欧姆接触工艺

欧姆接触工艺是指形成欧姆接触的工艺技术。金属半导体欧姆接触的制作总体上可以分为两种方式：离子注入与外延。离子注入是从源材料中产生带正电荷的杂质离子，外延技术是在衬底上生长一层单晶层。

欧姆接触金属与半导体形成欧姆接触是指在接触处是一个纯电阻，而且该电阻越小越好，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。因此，其I-V特性是线性关系，斜率越大接触电阻越小，接触电阻的大小直接影响器件的性能指标。

欧姆接触的接触界面总有一个附加的电阻，即是金属与半导体间的界面电阻。接触区一般包括金属层、金属与半导体的界面和半导体结。实际测定时，还有各种寄生电阻带入。为了消除测试时用的探针和金属间的电阻，可以在测试时将电流和电压探针分开和使用高阻抗的数字电压表来达到；但是诸如界面下有电流弯曲、边缘电流聚集、电流扩展等引入的附加电阻以及工艺过程中的沾污或损伤等引入的电阻，这些附加电阻不可能完全避免。这些附加电阻和两个接触点间的体电阻值在所测总电阻值中会占有相当大的比重，甚至可能超过接触电阻值。为了精确测定比接触电阻值，需要建立精确的模型来测定电阻值。1

研究现状20世纪中叶，在世界范围了掀起了一扬以集成电路的研究与应用为主的电子工业革命。随后，集成电路集成度与性能的发展基本符合着摩尔定律。随着对器件需求的不同，半导体器件的发展热潮逐步由二极管、晶体管、晶闸管、太阳能电池等向着高功率、高频率、高温度的器件以及具有特定功能的高精度、高可靠性的MEMS器件发展。所以诸多半导体材料被相继开发应用，包括Si、SiC、GaAs、GaN等等。至此，不同半导体基底的欧姆接触研究也就登上了历史的舞台。

SiC材料的欧姆接触研究从20世纪50、60年代就已经开始，当时的市场需求相对较小。但是随着最近部分器件的应用需求趋向高温、高能、高压、高频等方向，而半导体行业中常用的Si与GaAs等由于本身性质的原因而不能胜任。半导体的学稳定性、SiC材料却具备着一系列的优点，比如宽带隙、高热导率、而作为第三代较好的物理化较高的雪崩临界击穿电场、较高载流子漂移率、良好的热稳定性和与外延材料比较好的晶格匹配等等。

Si材料的欧姆接触广泛研究也是从20世纪50、60年代开始。Si作为第一代半导体材料，具有很多优点:其一，在大自然中存在大量的Si元素；其二，具有比较高的熔化温度，所以不存在工艺热预算问题；其三，Si工艺日渐成熟;其四，Si很容易被氧化，形成二氧化硅，其性能稳定，在Si制备过程中，可以作为比较好的掩膜层或者绝缘层。基于这么多的优点，Si材料器件被广泛研究应用，包括pn结二极管、肖特基二极管、晶体管、 CMOS、三极管、晶闸管、场效应管和各种集成电路（芯片和CPU），并且被广泛用于MEMS/NEMS中。而Si的欧姆接触在其中充当着电路连接的作用或者根据金属半导体的接触能带特性制备的二极管等等。

相关工艺方式金属与半导体的欧姆接触研究从集成电路工艺发展时就已经开始。对于合适的金属半导体欧姆接触的制作，总体上可以分为两种方式：离子注入与外延。离子注入是从源材料中产生带正电荷的杂质离子，这些杂质离子经过电场的加速获得足够的能量，这样，杂质离子就能进入到目标晶格中，再经过热退火的过程，激活这些杂质离子，从而实现基底材料的杂质掺杂。由于离子注入可以精确控制注入杂质的浓度和深度，所以也更加适应器件尺寸越来越小的摩尔定律，所以离子注入在工艺过程中有着不可取代的作用。然而，离子注入也有一些缺点，其一便是高能量的杂质离子轰击到衬底上，尽管经过退火的修复，仍然会引起晶格损伤；此外，离子注入对杂质离子的高精度控制必然带来离子注入机的复杂性。外延技术是在衬底上生长一层单晶层，根据向衬底输送原子的方式基本可以分为三种方式：固相外延（Solid Phase Exitaxy，SPE）、气相外延（Vapor Phase Exitaxy，VPE）和液相外延（Liquid Phase Exitaxy，LPE）。与离子注入不同的是，根据不同的外延方式，可以选择不同的仪器或者方法来进行外延，比如针对VPE的方式，可以采用不同的气相反应炉或者一些CVD仪器，而对于LPE的方式而言，我们就可以采取液相反应炉或者合金的方式等等。所以，相对离子注入方式而言，外延的设备相对简单而且对于衬底的损伤也要小很多。

本词条内容贡献者为:

张静 - 副教授 - 西南大学