CN103578960A - 一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，该方法是在SiC衬底背面上依次蒸发金属Ni、Ti和Ni，并对衬底-金属层进行高温退火处理。金属Ni、Ti和Ni的厚度分别为20nm、20nm和100nm。本发明可应用于SiC JBS肖特基二极管的背面欧姆接触与SiC MOSFET的背面欧姆接触的制备，以及其它类似SiC器件的背面欧姆接触。本发明采用Ni/Ti/Ni混合金属组分，采用高温退火的方式得到致密而且接触面比较平滑的欧姆接触，减小界面处空洞的存在，并且提高与加厚金属的粘附性，欧姆接触电阻率达到与采用纯Ni金属制备欧姆接触相当的水平。
Description
技术领域
本发明涉及欧姆接触制备技术领域，特别是一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，可应用于SiC JBS肖特基二极管的欧姆接触，与SiCMOSFET的背面欧姆接触制备，以及其他类似的垂直结构的SiC器件欧姆接触制备。
背景技术
碳化硅(SiC)作为新一代宽禁带半导体材料，越来越引起人们的重视，它具有大禁带宽度、高临界击穿场强、高电子迁移率、高热导率等特点，在国际上受到广泛关注。目前SiC基JBS器件已经在电力电子领域得到广泛应用。
SiC基JBS器件中欧姆接触是影响器件性能的关键工艺，形成欧姆接触可以有效减掉导通电阻，减小大电流工作下的损耗。
目前常规欧姆接触制作的SiC基JBS器件，通常的工艺采取背面采用纯Ni金属制作欧姆接触。
本发明人在实践中发现虽然现有技术采用纯Ni金属能够得到欧姆接触，但存在以下缺陷，第一，形成欧姆接触之后会有大量的碳元素存在接触面与表面。第二，生成的欧姆接触接触面很粗糙。第三，界面处存在大量的空洞，并且界面处存在内部应力的问题。第四，Ni/SiC退火之后，表面也会变得很粗糙，甚至部分SiC衬底露出来。第五，由于碳元素运动到表面，金属加厚之后，加厚的金属粘附性不好，稳定性差，高温后容易脱落。第六，采用Ni/SiC形成欧姆接触，界面处会变宽，形成的欧姆接触成蓬松壮。
由此可见，上述现有的SiC上欧姆接触制备方法显然仍存在有缺陷，而亟待加以进一步改进。本发明人基于从事此类产品设计制造的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新的应用在SiC材料上的欧姆接触制备方法，能够改进一般现有的制备方法，使其更具有实用性。
本发明采用蒸发Ni/Ti/Ni多层金属，用N2氛围下的退火工艺进行欧姆合金，已达到与纯Ni金属合金相当水平的欧姆接触。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，制备的欧姆接触与纯Ni相当的欧姆接触，但欧姆接触接触面得到较大改善，提高与加厚金属的粘附性。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，该方法是在SiC衬底背面上依次蒸发金属Ni、Ti和Ni，并对衬底-金属层进行高温退火处理。
上述方案中，所述金属Ni、Ti和Ni的厚度分别为20nm、20nm和100nm。
上述方案中，所述在SiC衬底背面上依次蒸发金属Ni、Ti和Ni之前，还包括：去除SiC衬底背面的自然氧化层；以及对SiC衬底烘干以去除水汽。
上述方案中，所述去除SiC衬底背面的自然氧化层，首先采用缓冲氢氟酸腐蚀液，去除自然氧化层，然后进行清洗。
上述方案中，所述对SiC衬底烘干以去除水汽，是使用115摄氏度的热板，烘干时间10分钟。
上述方案中，所述对衬底-金属层进行高温退火处理，退火氛围采用N2气氛，采用阶段式快速升温和快速降温退火。
上述方案中，所述采用阶段式快速升温和快速降温退火，包括：常温升到300度，维持1分钟，经历100秒，升到1050度，维持2分钟，降温到500度，自然降温到室温取出。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明至少具有下列优点：
1、本发明提供的这种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，由于采用Ni/Ti/Ni金属制备欧姆接触能达到3.32×10-5Ω·cm2，所以可以在SiC材料上制作良好的欧姆接触。
2、本发明提供的这种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，由于采用Ni/Ti/Ni合金制备欧姆接触，可以抑制碳元素石墨化的过程，所以有效降低了欧姆接触界面处的粗糙度。
3、本发明提供的这种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，由于采用Ni/Ti/Ni组分金属，中间Ti金属可以与C元素反应形成TiC。所以消除Ni/SiC形成欧姆接触时产生的自由碳元素。
4、本发明提供的这种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，由于采用Ni/Ti/Ni金属，Ti可以在一定程度上抑制Ni与SiC过于激烈的反应。所以有效的减少了Ni/SiC接触面处的空洞。
5、本发明提供的这种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，由于没有自由形式的碳元素在表面，所以可以提高与加厚金属的粘附性。
附图说明
图1为本发明提供的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法流程图。
图2为本发明提供的欧姆接触退火工艺的升温降温曲线图。
图3为将本发明在SiC衬底背面制备的欧姆接触应用于SiC JBS肖特基二极管背面的示意图。
图4为将本发明在SiC衬底背面制备的欧姆接触应用于SiC MOSFET背面的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明提供的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，是在SiC衬底背面上依次蒸发金属Ni、Ti和Ni，并对衬底-金属层进行高温退火处理。其中，金属Ni、Ti和Ni的厚度分别为20nm、20nm和100nm。在SiC衬底背面上依次蒸发金属Ni、Ti和Ni之前，还包括：去除SiC衬底背面的自然氧化层；以及对SiC衬底烘干以去除水汽。所述去除SiC衬底背面的自然氧化层，首先采用缓冲氢氟酸腐蚀液，去除自然氧化层，然后进行清洗。所述对SiC衬底烘干以去除水汽，是使用115摄氏度的热板，烘干时间10分钟。所述对衬底-金属层进行高温退火处理，退火氛围采用N2气氛，采用阶段式快速升温和快速降温退火。所述采用阶段式快速升温和快速降温退火，包括：常温升到300度，维持1分钟，经历100秒，升到1050度，维持2分钟，降温到500度，自然降温到室温取出。
如图1所示，图1为本发明提供的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法流程图，该方法包括：
步骤1：清洗半导体芯片；
将半导体芯片依次用丙酮、乙醇、水清洗干净。
步骤2：去除自然氧化层；
采用缓冲氢氟酸腐蚀液，腐蚀液配比为NH4F∶HF＝6∶1，去除自然氧化层，腐蚀时间30秒，使用去离子水冲洗干净，吹干。将芯片放到热板上，使用115摄氏度的烘箱，烘干时间10分钟。
步骤3：蒸发Ni/Ti/Ni＝20/20/100nm；
放入真空蒸发台蒸发Ni/Ti/Ni的厚度分别为20/20/100nm。
步骤4：欧姆合金退火；
将步骤3中蒸发好金属的芯片放入退火炉中，使用N2氛围退火，通入N2流量2.5L/min。欧姆合金的工艺过程如图2所示。
图2示出了本发明提供的欧姆接触退火的升温降温曲线图，主要包括：
步骤1：从常温升温至300摄氏度，升温速度为27℃/s，经历时间10s。
步骤2：温度达到300度后，维持1min。
步骤3：从300摄氏度升温至1050摄氏度，升温速度7.5℃/s，经历时间100s.
步骤4：温度达到1050度后，维持2min。
步骤5：从1000摄氏度降温至500摄氏度，降温速度1.8℃/s，经历时间300s.
步骤6：从500摄氏度自然降温至100度以下，取出。
按照以上所述工艺制作出来的欧姆接触，退火后蒸发的金属由肖特基接触转变为欧姆接触，欧姆接触电阻率达到3.32×10-5Ω·cm2。形成的欧姆接触比电阻与纯Ni金属形成的欧姆接触达到了相同的数量级。能够满足SiC器件欧姆接触的要求。
实施例
一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：清洗半导体芯片；将半导体芯片依次用丙酮、乙醇、水清洗干净。
步骤2：腐蚀自然氧化层，并烘干；首先采用缓冲氢氟酸腐蚀液，腐蚀液配比为NH4F∶HF＝6∶1，去除自然氧化层，腐蚀时间30sec，然后进行常规清洗；使用115摄氏度的热板，烘干时间10分钟。
步骤3：蒸发Ni/Ti/Ni多层金属；SiC衬底蒸发Ni/Ti/Ni厚度为20/20/100nm的金属。蒸发台条件如下，温度：100摄氏度，压力：20mTorr。
步骤4：将蒸发完金属层的衬底放入退火炉中；蒸发金属后的衬底放入退火炉中，使用N2氛围退火，通入N2流量2.5L/min。
步骤5：升温至300度；从常温升温至300摄氏度，经历时间10s，升温速率为27℃/s。
步骤6：300度保持1min；温度达到300度后，维持1min。
步骤7：继续升温至1050度；从300摄氏度升温至1050摄氏度，升温速度7.5℃/s，经历时间100s。
步骤8：1050度保持2min；温度达到1050度后，维持2min。
步骤9：降温至500度；从1050摄氏度降温至500摄氏度，降温速度1.8℃s，经历时间300s。
步骤10：自然降温，后取出；从500摄氏度自然降温至100度以下，取出。
基于本实施例制作的欧姆接触，退火后蒸发的金属由肖特基接触转变为欧姆接触，欧姆接触电阻率达到3.32×10-5Ω·cm2。形成的欧姆接触电阻率与纯Ni金属形成的欧姆接触电阻率达到了相同的数量级。
利用本发明在SiC衬底材料背面制备的欧姆接触，可应用于SiC JBS肖特基二极管的背面欧姆接触(如图3所示)与SiC MOSFET的背面欧姆接触(如图4所示)的制备，以及其它类似SiC器件的背面欧姆接触。该SiC JBS肖特基二极管与SiC MOSFET包括正面p+注入掺杂、衬底背面欧姆接触结构，所述的衬底为碳化硅衬底，所述的欧姆接触在碳化硅晶圆背面，该欧姆接触金属采用Ni/Ti/Ni混合金属组份，所述欧姆接触层与所述的衬底接触。本发明采用Ni/Ti/Ni混合金属组分，采用高温退火的方式，得到致密而且接触面比较平滑的欧姆接触，减小界面处空洞的存在，并且提高与加厚金属的粘附性，欧姆接触电阻率达到与采用纯Ni金属制备欧姆接触相当的水平。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，该方法是在SiC衬底背面上依次蒸发金属Ni、Ti和Ni，并对衬底-金属层进行高温退火处理。
2.根据权利要求1所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述金属Ni、Ti和Ni的厚度分别为20nm、20nm和100nm。
3.根据权利要求1所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述在SiC衬底背面上依次蒸发金属Ni、Ti和Ni之前，还包括：
去除SiC衬底背面的自然氧化层；以及
对SiC衬底烘干以去除水汽。
4.根据权利要求1所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述去除SiC衬底背面的自然氧化层，首先采用缓冲氢氟酸腐蚀液，去除自然氧化层，然后进行清洗。
5.根据权利要求1所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述对SiC衬底烘干以去除水汽，是使用115摄氏度的热板，烘干时间10分钟。
6.根据权利要求1所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述对衬底-金属层进行高温退火处理，退火氛围采用N2气氛，采用阶段式快速升温和快速降温退火。
7.根据权利要求6所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述采用阶段式快速升温和快速降温退火，包括：
常温升到300度，维持1分钟，经历100秒，升到1050度，维持2分钟，降温到500度，自然降温到室温取出。
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