CN105448673B - 一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法 - Google Patents

一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，包括在碳化硅片的正面制作正面碳膜；在所述碳化硅片的背面制作背面碳膜；对所述碳化硅片进行高温退火，激活所述碳化硅片中的注入杂质；去除所述正面碳膜和所述背面碳膜；去除所述碳化硅片背面的氧化层；在所述碳化硅片的背面生长背面金属并进行退火，形成欧姆接触。由于在对碳化硅片进行高温退火之前，制作背面碳膜，与碳化硅背面Si‑C悬挂键形成C‑Si‑C键，从而固定Si原子，抑制Si原子的升华，增加碳化硅背面Si原子浓度，使得金属易与碳化硅背面反应形成低阻层化合物，能够避免高温退火激活工艺中在碳化硅器件背面形成高阻的富碳层，使器件背面具有活泼的化学性质，有利于背面欧姆接触的形成。

Description

一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，特别是涉及一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法。
背景技术
作为第三代半导体材料，碳化硅(SiC)可用于制作半导体器件和集成电路，具有禁带宽度大、击穿电场高、饱和电子漂移速率高、热导率高以及化学性质稳定等特点，使碳化硅基功率器件在高压、高温、高频、大功率和强辐射等领域都有广泛的应用前景。其中，碳化硅器件背面欧姆接触是影响器件正向性能的重要方面，欧姆接触是指金属与半导体(如碳化硅)的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体(碳化硅)本身的电阻，使得器件工作时，大部分的电压降在半导体(碳化硅)内而不在接触面。
在背面欧姆接触的制作中，目前的普遍做法是在离子注入并高温退火激活后，进行背面镍(Ni)溅射并在高温下进行欧姆合金退火，形成SiC器件背面欧姆接触。其中，离子注入过程是通过高能离子挤进碳化硅内部，而高温退火激活是利用高温退火的方式，使离子注入的杂质替位到碳化硅晶格中，发挥电作用。
然而，在现有的碳化硅器件制造过程中，上述高温退火激活工艺的温度范围为1500至2000℃，会使碳化硅背面的Si-C悬挂键断裂，导致Si原子升华，最终碳化硅背面形成高电阻率的富碳层，这种富碳层化学性质非常稳定，难以去除且难与金属反应形成低电阻率的化合物，使得背面形成欧姆接触的难度增加。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，能够避免高温退火激活工艺中在碳化硅器件背面形成高阻的富碳层，使器件背面具有活泼的化学性质，有利于背面欧姆接触的形成。
本发明提供的一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，包括：
在碳化硅片的正面制作正面碳膜；
在所述碳化硅片的背面制作背面碳膜；
对所述碳化硅片进行高温退火，激活所述碳化硅片中的注入杂质；
去除所述正面碳膜和所述背面碳膜；
去除所述碳化硅片背面的氧化层；
在所述碳化硅片的背面生长背面金属并进行退火，形成欧姆接触。
优选的，在上述碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法中，所述在所述碳化硅片的背面制作背面碳膜为：
将所述碳化硅片的正面与单晶硅片接触，在所述碳化硅片的背面制作背面碳膜。
优选的，在上述碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法中，所述在所述碳化硅片的背面制作背面碳膜为：
在所述碳化硅片的背面利用PECVD方式或溅射方式制作厚度范围为0.01微米至1微米的背面碳膜。
优选的，在上述碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法中，所述在碳化硅片的正面制作正面碳膜为：
在所述碳化硅片的正面旋涂厚度范围为1微米至3微米的光敏有机物，并在惰性气体的气氛中进行温度范围为150℃至1000℃的碳化，形成所述正面碳膜，或者利用PECVD工艺或溅射工艺在所述碳化硅片的正面制作厚度范围为0.01微米至1微米的正面碳膜。
优选的，在上述碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法中，所述对所述碳化硅片进行高温退火为：
将所述碳化硅片升温至1500℃至2000℃进行高温退火。
优选的，在上述碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法中，所述去除所述正面碳膜和所述背面碳膜为：
在温度范围为800℃至1000℃的氧气氛围中，去除所述正面碳膜和所述背面碳膜，或者在射频或微波频率下进行辉光放电形成氧等离子体，去除所述正面碳膜和所述背面碳膜。
优选的，在上述碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法中，所述去除所述碳化硅片背面的氧化层为：
利用氢氟酸溶液去除所述碳化硅片背面的氧化层。
优选的，在上述碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法中，所述在所述碳化硅片的背面生长背面金属为：
利用溅射工艺或蒸发工艺在所述碳化硅片的背面生长厚度范围为100纳米至500纳米的金属镍。
优选的，在上述碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法中，所述退火为：
将所述碳化硅片升温至900℃至1050℃，并保持1分钟至10分钟。
通过上述描述可知，本发明提供的上述碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，由于在对所述碳化硅片进行高温退火之前，在所述碳化硅片的背面制作背面碳膜，所述背面碳膜与碳化硅背面的Si-C悬挂键形成C-Si-C键从而固定了Si原子，这就抑制了Si原子的升华，增加了碳化硅背面的Si原子浓度，使得金属易与碳化硅背面反应形成低阻化合物，能够避免高温退火激活工艺中在碳化硅器件背面形成高阻的富碳层，使器件背面具有活泼的化学性质，有利于背面欧姆接触的形成。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的第一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法的示意图；
图2为本申请实施例提供的第二种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法的示意图。
具体实施方式
本发明的核心思想在于提供一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，能够避免高温退火激活工艺中在碳化硅器件背面形成高阻的富碳层，使器件背面具有活泼的化学性质，有利于背面欧姆接触的形成。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供的第一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法如图1所示，图1为本申请实施例提供的第一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法的示意图。该方法包括如下步骤：
S1：在碳化硅片的正面制作正面碳膜；
在该步骤中，通过在碳化硅片的正面形成碳膜，达到对正面进行保护的目的。
S2：在所述碳化硅片的背面制作背面碳膜；
在该步骤中，形成背面碳膜的目的是对碳化硅片的背面形成保护，在后续的高温退火过程中抑制Si原子的升华，增加碳化硅背面的Si原子浓度。
S3：对所述碳化硅片进行高温退火，激活所述碳化硅片中的注入杂质；
在该步骤中，利用高温退火工艺实现对注入杂质的激活，需要重点指出的是，由于上述步骤S2形成了背面碳膜，因此，在碳化硅片的背面，Si-C悬挂键与碳膜中的C原子形成C-Si-C键，固定了Si原子，从而抑制了Si的升华，保证后续过程中碳化硅片背面的活泼的硅原子数量较多，较易与金属形成欧姆接触。
S4：去除所述正面碳膜和所述背面碳膜；
在该步骤中，由于高温退火过程已结束，因此碳化硅片不再需要正面碳膜和背面碳膜发挥保护作用，从而可以利用氧化或灰化的方式对其进行去除。
S5：去除所述碳化硅片背面的氧化层；
由于在去除正面碳膜和背面碳膜的过程中有氧气参与，因此会使碳化硅片表面不可避免的形成SiO2，因此在背面生长金属之前需要去除该SiO2，具体的，可以采用氢氟酸溶液对该氧化层进行去除。
S6：在所述碳化硅片的背面生长背面金属并进行退火，形成欧姆接触。
在该步骤中，可以在所述碳化硅片的背面利用溅射或蒸发的方式生长具有一定厚度的背面金属，并利用退火工艺，使碳化硅片背面与金属进行热反应，形成低阻化合物，形成欧姆接触。
通过上述描述可知，本申请实施例提供的上述碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，由于在对所述碳化硅片进行高温退火之前，在所述碳化硅片的背面制作背面碳膜，所述背面碳膜与碳化硅背面的Si-C悬挂键形成C-Si-C键从而固定了Si原子，这就抑制了Si原子的升华，增加了碳化硅背面的Si原子浓度，使得金属易与碳化硅背面反应形成低阻层化合物，能够避免高温退火激活工艺中在碳化硅器件背面形成高阻的富碳层，使器件背面具有活泼的化学性质，有利于背面欧姆接触的形成。
作为一个优选实施例，在上述第一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法中，步骤S2可以具体为：
将所述碳化硅片的正面与单晶硅片接触，在所述碳化硅片的背面制作背面碳膜。
也就是说，在制作背面碳膜的过程中，以单晶硅片作为基座，而单晶硅中除了硅元素之外不含其它任何元素，因此能够有效保护碳化硅正面的洁净度。需要说明的是，此步骤仅仅是上述方法的一个优选方案，具有一定的优势，但如果不采用该步骤，也并不会影响上述方法的具体实现。
进一步的，作为第二个优选实施例，其中步骤S2可以具体为：
在所述碳化硅片的背面利用PECVD方式或溅射方式制作厚度范围为0.01微米至1微米的背面碳膜。需要说明的是，此步骤也仅仅是上述方法的一个优选方案，具有一定的优点，但如果不采用该步骤，也并不会影响上述方法的具体实现。
在上述三个实施例中，还可以将步骤S1优选为：
在所述碳化硅片的正面旋涂厚度范围为1微米至3微米的光敏有机物，并在惰性气体的气氛中进行温度范围为150℃至1000℃的碳化，形成所述正面碳膜，或者利用PECVD工艺或溅射工艺在所述碳化硅片的正面制作厚度范围为0.01微米至1微米的正面碳膜。采用这些工艺均能够达到同样的效果，均能实现对碳化硅片正面的有效保护。
作为进一步的优选方案，上述步骤S3可以具体为：
将所述碳化硅片升温至1500℃至2000℃进行高温退火。
在这种温度范围内进行高温退火时，由于事先对碳化硅片的正面和背面均制作了碳膜，因此正面和背面的硅原子就不再升华，得以保留，增强了正面和背面的界面活泼性。
作为进一步的优选方案，所述步骤S4可以具体为：
在温度范围为800℃至1000℃的氧气氛围中，去除所述正面碳膜和所述背面碳膜，或者在射频或微波频率下进行辉光放电形成氧等离子体，去除所述正面碳膜和所述背面碳膜。这些工艺均能够有效去除碳膜，具有相同的效果，但去除碳膜的手段也并不仅仅限于这些工艺，还可以采取其他工艺，此处并不做任何限制，而且，这些工艺也仅仅是上述第一种方法的优选方式，如果不采用这些方式，也并不会影响上述第一种方法的具体实现。
作为进一步的优选方案，所述步骤S5可以具体为：
利用氢氟酸溶液去除所述碳化硅片背面的氧化层。
需要说明的是，可以在稀释氢氟酸或缓冲氢氟酸中腐蚀去除该氧化层，此时由于高温退火激活工艺过程中碳膜的保护，抑制了Si原子的丢失，使碳化硅背表面Si原子的浓度增加，使得碳化硅背面的表面化学性质活泼，易与金属发生热反应形成低阻硅化物。此处需要说明的是，该方案也是上述第一种方法的优选方案，如果不采用此方案，也并不会影响上述第一种方法的具体实现。
作为进一步的优选方案，所述步骤S6可以具体包括：
利用溅射工艺或蒸发工艺在所述碳化硅片的背面生长厚度范围为100纳米至500纳米的金属镍。
进一步的，所述退火可以为：将所述碳化硅片升温至900℃至1050℃，并保持1分钟至10分钟，使碳化硅背面与镍热反应形成低阻层镍硅化合物(NiSi)，形成欧姆接触。
下面对本申请实施例提供的第二种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法进行说明：
本申请实施例提供的第二种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法如图2所示，图2为本申请实施例提供的第二种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法的示意图。该方法包括如下步骤：
A1：在碳化硅片的正面旋涂厚度范围为1微米至3微米的光敏有机物，并在惰性气体的气氛中进行温度范围为150℃至1000℃的碳化，形成所述正面碳膜，或者利用PECVD工艺或溅射工艺在所述碳化硅片的正面制作厚度范围为0.01微米至1微米的正面碳膜；
具体的，可以在碳化硅片的正面旋涂厚度为2微米的光敏有机物，并在惰性气体的气氛中进行温度为500℃的碳化，形成所述正面碳膜，或者利用PECVD工艺或溅射工艺在所述碳化硅片的正面制作厚度为0.05微米的正面碳膜。
A2：将所述碳化硅片的正面与单晶硅片接触，在所述碳化硅片的背面利用PECVD方式或溅射方式制作厚度范围为0.01微米至1微米的背面碳膜；
具体的，可以制作厚度为0.05微米的背面碳膜。
A3：将所述碳化硅片升温至1500℃至2000℃进行高温退火，激活所述碳化硅片中的注入杂质；
具体的，可以将所述碳化硅片升温至1700℃进行高温退火，激活所述碳化硅片中的注入杂质。
A4：在温度范围为800℃至1000℃的氧气氛围中，去除所述正面碳膜和所述背面碳膜，或者在射频或微波频率下进行辉光放电形成氧等离子体，去除所述正面碳膜和所述背面碳膜；
具体的，可以在温度为900℃的氧气氛围中，去除所述正面碳膜和所述背面碳膜，或者在24.5GHz的频率下进行辉光放电形成氧等离子体，去除所述正面碳膜和所述背面碳膜
A5：利用氢氟酸溶液去除所述碳化硅片背面的氧化层；
具体的，可以在稀释氢氟酸或缓冲氢氟酸中腐蚀去除氧化层。
A6：利用溅射工艺或蒸发工艺在所述碳化硅片的背面生长厚度范围为100纳米至500纳米的金属镍并将所述碳化硅片升温至900℃至1050℃，并保持1分钟至10分钟进行退火，形成欧姆接触。
具体的，可以利用溅射工艺或蒸发工艺在所述碳化硅片的背面生长厚度为200纳米的金属镍并将所述碳化硅片升温至950℃，并保持3分钟进行退火，形成欧姆接触。
上述实施例利用在碳化硅背面的碳膜形成保护，使得在高温退火激活过程中碳化硅背面的Si原子被C-Si-C键固定，抑制了高阻的富碳层的形成，使得Si原子在碳化硅背面的浓度增多，背面化学性质变活泼，易与金属热反应形成欧姆接触。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，其特征在于，包括：
在碳化硅片的正面制作正面碳膜；
将所述碳化硅片的正面与单晶硅片接触，在所述碳化硅片的背面制作背面碳膜；
对所述碳化硅片进行高温退火，激活所述碳化硅片中的注入杂质；
去除所述正面碳膜和所述背面碳膜；
去除所述碳化硅片背面的氧化层；
在所述碳化硅片的背面生长背面金属并进行退火，形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，其特征在于，所述在所述碳化硅片的背面制作背面碳膜为：
在所述碳化硅片的背面利用PECVD方式或溅射方式制作厚度范围为0.01微米至1微米的背面碳膜。
3.根据权利要求1-2任一项所述的碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，其特征在于，所述在碳化硅片的正面制作正面碳膜为：
在所述碳化硅片的正面旋涂厚度范围为1微米至3微米的光敏有机物，并在惰性气体的气氛中进行温度范围为150℃至1000℃的碳化，形成所述正面碳膜，或者利用PECVD工艺或溅射工艺在所述碳化硅片的正面制作厚度范围为0.01微米至1微米的正面碳膜。
4.根据权利要求3所述的碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，其特征在于，所述对所述碳化硅片进行高温退火为：
将所述碳化硅片升温至1500℃至2000℃进行高温退火。
5.根据权利要求4所述的碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，其特征在于，所述去除所述正面碳膜和所述背面碳膜为：
在温度范围为800℃至1000℃的氧气氛围中，去除所述正面碳膜和所述背面碳膜，或者在射频或微波频率下进行辉光放电形成氧等离子体，去除所述正面碳膜和所述背面碳膜。
6.根据权利要求5所述的碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，其特征在于，所述去除所述碳化硅片背面的氧化层为：
利用氢氟酸溶液去除所述碳化硅片背面的氧化层。
7.根据权利要求6所述的碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，其特征在于，所述在所述碳化硅片的背面生长背面金属为：
利用溅射工艺或蒸发工艺在所述碳化硅片的背面生长厚度范围为100纳米至500纳米的金属镍。
8.根据权利要求7所述的碳化硅器件背面欧姆接触的制作方法，其特征在于，所述退火为：
将所述碳化硅片升温至900℃至1050℃，并保持1分钟至10分钟。
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