子组成的空间电荷区域。
电场方向由半导体指向金属,阻止电子继续向金属中扩散。
界面处半导体能带发生了弯曲,想成一个高势能区,这就是肖特基势垒。
欧姆接触的原理范文
欧姆接触的原理范文欧姆接触(Ohmic contact)是指在金属和半导体之间建立一种电子通道,使得电流可以自由地从金属流向半导体或者从半导体流向金属。
它是电子器件制造中至关重要的一步,能够使得电流在金属和半导体界面上的传递更加顺畅,提高器件性能。
第一,选择合适的金属材料。
对于半导体材料而言,金属材料的工作函数、电子亲和能等因素决定了电子在金属和半导体之间的能级对齐。
金属材料的工作函数应当比半导体材料的导带底或者价带顶的能级低,以便形成电子从金属向半导体的注入。
此外,金属材料的电子迁移率也应当足够高,以便电流可以顺利地从金属向半导体或者从半导体向金属流动。
第二,建立良好的金属/半导体接触。
金属/半导体接触的质量对欧姆接触的形成和性能有重要影响。
重要的因素包括金属和半导体表面的清洁和平整度,以及金属和半导体之间的界面反应。
通常采用的方法包括表面清洗、气氛保护、增加金属/半导体接触面积、添加中间层等,以提高金属/半导体接触的质量。
第三,减小接触电阻。
金属和半导体之间的电阻主要包括接触电阻和串联电阻。
接触电阻是指金属和半导体接触面上的电流挤压效应造成的电阻,通过控制接触形貌和界面反应可以减小接触电阻;串联电阻是指金属和半导体之间的电阻,可以通过控制金属材料的选择和厚度来降低串联电阻。
欧姆接触的形成对于电子器件的性能至关重要。
在半导体器件中,欧姆接触通常用于建立电极和半导体之间的电子传输通道,如激光二极管中的电流注入区和场效应晶体管中的源漏极等。
良好的欧姆接触能够使电流快速地流过电极和半导体之间的接触界面,从而提高器件的效率和响应速度。
总之,欧姆接触是电子器件制造中至关重要的一步,能够使电流在金属和半导体界面上的传递更加顺畅。
要建立一个良好的欧姆接触,需要选择合适的金属材料、建立良好的金属/半导体接触、减小接触电阻等。
欧姆接触的形成对于电子器件的性能和功能十分重要。
欧姆接触
1.1 金属-半导体接触的基本原理金属-半导体接触(金半接触)是制作半导体器件中十分重要的问题,接触情况直接影响到器件的性能。
从性质上可以将金属-半导体接触分为肖特基接触和欧姆接触。
肖特基接触的特点是接触区的电流-电压特性是非线性的,呈现出二极管的特性,因而具有整流效应,所以肖特基接触又叫整流接触。
欧姆接触的特点是不产生明显的附加阻抗,而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度产生明显的改变。
理想的欧姆接触的接触电阻与半导体器件相比应当很小,当有电流通过时,欧姆接触上的电压降应当远小于半导体器件本身的电压降,因而这种接触不会影响器件的电流-电压特性[1]。
下面将从理论上对金属-半导体接触进行简要的分析。
1.2欧姆接触本章1.1节中提到,当金属-半导体接触的接触区的I-V曲线是线性的,并且接触电阻相对于半导体体电阻可以忽略不计时,则可被定义为欧姆接触(ohmic contact)[1]。
良好的欧姆接触并不会降低器件的性能,并且当有电流通过时产生的电压降比器件上的电压降还要小。
1.2.1欧姆接触的评价标准良好的欧姆接触的评价标准是[4]:1)接触电阻很低,以至于不会影响器件的欧姆特性,即不会影响器件I-V的线性关系。
对于器件电阻较高的情况下(例如LED器件等),可以允许有较大的接触电阻。
但是目前随着器件小型化的发展,要求的接触电阻要更小。
2)热稳定性要高,包括在器件加工过程和使用过程中的热稳定性。
在热循环的作用下,欧姆接触应该保持一个比较稳定的状态,即接触电阻的变化要小,尽可能地保持一个稳定的数值。
3)欧姆接触的表面质量要好,且金属电极的黏附强度要高。
金属在半导体中的水平扩散和垂直扩散的深度要尽可能浅,金属表面电阻也要足够低。
1.2.3欧姆接触电极的制作要点上节指出,制作欧姆接触时,可以提高掺杂浓度或降低势垒高度,或者两者并用。
这就为如何制得良好的欧姆接触提供了指导。
主要有以下方面:1)半导体衬底材料的选择掺杂浓度越高的衬底越容易形成欧姆接触。
两种欧姆接触电阻率测量方法的研究
两种欧姆接触电阻率测量方法的研究
1 欧姆接触电阻
欧姆接触电阻,即电阻的表面接触阻力,是指两个金属接触表面
内所存在的电阻,又称表面电阻。
它是科学家研究金属表面活性特性
的重要指标。
涂覆物质,外加电压和温度等影响均可对欧姆接触电阻
产生影响,由此可得欧姆接触电阻率测定具有一定的重要意义。
2 两种欧姆接触电阻率测量方法
目前,人们通常采用两种方法来测量欧姆接触电阻率。
一种是电晕电阻测量法,改变应力条件,测量不同的电晕电阻值,然后通过计算得出欧姆接触电阻率。
它主要用于测量薄片和薄膜接触
表面,常用于精密金属制品表面接触电阻率测试。
而另一种是接触电阻测量法,通过金属接触器沿被测物体表面滑动,记录内径的值,并采用公式来计算欧姆接触电阻率。
该方法可以
测量金属和金属之间的接触电阻率,以及其它物体和金属之间的接触
电阻率。
总的来说,采用上述两种方法可以很好地测量欧姆接触电阻率,
用以分析表面材料的性质,从而为物理化学等研究奠定基础。
如何形成欧姆接触_金半接触及异质结
如何形成欧姆接触_金半接触及异质结要理解欧姆接触、金半接触和异质结,首先需要了解几个基本概念和相关原理。
1. 欧姆接触(Ohmic Contact)欧姆接触是指两种材料之间形成的电接触,电流在接触面上能够以很低的接触电阻通过。
这意味着接触面上的电阻很小,电流能够自由地流动。
通常情况下,欧姆接触可以通过在两种材料之间加上足够高的压力来实现,从而确保良好的金属结晶和材料间的电阻足够小。
2. 金半接触(Schottky Contact)金半接触是指金属和半导体之间形成的电接触。
在金半接触中,金属被引入半导体材料中,形成了一个势垒。
这个势垒能够阻止电子往金属中移动,从而只有少数载流子能够通过接触面。
金半接触的形成可以通过将金属和半导体紧密接触,并在接触面上应用适当的压力。
此外,金半接触的形成还依赖于金属和半导体之间的电子亲和力差异。
3. 异质结(Heterojunction)异质结是指由不同半导体材料组成的结构,形成了两种具有不同带隙宽度的半导体之间的接触面。
在异质结中,由于带隙的差异,电子和空穴会在接触面上产生能量差异,从而促使电子和空穴在界面处发生二次击穿。
这种能量差异促进了电流的流动,并且异质结常用于电子器件中,如二极管、场效应晶体管等。
实现欧姆接触、金半接触和异质结的关键是确保接触面的良好导电性和匹配性。
下面将分别说明如何形成这三种结构。
1.形成欧姆接触的方法实现欧姆接触的关键是确保两种材料之间的良好接触和电性。
以下是一些常用的方法:-清洁接触面:对接触面进行彻底清洁,以确保表面没有杂质和氧化物。
这可以通过使用溶剂、超声波清洗和等离子体清洗等方法来实现。
-提高接触面积:增加接触面积可以降低接触电阻,可以通过增加接触面的厚度、使用粉末冶金技术和添加导电粉末等方法来实现。
-选择合适的金属:合理选择金属材料,以确保金属的导电性能和匹配性。
常用的金属包括铜、银、金等。
2.形成金半接触的方法实现金半接触的关键是在金属和半导体之间形成一个势垒。
欧姆接触高掺杂内建电场_概述及解释说明
欧姆接触高掺杂内建电场概述及解释说明1. 引言1.1 概述欧姆接触是材料物理学中的基础概念,它描述了当两种不同电导率的材料之间有足够高的接触电阻时会发生的电流传输现象。
在过去几十年中,欧姆接触一直是研究人员关注的焦点之一。
最近,研究表明当一个材料具有高掺杂内建电场时,可以显著改变其欧姆接触特性。
1.2 文章结构本文将首先介绍欧姆接触高掺杂内建电场的定义和原理。
然后,我们将介绍该领域中常用的实验方法和所使用的材料。
接下来,我们将具体阐述实验结果,并进行相应讨论。
此外,我们还将探讨欧姆接触高掺杂内建电场在电子器件中的应用以及对器件性能的影响分析。
最后,我们将回顾目前已取得的研究进展,并提出未来研究方向和展望。
1.3 目的本文旨在全面概述和解释欧姆接触高掺杂内建电场这一新兴领域。
通过深入了解欧姆接触高掺杂内建电场的原理和性质,我们可以更好地理解这种现象对电子器件性能的影响。
此外,通过回顾相关研究进展并展望未来研究方向,本文还旨在为该领域的进一步发展提供启示和建议。
2. 欧姆接触高掺杂内建电场:2.1 定义与原理:欧姆接触高掺杂内建电场是指在半导体器件中形成的一种特殊电场分布现象。
当两个不同区域的半导体材料产生接触时,由于材料间带电粒子的扩散和重新组合,形成了一个内建电场。
该内建电场会在接触界面处引发能级弯曲和势垒降低,从而实现低阻抗的欧姆接触。
欧姆接触的内建电场主要由两个机制引起:空间电荷屏蔽效应和金属反应性。
空间电荷屏蔽效应是指当p型半导体与n型半导体发生接触时,由于扩散过程中带电粒子浓度的差异,形成了正负空间电荷分布。
这种空间电荷屏蔽效应会在接触区域形成一个由正向向下偏移的内部势能梯度,从而形成内建电场。
金属反应性是指金属与半导体之间存在反应,并且在反应界面处形成化学键。
这种化学反应也会引起能级的弯曲和势垒降低,导致内建电场的形成。
2.2 材料与方法:在研究欧姆接触高掺杂内建电场时,常使用高掺杂的半导体材料和金属作为实验样品。
欧姆接触
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铜在硅和二氧化硅中都有很高的扩散率,这种高 扩散率将破坏器件的性能。可淀积一层阻挡层金属, 作用是阻止层上下的材料互相混合(见下图)。其厚 度对 0.25µm 工艺来说为 100nm ;对 0.35µm 工艺来说为 400~600nm。
阻挡层金属 铜
铜需要由一层薄膜阻挡层完全封闭起来,这层封闭 薄膜的作用是加固附着并有效地阻止扩散。
熔点(C)
1412 1412 660 1083 3417 1670 2996 2620 1772
电阻率 (-cm)
109 500 – 525 2.65 1.678 8 60 13 – 16 5 10
21
铝铜合金
由于铝的低电阻率及其与硅片制造工艺的兼容性,因 此被选择为IC的主要互连材料。然而铝有众所周知的 电迁徒引起的可靠性问题。由于电迁徒,在金属表面 金属原子堆起来形成小丘(如图所示)如果大量的小 丘形成,毗邻的连线或两层之间的连线有可能短接在 一起。 当少量百分比的铜与铝形成合金,铝的电迁移现象会 被显著的改善。 Al-Si-Cu (0.5%)合金是最常使用的连线金属
由于在优化超大规模集成电路的性能方面,需要进一步 按比列缩小器件的尺寸,因此在源 / 漏和第一金属层之 间电接触的面积是很小的。这个小的接触面积将导致接 触电阻增加。一个可提供稳定接触结构、减小源 / 漏区 接触电阻的工艺被称为自对准硅化物技术。它能很好地 与露出的源、漏以及多晶硅栅的硅对准。许多芯片的性 能问题取决于自对准硅化物的形成(见下图)。
常用扩散阻挡层:TiN, TiW
较好的方法是采用阻挡层, Ti 或 TiSi2有好的接触和黏附 性,TiN 可作为阻挡层
16
2.铝的电迁移
欧姆接触技术
欧姆接触技术简介欧姆接触技术是一种常用的电学测量方法,用于测量电阻。
本文将对欧姆接触技术的原理、应用以及优缺点进行详细探讨。
原理欧姆接触技术基于欧姆定律,即电流通过导体时,电流与电压之间的关系为I=V/R,其中I为电流,V为电压,R为电阻。
根据欧姆定律,我们可以通过测量电流和电压的数值,计算出电阻的数值。
应用欧姆接触技术广泛应用于各个领域,以下是一些常见的应用场景:1. 电子设备制造在电子设备的制造过程中,需要测量各个元件的电阻,以确保元件的质量和性能。
欧姆接触技术可以准确测量电阻值,帮助制造商控制产品的质量。
2. 电路故障排除在电路故障排除过程中,欧姆接触技术可以帮助工程师确定是否存在电阻不良的情况。
通过测量电阻值,工程师可以准确判断是否有元件损坏或连接不正常的问题,并进行修复。
3. 功率计算在一些需要测量功率的场景中,可以通过欧姆接触技术测量电流和电压的数值,进而计算出功率的数值。
这在电力行业和能源管理中非常重要。
欧姆接触技术具有以下几个优点:1. 简单易用欧姆接触技术的原理简单,测量方法直观易懂,不需要复杂的仪器和设备。
2. 可靠性高欧姆接触技术的测量结果具有较高的准确性和可靠性,可以满足大多数电阻测试的需求。
3. 适用范围广欧姆接触技术适用于各种导体材料和元件,包括电阻、电路、线缆等。
缺点欧姆接触技术也存在一些缺点:1. 联系不良如果接触面积小或接触不良,可能导致测量结果不准确。
因此,在使用欧姆接触技术时,需要确保良好的接触。
2. 不能测量非线性元件欧姆接触技术只适用于线性元件的电阻测量,对于非线性元件,需要采用其他测量方法。
3. 受温度影响欧姆接触技术的测量结果受温度影响较大,需要进行温度补偿,以提高测量的准确性。
欧姆接触技术是一种简单易用、可靠性高且适用范围广的电学测量方法。
在电子设备制造、电路故障排除和功率计算等领域都有重要的应用。
尽管欧姆接触技术存在一些缺点,但仍然是一种常用且有效的测量方法。
欧姆接触和费米能级
上述简单的理论预言了φB = φM ? χS,因此似乎可以天真的认为工函靠近半导体的电子亲和性的金属通常应该容易形成欧姆接触。事实上,高工函金属可以形成最好的p型半导体接触而低工函金属可以形成最好的n型半导体接触。不幸的是实验表明理论模型的预测能力并不比上述论断前进更远。在真实条件下,接触金属会和半导体表面反应形成具有新电学性质的复合物。界面处一层污染层会非常有效的增加势垒宽度。半导体表面可能会重构成一个新的电学态。接触电阻与界面间化学细节的相关性是导致欧姆接触制造工艺可重复性为如此巨大的制造挑战的原因。
欧姆接触和费米能级
cmos 2009-11-16 17:46:32 阅读319 评论0 字号:大中小 订阅
欧姆接触是指金属与半导体的接触,而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻,使得组件操作时,大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
欲形成好的欧姆接触,有二个先决条件:
若半导体不是硅晶,而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs),则较难形成欧姆接触 (无适当的金属可用),必须于半导体表面掺杂高浓度杂质,形成Metal-n+-n or Metal-p+-p等结构。
任何两种相接触的固体的费米能级(Fermi level)(或者严格意义上,化学势)必须相等。 费米能级和真空能级的差值称作工函。 接触金属和半导体具有不同的工函,分别记为φM和φS。 当两种材料相接触时,电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。从而,低工函的材料将带有少量正电荷而高工函材料则会变得具有少量电负性。最终得到的静电势称为内建场记为Vbi。这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。明显的能带弯曲在金属中不会出现因为他们很短的 屏蔽长度意味着任何电场只在接触面间无限小距离内存在。
欧姆接触
欧姆接触百科名片欧姆接触是指金属与半导体的接触,而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻,使得组件操作时,大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
概述简介条件欲形成好的欧姆接触,有二个先决条件:(1)金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)(2)半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)区别前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄,电子有更多的机会直接穿透(Tunneling),而同时使Rc阻值降低。
若半导体不是硅晶,而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs),则较难形成欧姆接触(无适当的金属可用),必须于半导体表面掺杂高浓度杂质,形成Metal-n+-n or Metal-p+-p等结构。
理论1任何两种相接触的固体的费米能级(Fermi level)(或者严格意义上,化学势)必须相等。
费米能级和真空能级的差值称作工函。
接触金属和半导体具有不同的工函,分别记为φM和φS。
当两种材料相接触时,电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。
从而,低工函的材料将带有少量正电荷而高工函材料则会变得具有少量电负性。
最终得到的静电势称为内建场记为Vbi。
这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。
内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。
明显的能带弯曲在金属中不会出现因为他们很短的屏蔽长度意味着任何电场只在接触面间无限小距离内存在。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。
在经典物理图像中,为了克服势垒,半导体载流子必须获得足够的能量才能从费米能级跳到弯曲的导带顶。
穿越势垒所需的能量φB是内建势及费米能级与导带间偏移的总和。
同样对于n型半导体,φB = φM − χS当中χS是半导体的电子亲合能(electron affinity),定义为真空能级和导带(CB)能级的差。
欧姆接触
7
为了将半导体器件与外部有效地联系起来, 必须首先在半导体和互连线之间制作接触。
早期结构是简单的AL/Si接触
Early structures were simple Al/Si contacts.
8
金属层和硅衬底形成什么接触?
12
常用的金属化材料
1.Al 是目前集成电路工艺中最常用的金属互连材料。 电阻率较低( 20℃时具有2.65µΩ -cm );工艺
简单; 易形成低阻欧姆接触。
13
铝互连
Via-4
Top Nitride
ILD-6
Metal-4 ILD-5
Metal-3 ILD-4
Bonding pad Metal-5 (Aluminum)
28
Silicide Polycide Salicide
这三个名词对应的应用应该是一样的,都是Байду номын сангаас用硅 化物来降低连接电阻。但生成的工艺是不一样的
29
硅化物 Silicide
Silicide就是金属硅化物,是由金属和 硅经过物理-化学反应形成的一种化合态, 其导电特性介于金属和硅之间
硅化物是一种具有热稳定性的金属化合 物,并且在硅/难熔金属的分界面具有低的 电阻率。在硅片制造业中,难熔金属硅化物 是非常重要的,因为为了提高芯片性能,需 要减小许多源漏和栅区硅接触的电阻。在铝 互连技术中,钛和钴是用于接触的普通难熔 金属。
30
Polycide和Salicide则是分别指对着不同的形 成Silicide的工艺流程,下面对这两个流程的 区别简述如下:
31
多晶硅上的多晶硅化物 Polycide
欧姆接触
Ti/Al/Ni/Au合金与GaN的欧姆接触
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 高稳定性
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 欧姆接触的特点是接触点不产 生明显的附加电阻
• 高稳定性
欧姆接触工艺的优势
• 低电阻
• 电阻不随温度、电流等改变而 改变 • 热稳定性高 • 金属电极与半导体电极的粘附 强度高,接触质量好
欧姆接触的实现
• 目标:在接触区域形成高掺杂,形成高的激活率、光滑的 表面以及较少的缺陷
• 传统N极SiC材料的制备
• 掺杂方式:离子注入 • 实现步骤:用高能量的离子打入半导体选择区域达到掺杂、 改性、退火和隔离等工序
欧姆接触的实现
• 剥离1)衬底上外延生长镓极性 是GaN 2. 将镓极性是GaN表面粘合到 Si(100) 3. 再将粘连 Si(100)的镓极性GaN倒 置,采用激光剥离工艺将 Si (111) 衬底剥离
• 高稳定性
欧姆接触的原理
W E0 EF
EF
E0
W
欧姆接触的原理
• 接触前:
E0
EF s EF m
Efm
Ws Wm Efs
欧姆接触的原理
• 接触时: • 半导体电势提高,金属电 势降低,直到二者费米能 级相平 • 其中:
Efm E0 Vms Wm Ws Efs
• Vms称为表面态中的电势 差
MEMS工艺 ——欧姆接触工艺
1
2 3 4 5
欧姆接触的概述 欧姆接触工艺的优势
欧姆接触的原理 欧姆接触的实现
欧姆接触工艺的进展和展望
欧姆接触的概述
• 定义:当金属与半导体接触并具有线性 的I-V特性或其接触电阻相对于半导体主 体可以忽略时称之为欧姆接触 • 肖特基接触:如果电流-电压特性曲线不 是线性的,这种接触便叫做肖特基接触 • 欧姆接触原理:任何相接触的固体的费 米能级必须相等,费米能级和真空能级 的差值称为功函数,因此接触的金属和 半导体具有不同的功函数。
欧姆接触
欧姆接触欧姆接触是指金属与半导体的接触,而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻,使得组件操作时,大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
欧姆接触在金属处理中应用广泛,实现的主要措施是在半导体表面层进行高掺杂或者引入大量复合中心。
概述简介欧姆接触指的是它不产生明显的附加阻抗,而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变。
条件欲形成好的欧姆接触,有二个先决条件:(1)金属与半导体间有低的势垒高度(Barrier Height)(2)半导体有高浓度的杂质掺入(N ≧10EXP12 cm-3)区别前者可使界面电流中热激发部分(Thermionic Emission)增加;后者则使半导体耗尽区变窄,电子有更多的机会直接穿透(Tunneling),而同时使Rc阻值降低。
若半导体不是硅晶,而是其它能量间隙(Energy Cap)较大的半导体(如GaAs),则较难形成欧姆接触 (无适当的金属可用),必须于半导体表面掺杂高浓度杂质,形成Metal-n+-n or Metal-p+-p等结构。
理论1任何两种相接触的固体的费米能级(Fermi level)(或者严格意义上,化学势)必须相等。
费米能级和真空能级的差值称作工函。
接触金属和半导体具有不同的工函,分别记为φM和φS。
当两种材料相接触时,电子将会从低工函一边流向另一边直到费米能级相平衡。
从而,低工函的材料将带有少量正电荷而高工函材料则会变得具有少量电负性。
最终得到的静电势称为内建场记为Vbi。
这种接触电势将会在任何两种固体间出现并且是诸如二极管整流现象和温差电效应等的潜在原因。
内建场是导致半导体连接处能带弯曲的原因。
明显的能带弯曲在金属中不会出现因为他们很短的屏蔽长度意味着任何电场只在接触面间无限小距离内存在。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与n型半导体相接触。
欧姆接触或肖特基势垒形成于金属与p型半导体相接触。
在经典物理图像中,为了克服势垒,半导体载流子必须获得足够的能量才能从费米能级跳到弯曲的导带顶。
欧姆接触-现代半导体物理
器件I-V的线性关系。对于器件电阻较高的情况下(例如LED器件 等),可以允许有较大的接触电阻。但是目前随着器件小型化的
发展,要求的接触电阻要更小。
2) 热稳定性要高:包括在器件加工过程和使用过程中的热稳定性 。在热循环的作用下,欧姆接触应该保持一个比较稳定的状态,
9.5 欧姆接触
欧姆接触电极的选择
由于金属的功函数一般小于5eV,因此能够满足以上要求的金属-半 导体组合很少,特别是对于P型的宽禁带半导体材料而言,由于功 函数很大,因此找不到合适的金属材料与之匹配形成欧姆接触。另 外,半导体材料的功函数将随着掺杂浓度及温度变化,因此功函数 的不确定性也对选择合适的金属电极材料带来一定的难度;还有, 这种金属-半导体接触还或多或少存在少子注入的现象。因此工艺 上通常通过形成金属-半导体化合物、隧道结、半导体同型结等方 法获得线性 I-V 特性的欧姆接触。
9.5 欧姆接触
定义:
1、当金属-半导体接触的接触区的I-V曲线是线性的,并且接触电 阻相对于半导体体电阻可以忽略不计时,则被定义为欧姆接触。 2、指金属与半导体的接触,而其接触面的电阻值远小于半导体本 身的电阻,使得组件操作时,大部分的电压降在活动区(Active region)而不在接触面。
3、不产生明显的附加阻抗,而且不会使半导体内部的平衡载流子浓 度发生显著的变化。
谢谢!
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9.5 欧姆接触
整流接触-肖特基势垒
非整流接触-欧姆接触
金属-半导体接触
{
肖特基接触的特点是接触 区的电流-电压特性是非线 性的,呈现出二极管的特 性,因而具有整流效应, 所以肖特基接触又叫整流 接触。欧姆接触的特点是 不产生明显的附加阻抗, 而且不会使半导体内部的 平衡载流子浓度产生明显 的改变。
欧姆接触技术
欧姆接触技术欧姆接触技术是一种用于测量电阻的方法。
它基于欧姆定律,即电流通过一个导体的大小与该导体两端的电压成正比。
这项技术被广泛应用于各种领域,包括电子工程、材料科学和物理学等。
一、原理介绍欧姆接触技术的原理非常简单。
根据欧姆定律,当一个导体上有电流通过时,该导体两端会产生一定的电压。
而根据欧姆定律的公式V = I * R,其中V表示电压,I表示电流,R表示电阻。
我们可以通过测量导体两端的电压和通过导体的电流来计算出导体的电阻。
二、应用领域1. 电子工程:在设计和制造各种类型的电子设备时,需要对元件和线路进行测试和验证。
欧姆接触技术可以帮助工程师测量元件和线路中的电阻,并确保它们符合设计要求。
2. 材料科学:在材料研究中,了解材料的电阻特性对于分析其性能至关重要。
欧姆接触技术可以用于测量不同材料的电阻,并帮助科学家研究材料的导电性和导热性等特性。
3. 物理学:在物理学实验中,欧姆接触技术被广泛应用于测量电路中各个元件的电阻。
这些实验可以帮助学生理解欧姆定律,并掌握基本的电路分析技能。
三、测量方法欧姆接触技术有多种测量方法,下面介绍两种常见的方法。
1. 两点法:这是最简单和最常用的方法。
它需要使用一个电流源和一个电压表。
将待测导体与电流源连接,使电流通过导体。
使用电压表测量导体两端的电压。
根据欧姆定律公式V = I * R,我们可以通过已知的电流值和测得的电压值计算出导体的电阻。
2. 四点法:这是一种更精确的测量方法,可以消除探针接触阻抗对结果造成的影响。
四点法需要使用两个探针作为电流引线,并将它们放置在待测导体上。
另外两个探针作为电压引线,并将它们放置在与待测导体相接触的导体上。
通过测量电压引线之间的电压和电流引线之间的电流,可以准确地计算出待测导体的电阻。
四、仪器设备欧姆接触技术需要使用一些仪器设备来进行测量。
常见的设备包括:1. 电流源:用于提供稳定的直流电流,通常具有可调节的电流范围和精度。
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解决spiking问题的方法
一种方法是在Al中掺入1-2% Si以满足溶解性 另一种方法是利用扩散阻挡层( Diffusion Barrier )
常用扩散阻挡层:TiN, TiW
较好的方法是采用阻挡层, Ti 或 TiSi2有好的接触和黏附 性,TiN 可作为阻挡层
16
2.铝的电迁移
• 当直流电流流过金属薄膜时,导电电子与金属离 子将发生动量交换,使金属离子沿电子流的方向迁移, 这种现象称为金属电迁移
侧墙氧化层 场氧化层
Silicon substrate
1. 有源硅区
钛硅反应区
2. 钛淀积
T成iSi2 形
3. 快速热退火处理
4. 去除钛
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The term salicide refers to a technology used in the microelectronics industry used to form electrical contacts between the semiconductor device and the supporting interconnect structure. The salicide process involves the reaction of a thin metal film with silicon in the active regions of the device, ultimately forming a metal silicide contact through a series of annealing and/or etch processes.
金属化与平坦化
1
概述
金属化将晶片上制成的各种元器件用互连金 属线连接起来构成具有各种功能的集成电路 的工艺。是芯片制造过程中在绝缘介质薄膜 上淀积金属薄膜,通过光刻形成互连金属线 和集成电路的孔填充塞的过程。
2
互连金属
3
4
在集成电路中金属薄膜主要用于 1.欧姆接触(Ohmic Contact) 2.肖特基接触(Schottky Barrier Contact) 3.低阻栅电极(Gate Electrode) 4.器件间互联(interconnect)
12
常用的金属化材料
1.Al 是目前集成电路工艺中最常用的金属互连材料。 电阻率较低( 20℃时具有2.65µΩ-cm );工艺
简单; 易形成低阻欧姆接触。
13
铝互连
Via-4
Top Nitride
ILD-6
Metal-4 ILD-5
Metal-3 ILD-4
Bonding pad Metal-5 (Aluminum)
由于在优化超大规模集成电路的性能方面,需要进一步 按比列缩小器件的尺寸,因此在源/漏和第一金属层之 间电接触的面积是很小的。这个小的接触面积将导致接 触电阻增加。一个可提供稳定接触结构、减小源/漏区 接触电阻的工艺被称为自对准硅化物技术。它能很好地 与露出的源、漏以及多晶硅栅的硅对准。许多芯片的性 能问题取决于自对准硅化物的形成(见下图)。
9
金属层和硅衬底的接触,既可以形成整流接触, 也可以形成欧姆接触,主要取决于半导体的掺杂 浓度及金-半接触的势垒高度
metal
Heavily doped N+ Si
Ohmic Contact
metal N- Si
Schottky Contact
金属/半导体的两种接触类型: 欧姆接触:具有线性和对称的V-I特性,且接
触电阻很小;
肖特基接触:相当于理想的二极管;
10
11
形成欧姆接触的方式
低势垒欧姆接触 一般金属Al和/pP-S型0i.势4半e垒V导高度体 的接触势垒较低
高复合欧姆接触半导体表面的晶体缺陷和高复合中心杂质
在半导体表面耗尽区中起复合中心作用
高掺杂欧姆接触
Al/N-Si势垒高度
0.7eV
需高掺杂欧姆接触
The term "salicide" is a compaction of the phrase self-aligned silicide. The description "self-aligned" suggests that the contact formation does not require lithographic patterning processes, as opposed to a non-aligned technology such as polycide. The term salicide is also used to refer to the metal silicide formed by the contact formation process, such as "titanium salicide", although this usage is inconsistent with accepted naming conventions in chemistry.
(5) 结构稳定,不发生电迁移及腐蚀现象 (6) 易刻蚀 (7) 制备工艺简单
7
为了将半导体器件与外部有效地联系起来, 必须首先在半导体和互连线之间制作接触。
早期结构是简单的AL/Si接触
Early structures were simple Al/Si contacts.
8
金属层和硅衬底形成什么接触?
自对准硅化物的主要优点是避免了对准误差。
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Salicide: 它的生成比较复杂,先是完成栅刻蚀及 源漏注入以后,以溅射的方式在POLY上淀积一层金 属层(一般为 Ti,Co或Ni),然后进行第一次快速 升温退火处理(RTA),使多晶硅表面和淀积的金属 发生反应,形成金属硅化物。
根据退火温度设定,使得其他绝缘层( Nitride 或 Oxide)上的淀积金属不能跟绝缘层反应产生不希望 的硅化物,因此是一种自对准的过程(does not require lithographic patterning processes)。
13 – 16 5 10
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铝铜合金
由于铝的低电阻率及其与硅片制造工艺的兼容性,因 此被选择为IC的主要互连材料。然而铝有众所周知的 电迁徒引起的可靠性问题。由于电迁徒,在金属表面 金属原子堆起来形成小丘(如图所示)如果大量的小 丘形成,毗邻的连线或两层之间的连线有可能短接在 一起。
当少量百分比的铜与铝形成合金,铝的电迁移现象会 被显著的改善。
1. 电阻率的减小:互连金属线的电阻率减小 可以减少信号的延迟,增加芯片速度。
2. 功耗的减少:减小了电阻,降低了功耗。
3. 更高的集成密度:更窄的线宽,允许更高 密度的电路集成,这意味着需要更少的金 属层。
4. 良好的抗电迁移性能:铜不需要考虑电迁 徒问题。
5. 更少的工艺步骤:用大马士革 方法处理铜 具有减少工艺步骤 20% to 30 %的潜力。
24
对铜的挑战
与传统的铝互连比较,用铜作为半导体互连主要涉 及三个方面的挑战,这些挑战明显不同于铝技术, 在铜应用与IC互连之前必须解决: 1. 铜快速扩散进氧化硅和硅,一旦进入器件的有源区, 将会损坏器件。 2. 应用常规的等离子体刻蚀工艺,铜不能容易形成图 形。干法刻蚀铜时,在它的化学反应期间不产生挥 发性的副产物,而这对于经济的干法刻蚀是必不可 少的。 3. 低温下(<200℃)空气中,铜很快被氧化,而且不 会形成保护层阻止铜进一步氧化。
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3. Al 与二氧化硅的反应
4Al+3SiO22Al2O3+3Si 会使铝穿透下面的SiO2绝缘层,导致电极间 的短路失效。
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பைடு நூலகம்
合金化
合金化的目的是使接触孔中的金属与硅之间形成低 阻欧姆接触,并增加金属与二氧化硅之间的附着力
在硅片制造业中,常用的各种金属和金属合金
铝 铝铜合金 铜 硅化物 金属填充塞 阻挡层金属
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Polycide :其一般制造过程是,栅氧化层 完成以后,继续在其上面生长多晶硅 (POLY-SI),然后在POLY上继续生长金属 硅化物(silicide),其一般为 WSi2 (硅化钨)和 TiSi2 (硅化钛)薄膜,然 后再进行栅极刻蚀和有源区注入等其他工 序,完成整个芯片制造。
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自对准硅化物 salicide
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金属化的几个术语
接触(contact):指硅芯片内的器件与第一层金属层之 间在硅表面的连接
互连(interconnect):由导电材料,(如铝,多晶硅或 铜)制成的连线将电信号传输到芯片的不同部分
通孔(via):通过各种介质层从某一金属层到相邻的另 一金属层形成电通路的开口
“填充薄膜”:是指用金属薄膜填充通孔,以便在两金属 层之间形成电连接。
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钽作为铜的阻挡层金属:对于铜互连冶金术来说,钽 (Ta) 、氮化钽和钽化硅都是阻挡层金属的待选材料,阻 挡层厚度必须很薄(约75埃),以致它不影响具有高深宽 比填充薄膜的电阻率而又能扮演一个阻挡层的角色。
钽 铜
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可接受的阻挡层金属的基本特征:
1. 有很好的阻挡扩散作用; 2. 高导电率具有很低的欧姆接触电阻; 3. 在半导体和金属之间有很好的附着; 4. 抗电迁移 5. 在很薄的并且高温下具有很好的稳定性; 6. 抗侵蚀和氧化。
然后再用一种选择性强的湿法刻蚀(NH4OH/H2O2/H20或 H2SO4/H2O2的混合液)清除不需要的金属淀积层,留下 栅极及其他需要做硅化物的salicide。
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自对准硅化物工艺 Salicide
Self-aligned silicide (“salicide”) process
多晶硅 有源硅区
层间介质(ILD:Inner Layer Dielectric ):是绝缘材