CN105470119B - 一种碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法，包括如下步骤：利用掩膜通过离子注入的方法在N型漂移层内形成至少一个P型离子注入层；在N型漂移层和P型离子注入层的表面涂布一层图形化的光刻胶层，该光刻胶层在每一个P型离子注入层表面的需要形成欧姆接触的区域形成一个开窗；高温激活P型离子注入层的P型离子，光刻胶层在高温激活的过程中形成碳膜；去除N型漂移层和P型离子注入层表面的碳膜；在去除碳膜后的N型漂移层和P型离子注入层的表面沉积一层金属层，然后进行退火处理，以形成肖特基接触和欧姆接触。所述加工方法能够改善碳化硅器件的正面欧姆接触。
Description
技术领域
本发明涉及碳化硅器件的半导体加工工艺技术领域。更具体地，涉及一种碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法。
背景技术
作为一种第三代宽带化合物半导体材料，碳化硅在禁带宽度、最大场强、掺杂浓度以及热导率方面都具有传统的硅以及砷化镓材料无法比拟的优势，尤其适用于高压、高频、大功率、高辐照以及特定波长的光电探测领域。
目前，碳化硅在功率微波以及光电器件方面得到了很大的研发关注。由于碳化硅材料特性方面的优势，与传统的硅基器件相比，相应的碳化硅器件结构简单、体积小、性能高。但是，碳化硅器件的材料特性(禁带宽度大)也带来一些工艺上的挑战。欧姆接触就是其中一个突出的问题。现有技术中，关于碳化硅器件的研究文献中，相当大一部分是关于如何获得满意的欧姆接触的。
大的禁带宽度本身就意味着接触势垒偏大，同一种金属材料不容易同时形成良好的N型和P型欧姆接触，或者同时形成欧姆接触和肖特基接触。尤其是P型欧姆接触。一般来说，碳化硅的P型欧姆接触需要采用与N型欧姆接触不同的金属材料，P型欧姆接触的加工工艺例如温度和时间也与N型欧姆接触不同。当欧姆接触位于器件正面时，上述加工工艺方面的要求对于器件工艺流程和结构设计产生很大的不便。
现有技术中，位于碳化硅器件正面的欧姆接触的加工方法是，选用合适的金属材料形成金属层，以及增加接触的掺杂浓度，以尽量减小接触电阻。由于各种工艺和结构上其他方面的限制，例如成本、其他材料、流程复杂度等等，导致实际效果与理想状况差距很大。
现有技术的结势垒肖特基(JBS)二极管的结构示意图如图1所示。金属层与N型漂移层的分界面处必须形成肖特基接触，金属层与P型离子注入层的分界面处希望形成理想的欧姆接触。肖特基接触直接影响碳化硅器件的反向电压。欧姆接触影响碳化硅器件在正向浪涌情况下的可靠性。
下面以结势垒肖特基二极管为例，对现有技术的碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法加以说明。现有技术中，结势垒肖特基二极管的正面欧姆接触的加工方法包括如下步骤：
S1：利用掩膜通过离子注入的方法在N型漂移层201内形成多个P型离子注入层202，如图2A所示，并且越靠近P型离子注入层202的表面，P型离子的浓度越大，以减小欧姆接触的电阻；
S2：在N型漂移层201和P型离子注入层202的表面涂布一层碳膜203，如图2B所示；
S3：高温激活P型离子注入层202的P型离子；如图2C所示；
S4：去除N型漂移层201和P型离子注入层202表面的碳膜203，如图2D所示；
S5：在去除碳膜203后的N型漂移层201和P型离子注入层202的表面沉积一层金属层204，如图2E所示，然后进行退火处理，以在金属层204与N型漂移层201的分界面处形成肖特基接触。
本领域技术人员很容易理解，上述碳膜的形成方法优选为：上述步骤S2中，在N型漂移层201和P型离子注入层202的表面涂布一层光刻胶保护层(图中未示出)，该光刻胶保护层在上述步骤S3的高温激活的过程中形成碳膜。
本领域技术人员很容易理解，结势垒肖特基二极管的正面欧姆接触的加工方法同样适用于其他碳化硅器件。
现有技术的碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法存在如下缺陷：
(1)在上述具体工艺流程中，出于简化工艺的考虑，图2E示出的碳化硅器件采用同一种金属材料形成金属层覆盖整个碳化硅器件表面。该金属层的材料选择以及加工工艺必须完全满足形成最佳的肖特基接触的要求，无法兼顾形成欧姆接触的工艺要求。
(2)在上述具体工艺流程中，形成欧姆接触的理想的金属材料选择和加工工艺均与形成肖特基接触的工艺要求相矛盾，形成欧姆接触需要低势垒金属材料和高温工艺。但是，这些工艺条件在碳化硅器件的正面欧姆接触的加工工艺中无法实现。
(3)在其他类型的碳化硅器件，可能没有肖特基接触，但是在碳化硅器件的正面会同时有N型欧姆接触和P型欧姆接触。这些器件包括，但是不限于：双极型晶体管(BJT)、金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)、结型场效应晶体管(JFET)IGBT、光电探测器等。这些器件同样需要不同的金属材料以加工N型器件或P型器件，以及有不同的工艺要求。
(4)形成欧姆接触本身需要高温工艺，这经常与工艺流程中除金属层之外的其他层的材料选择相矛盾，造成工艺流程设计方面的困难。因此，一般地，欧姆接触工艺步骤只能安排在整个工艺流程的前端。
由于以上原因，现有技术的碳化硅器件尤其是结势垒肖特基二极管的正面欧姆接触特性都比较差，距离理想欧姆接触差距很大。在上述工艺条件的局限下，如何改善正面欧姆接触的质量，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
因此，需要提供一种碳化硅器件的正面欧姆接触的改进方法。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法，该加工方法包括如下步骤：
利用掩膜通过离子注入的方法在N型漂移层内形成至少一个P型离子注入层；
在N型漂移层和P型离子注入层的表面涂布一层图形化的光刻胶层，该光刻胶层在每一个P型离子注入层表面的需要形成欧姆接触的区域形成一个开窗；
高温激活P型离子注入层的P型离子，光刻胶层在高温激活的过程中形成碳膜；
去除N型漂移层和P型离子注入层表面的碳膜；
在去除碳膜后的N型漂移层和P型离子注入层的表面沉积一层金属层，然后进行退火处理，以在金属层与N型漂移层的分界面处形成肖特基接触，且在金属层与P型离子注入层的分界面的与开窗对应的位置处形成欧姆接触。
优选地，越靠近所述P型离子注入层的表面，所述P型离子的浓度越大，以减小欧姆接触的电阻。
优选地，所述至少一个P型离子注入层的厚度相同。
优选地，每一个所述开窗的面积等于或小于每一个所述P型离子注入层表面的面积。
优选地，所述高温激活的温度为1500-1900摄氏度。
优选地，所述退火处理的温度与形成肖特基接触的温度相同。
更优选地，所述退火处理的温度为350-600摄氏度。
本发明的有益效果如下：
与现有技术相比，本发明的加工方法通过开窗的方式，在去除碳膜后，在P型离子注入层表面的与开窗对应的位置处的粗糙度较高，从而能够改善金属层与P型离子注入层的分界面的与开窗对应的位置处形成的欧姆接触，即能够改善碳化硅器件的正面欧姆接触。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为现有技术的结势垒肖特基二极管的结构示意图。
图2A-E为现有技术的结势垒肖特基二极管的正面欧姆接触的加工方法的工艺流程图。
图3A-E为本发明实施例提供的碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法的工艺流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本实施例提供的碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法包括如下步骤：
S1：利用掩膜通过离子注入的方法在N型漂移层301内形成至少一个P型离子注入层302，如图3A所示；在本实施例中，图3A示出了三个P型离子注入层302；
S2：在N型漂移层301和P型离子注入层302的表面涂布一层图形化的光刻胶层305，该光刻胶层305在每一个P型离子注入层302表面的需要形成欧姆接触的区域形成一个开窗306，如图3B所示；
S3：高温激活P型离子注入层302的P型离子，光刻胶层在高温激活的过程中形成碳膜303，如图3C所示；
S4：去除N型漂移层301和P型离子注入层302表面的碳膜303，如图3D所示；
S5：在去除碳膜303后的N型漂移层301和P型离子注入层302的表面沉积一层金属层304，如图3E所示，然后进行退火处理，以在金属层304与N型漂移层301的分界面处形成肖特基接触，且在金属层304与P型离子注入层302的分界面的与开窗306对应的位置处形成欧姆接触。
在本实施例的一种优选实施方式中，上述步骤S1中，越靠近P型离子注入层302的表面，P型离子的浓度越大，以减小欧姆接触的电阻。
在本实施例的一种优选实施方式中，上述步骤S1中，上述至少一个P型离子注入层302的厚度相同。
在本实施例的一种优选实施方式中，上述步骤S2中，每一个开窗306的面积等于或小于每一个P型离子注入层302表面的面积。
在本实施例的一种优选实施方式中，上述步骤S3中，高温激活的温度为1500-1900摄氏度。
在本实施例的一种优选实施方式中，上述步骤S3中，退火处理的温度与形成肖特基接触的温度相同。在本实施例的一种更优选实施方式中，退火处理的温度优选为350-600摄氏度。
由于本实施例的加工方法通过开窗的方式，在上述步骤S4去除碳膜后，在P型离子注入层表面的与开窗对应的位置处的粗糙度较高，从而能够改善金属层与P型离子注入层的分界面的与开窗对应的位置处形成的欧姆接触。简言之，本实施例的加工方法能够改善碳化硅器件的正面欧姆接触。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
Claims (6)
1.一种碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法，其特征在于，该加工方法包括如下步骤：
利用掩膜通过离子注入的方法在N型漂移层内形成至少一个P型离子注入层；
在N型漂移层和P型离子注入层的表面涂布一层图形化的光刻胶层，该光刻胶层在每一个P型离子注入层表面的需要形成欧姆接触的区域形成一个开窗；
高温激活P型离子注入层的P型离子，光刻胶层在高温激活的过程中形成碳膜；
去除N型漂移层和P型离子注入层表面的碳膜；
在去除碳膜后的N型漂移层和P型离子注入层的表面沉积一层金属层，然后进行退火处理，以在金属层与N型漂移层的分界面处形成肖特基接触，且在金属层与P型离子注入层的分界面的与开窗对应的位置处形成欧姆接触；
其中所述高温激活的温度为1500-1900摄氏度。
2.根据权利要求1所述的碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法，其特征在于，越靠近所述P型离子注入层的表面，所述P型离子的浓度越大，以减小欧姆接触的电阻。
3.根据权利要求1所述的碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法，其特征在于，所述至少一个P型离子注入层的厚度相同。
4.根据权利要求1所述的碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法，其特征在于，每一个所述开窗的面积等于或小于每一个所述P型离子注入层表面的面积。
5.根据权利要求1所述的碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法，其特征在于，所述退火处理的温度与形成肖特基接触的温度相同。
6.根据权利要求5所述的碳化硅器件的正面欧姆接触的加工方法，其特征在于，所述退火处理的温度为350-600摄氏度。
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