CN102832238A - 一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件及其制作方法 - Google Patents

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郑柳
刘胜北
黄亚军
樊中朝
季安
杨富华
孙国胜
欧阳忠
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Abstract

本发明公开了一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件及其制作方法。该器件包括：碳化硅、在碳化硅表面沉积的欧姆接触层、以及在欧姆接触层上沉积的保护层，所述的保护层为氮化钛。该制作方法包括：一、提供具有洁净表面的碳化硅；二、在碳化硅表面上淀积欧姆接触层；三、在欧姆接触层上淀积氮化钛，形成欧姆接触的保护层；四、对器件进行退火。本发明应用氮化钛（TiN）作为欧姆接触的保护层。首先，TiN在高温下很好的抗氧化性能，可以防止欧姆接触退火以及后续的工艺的过程中欧姆接触部分氧化失效。其次，室温下TiN具有很高的化学稳定性，最后，TiN的硬度高，机械性能好，可以对欧姆接触层形成很好的防护作用，防止各种物理作用对欧姆接触的损伤。

Description

一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及碳化硅器件技术领域，尤其涉及一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件及其制作方法。
背景技术：
碳化硅（SiC）作为第三代半导体材料，具有着高的禁带宽度（2.4-3.3eV）、高的热导率（5-7W·cm-1K-1）、高的临界击穿电场（＞2×105V·cm-1）、与硅（Si）相当的电子迁移率、化学性能稳定、高硬度、耐摩擦、以及抗辐射等一系列的优点，在高温、高频、大功率等方面有着广泛的应用。
欧姆接触作为半导体制造中的一种关键工艺技术，它的目的是使得半导体材料施加电压时接触处的压降足够小，以至于不影响器件的性能。如果欧姆接触电阻的可靠性差，会使得器件的开态电阻升高，严重时会引起器件的失效。SiC欧姆接触制备，由于需要高的退火温度，在器件的制备过程中，需要提前制备，以防止高温退火工艺对后续工艺的影响。但是后续工艺中的一些化学为、物理作用，也会形成对SiC欧姆接触的破坏，所以要对欧姆接触处进行保护，防止后续工艺以及器件使用中对于欧姆接触的损伤。
目前，SiC上欧姆接触层通常为金属或者合金。但是这些物质通常面临着硬度低，易被机械损伤；耐腐蚀性差，容易被后续工艺腐蚀污染；抗氧化能力弱，高温工艺中易被氧化等诸多缺点。这些缺点都会引起欧姆接触的损伤，造成欧姆接触电阻升高，甚至失效，使器件的可靠性降低。本发明人经过不断实验，提出一种用氮化钛作为欧姆接触保护层的技术方案。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题就在于克服现有技术的不足，提供一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件及其制作方法。通过该方法形成的保护层可对碳化硅欧姆接触进行保护，提高欧姆接触的物理化学性能，简化后续工艺中对欧姆接触保护步骤，提高器件的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明所述的具有欧姆接触保护层的碳化硅器件采用了下述技术方案：该器件包括：碳化硅、在碳化硅表面沉积的欧姆接触层、以及在欧姆接触层上沉积的保护层，所述的保护层为氮化钛。
进一步而言，上述技术方案中，所述的碳化硅用于形成欧姆接触的表面采用N型掺杂或者P型掺杂，掺杂浓度至少为1×1015cm-3。
进一步而言，上述技术方案中，所述的欧姆接触层所淀积的物质为金属、合金以及化合物中的一种或者几种。
本发明所述的具有欧姆接触保护层的碳化硅器件的制作方法采用了下述技术方案：该制作方法包括以下步骤：步骤一：提供具有洁净表面的碳化硅；步骤二：在碳化硅表面上淀积欧姆接触层；步骤三：在欧姆接触层上淀积氮化钛，形成欧姆接触的保护层；步骤四：对器件进行退火，最终形成具有欧姆接触保护层的碳化硅器件。
进一步而言，上述技术方案中，所述步骤一中碳化硅用于形成欧姆接触的表面采用N型掺杂或者P型掺杂，其掺杂浓度至少为1×1015cm-3。
进一步而言，上述技术方案中，所述步骤二中所淀积的欧姆接触层所淀积的物质为金属、合金以及化合物中的一种或者几种。
进一步而言，上述技术方案中，所述步骤三中淀积的氮化钛厚度为100—5000埃。
进一步而言，上述技术方案中，所述步骤三中氮化钛淀积采用直流磁控溅射、反应磁控溅射、射频磁控溅射、低压化学汽相淀积、金属有机物化学气相淀积、离子束辅助沉积法中任意一种方法。
进一步而言，上述技术方案中，所述步骤四中退火温度范围为300—1200℃，并且退火在惰性气体的保护气氛中进行。
进一步而言，上述技术方案中，所述的惰性气体为：N2或Ar。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：
本发明应用氮化钛（TiN）作为欧姆接触的保护层。首先，TiN在高温下很好的抗氧化性能，可以防止欧姆接触退火以及后续的工艺的过程中欧姆接触部分氧化失效。其次，由于室温下TiN具有很高的化学稳定性，很难与水、水蒸气、盐酸、硫酸、磷酸反应，微溶于HF酸、HNO3，这就为欧姆接触层提供了很好的阻挡层，防止工艺工程对欧姆接触层的腐蚀作用，也简化了后续的腐蚀工艺对于欧姆接触的特殊保护。最后，TiN的硬度高，机械性能好，可以对欧姆接触层形成很好的防护作用，防止各种物理作用对欧姆接触的损伤。
附图说明：
图1是本发明的剖面结构示意图；
图2是本发明实施实例中原始的N型4H-SiC衬底以及上面的绝缘层SiO2的剖面示意图；
图3是本发明实施实例中N型4H-SiC在光刻并刻蚀掉欧姆接触部分SiC上的SiO2后的剖面示意图；
图4是本发明实施实例中N型4H-SiC上溅射完欧姆接触层和TiN保护层后的剖面示意图；
图5是本发明实施例中退火完成后，采用光刻技术刻蚀掉不需要的部分后的剖面示意图。
具体实施方式：
见图1所示，本发明的器件包括：碳化硅1、在碳化硅1表面沉积的欧姆接触层2、以及在欧姆接触层2上沉积的保护层3，所述的保护层3为氮化钛。
所述的碳化硅1用于形成欧姆接触的表面采用N型掺杂或者P型掺杂，掺杂浓度至少为1×1015cm-3。
所述的欧姆接触层2所淀积的物质为金属、合金以及化合物中的一种或者几种。例如欧姆接触层2可采用的物质为：镍、铝等。
本发明的制作方法为：
步骤一：提供具有洁净表面的碳化硅（SiC）1；
步骤二：在碳化硅1表面上淀积欧姆接触层2；
步骤三：在欧姆接触层2上淀积氮化钛（TiN），形成欧姆接触的保护层3；
步骤四：对欧姆接触进行高温退火。
其中步骤一中所提供的SiC欧姆接触表面既可以为N型掺杂也可以为P型掺杂，欧姆接触位置的掺杂浓度至少为1×1015cm-3。
其中步骤二中的欧姆接触层2所淀积的物质为金属、合金以及化合物中的一种或者几种。
其中步骤三中淀积的TiN的厚度为
Figure BDA00002148848800041
所采用的淀积方法可以采用直流磁控溅射、反应磁控溅射、射频磁控溅射、低压化学汽相淀积（APCVD）、金属有机物化学气相淀积（MOCVD）、离子束辅助沉积法（IBAD）等各种淀积方法进行沉积。
其中步骤四中的退火温度可以从300℃变化到1200℃，在惰性气体（如N2、Ar等）的保护气氛中进行。
下面结合具体实施例对本发明制作方法进行进一步的说明。见图2-4所示，本实施例制作过程如下：
首先，提供用一种碳化硅1，该碳化硅1为N型半导体4H-SiC 11，其上具有一层绝缘层氧化硅（SiO2）12。然后采用RCA标准清洗碳化硅1的表面，如图2所示。RCA是一种最普遍使用的湿式化学清洗法。
其次，制作光刻版，采用紫外曝光技术，在碳化硅1的表面制作预期的欧姆接触电极图案后，采用BOE缓冲液刻蚀掉欧姆接触部分碳化硅1上的SiO2 12，即将SiO2 12通过刻蚀工艺后形成一种电极图案，如附图3所示。
接着，采用射频磁控溅射技术在碳化硅1的表面淀积一层镍（Ni）金属，做欧姆接触层2，在Ni上继续采用射频磁控溅射技术在欧姆接触层2的表面淀积一层TiN，作为欧姆接触的保护层3，淀积完成后结构如附图4所示。
然后，在N2气氛的快速退火炉中对欧姆接触进行快速退火，具有欧姆接触保护层3的欧姆接触。
最后，再次制作第二个光刻板，然后采用紫外曝光技术，在保护层3上制作出欧姆接触电极的上层图案4，采用剥离技术去除保护层2中不需要的TiN，以及欧姆接触层2中不需要的Ni，最后形成如附图5所示结构。这样就完成了SiC的欧姆接触以及TiN保护层的制作过程。
当然，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并非来限制本发明实施范围，凡依本发明申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本发明申请专利范围内。

Claims (10)

1.一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件，其特征在于：该器件包括：碳化硅（1）、在碳化硅（1）表面沉积的欧姆接触层（2）、以及在欧姆接触层（2）上沉积的保护层（3），所述的保护层（3）为氮化钛。
2.根据权利要求1所述的一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件，其特征在于：所述的碳化硅（1）用于形成欧姆接触的表面采用N型掺杂或者P型掺杂，掺杂浓度至少为1×1015cm-3。
3.根据权利要求1所述的一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件，其特征在于：所述的欧姆接触层（2）所淀积的物质为金属、合金以及化合物中的一种或者几种。
4.一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件的制作方法，其特征在于：该制作方法包括以下步骤：
步骤一：提供具有洁净表面的碳化硅（1）；
步骤二：在碳化硅（1）表面上淀积欧姆接触层（2）；
步骤三：在欧姆接触层（3）上淀积氮化钛，形成欧姆接触的保护层（3）；
步骤四：对器件进行退火，最终形成具有欧姆接触保护层（3）的碳化硅器件。
5.根据权利要求4所述的一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件的制作方法，其特征在于：所述步骤一中碳化硅（1）用于形成欧姆接触的表面采用N型掺杂或者P型掺杂，其掺杂浓度至少为1×1015cm-3。
6.根据权利要求4所述的一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件的制作方法，其特征在于：所述步骤二中所淀积的欧姆接触层（2）所淀积的物质为金属、合金以及化合物中的一种或者几种。
7.根据权利要求4所述的一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件的制作方法，其特征在于：所述步骤三中淀积的氮化钛厚度为100—5000埃。
8.根据权利要求4所述的一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件的制作方法，其特征在于：所述步骤三中氮化钛淀积采用直流磁控溅射、反应磁控溅射、射频磁控溅射、低压化学汽相淀积、金属有机物化学气相淀积、离子束辅助沉积法中任意一种方法。
9.根据权利要求4所述的一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件的制作方法，其特征在于：所述步骤四中退火温度范围为300—1200℃，并且退火在惰性气体的保护气氛中进行。
10.根据权利要求9所述的一种具有欧姆接触保护层的碳化硅器件的制作方法，其特征在于：所述的惰性气体为：N2或Ar。
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