CN107331606A - SiC器件背面金属体系的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种SiC器件背面金属体系的制备方法，该方法是在SiC衬底背面依次蒸发金属Ni/Ti/Ni，并对SiC衬底‑金属层进行真空高温退火处理，退火后最后溅射加厚金属Ag。本发明可应用于SiC肖特基二极管的背面金属体系和SiC MOSFET的背面金属体系，以及其他类似于SiC器件的背面金属体系的制备。本发明采用的Ni/Ti/Ni金属组成，采用真空高温退火的方法得到孔洞率较小的欧姆接触，并且欧姆接触率达到与纯Ni金属欧姆相当的水平，最后对合金欧姆进行离子铣工艺后，完成最后溅射金属Ag工艺，提高了与后续金属的粘附性，同时简化了背面加厚金属的制备工艺。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件领域，尤其涉及一种SiC器件背面金属体系的制备方法。
背景技术
SiC是第三代半导体材料的核心之一，与Si、GaAs相比，SiC具有间隙宽、热导率高，电子饱和迁移率大、化学稳定性好的优点，因此被用于制作高温、高频、抗辐射、大功率和高密度集成电子器件。目前SiC JBS器件已经在电力电子领域得到广泛应用。
SiC JBS器件中的欧姆接触是整个工艺中关键工艺之一，形成欧姆接触可以有效的减小导通电阻，减小大电流工作下的耗损。目前欧姆接触都是采用容易形成欧姆的金属Ni。虽然Ni容易与SiC形成较好的欧姆接触，但是也存在问题。第一，因为Ni与SiC中的C原子进行置换，与Si原子形成SixNy，这样C元素就会大量存在于接触面与表面。第二、生成的欧姆接触接触面很粗糙。第三，在SixNy内部形成孔洞，内部应力也存在问题。第四、欧姆形成完之后加厚金属之后，金属的粘附性很差，高温或者后续划片工艺会掉落，导致器件可靠性问题。由此可见，现有SiC的背面金属体系是存在缺陷的。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种SiC器件背面金属体系的制备方法。
技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：一种SiC器件背面金属体系的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)进行蒸发Ni/Ti/Ni金属层前的处理，包括衬底圆片的牺牲氧化，牺牲氧化后的氢氟酸处理，背面打胶，盐酸处理；
(2)在衬底表面蒸发Ni/Ti/Ni金属层；
(3)对衬底-金属层进行真空高温退火处理；
(4)溅射Ag前的处理，包括缓冲氢氟酸处理，离子铣轰击金属表面；
(5)在退完火的欧姆金属上面，溅射Ag。
步骤(1)具体包括：
S1：酸清衬底圆片表面；
S2：将衬底圆片放入高温炉进行牺牲氧化；
S3：然后把衬底圆片放入氢氟酸里进行处理，时间为30-60秒；
S4：衬底圆片放入打胶机里进行背面打胶处理，时间为120-300秒；
S5：再放入盐酸内进行浸泡，时间为30-60秒；
S6：高速旋转同时带加热N2去除衬底圆片上的水汽。
步骤(2)具体包括：
S1：衬底圆片放入真空蒸发台进行抽真空，机械泵抽真空到1.5E～2.5E-2Torr，分子泵抽真空到1.0-2.0E-7Torr；
S2：蒸发Ni/Ti/Ni金属层，第一层Ni采用一次蒸发，第二层Ti采用一次蒸发，第三层Ni分四次蒸发，Ni/Ti/Ni的厚度分别为1000-3000A，2000-4000A和4000-8000A。
步骤(3)具体包括：
S1：进行抽真空处理，机械泵抽到1.5E～2.5E-2Torr，分子泵抽到1.0-2.0E-5Torr；
S2：采用恒定功率300-400W经过15-20秒加热升温到200-300℃；
S3：然后快速升温到设定温度550-650℃；
S4：再慢速升温以15-20℃每分钟到达900-1000℃；
S5：在900-1000℃的温度保温持续300-500秒；
S6：最后快速降温。
步骤(4)具体包括：
S1：把圆片放入氢氟酸腐蚀溶液里进行腐蚀，时间为30-60秒；
S2：高速旋转同时带加热N2去除水汽；
S3：腔体充Ar，使腔室气压达到12mTorr；
S4：电极功率加大到300-500W，进行离子铣轰击金属表面。
步骤(5)具体包括：
S1：机械泵抽到1-5E-2mTorr，分子泵抽到工作真空1-5E-6mTorr；
S2：分四次溅射Ag，金属Ag的厚度为10000-15000A。
有益效果：本发明采用的Ni/Ti/Ni混合金属组成，采用真空高温退火的方法得到孔洞率较小的欧姆接触，并且欧姆接触率达到与纯Ni金属欧姆相当的水平，最后对合金欧姆进行离子铣工艺后，完成最后溅射金属Ag工艺，提高了与后续金属的粘附性，同时简化了背面加厚金属的制备工艺。
附图说明
图1是SiC器件背面金属体系的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
如图1所示是本发明所述的SiC器件背面金属体系的制备方法流程图，在SiC衬底背面依次蒸发金属Ni/Ti/Ni，并对衬底-金属层进行真空高温退火处理。在退完火的欧姆金属上面，溅射Ag。蒸发Ni/Ti/Ni之前处理包括：衬底圆片的牺牲氧化，牺牲氧化后的氢氟酸处理，背面打胶，盐酸处理。溅射Ag之前的处理包括：缓冲氢氟酸处理，离子铣轰击金属表面。在整个处理过程中都采用高速旋转同时带加热N2的方法去除圆片上的水汽。本发明可应用于SiC肖特基二极管的背面金属体系和SiC MOSFET的背面金属体系，以及其他类似于SiC器件的背面金属体系的制备。
具体包括以下步骤：
步骤1：蒸发Ni/Ti/Ni金属层之前的处理，包括：衬底圆片的牺牲氧化，牺牲氧化后的氢氟酸处理，背面打胶，盐酸处理。
S1：酸清洗衬底圆片表面；
S2：将衬底圆片放入高温炉进行牺牲氧化；
S3：然后把衬底圆片放入氢氟酸里进行处理，时间为30秒-60秒；
S4：衬底圆片放入打胶机里进行背面打胶处理，时间为120秒-300秒；
S5：再放入盐酸内进行浸泡，时间为30秒-60秒；
S6：高速旋转同时带加热N2去除衬底圆片上的水汽。
步骤2：在衬底表面蒸发Ni/Ti/Ni金属层。
S1：衬底圆片放入真空蒸发台进行抽真空，机械泵抽真空到1.5E～2.5E-2Torr，冷泵抽真空到1.0-2.0E-7Torr；真空度到达1.0-2.0E-7Torr；
S2：蒸发Ni/Ti/Ni金属层，第一层Ni采用一次蒸发所需厚度，第二层Ti采用一次蒸发所需厚度，第三层Ni采用分四次蒸发的方法。其中Ni/Ti/Ni的厚度分别是：1000-3000A，2000-4000A和4000-8000A。
欧姆接触采用的Ni/Ti/Ni金属欧姆主要是第一层Ni与Si反应，使得欧姆接触能够达到6×10-5Ω·cm2，在SiC背面形成良好的欧姆接触；第二层的Ti能够有效吸附住Ni与Si反应跑出的C元素；第三层的厚Ni把Ti没有吸附住的C元素阻挡在界面处，同时减少空洞的数量，提高与后续金属的粘附性。
步骤3：对衬底-金属层进行真空高温退火处理。
S1：进行抽真空处理，机械泵抽到1.5E～2.5E-2Torr，分子泵抽到1.0-2.0E-5Torr；
S2：采用恒定功率升温，恒定功率300-400W经过15-20秒加热到200-300℃；
S3：然后快速升温到设定温度，经过15秒左右到达设定的550-650℃；
S4：再慢速升到最终温度，升温以15-20℃每分钟到达900-1000℃；
S5：进行一段时间的保温，在900-1000℃的温度持续300-500秒；
S6：最后快速降温。
步骤4：溅射Ag之前的处理，包括：缓冲氢氟酸处理，离子铣轰击金属表面。
S1：采用缓冲氢氟酸腐蚀液，比例为NH4F：HF＝4：1，把圆片放入溶液里进行腐蚀，时间为30秒-60秒；
S2：高速旋转同时带加热N2去除水汽；
S3：圆片放入腔体充Ar使腔室气压达到12mTorr；
S4：电极功率加大到300-500W，进行离子铣轰击金属表面。
步骤5：在退完火的欧姆金属上面，溅射Ag。
S1：机械泵抽到1-5E-2mTorr，分子泵抽到工作真空1-5E-6mTorr；
S2：分四次溅射Ag，金属Ag的厚度为10000-15000A。
最后加厚金属只用到了金属Ag，一方面是简化SiC背面加厚金属的工艺过程，另一方面也减少工艺成本。
Claims (6)
1.一种SiC器件背面金属体系的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)进行蒸发Ni/Ti/Ni金属层前的处理，包括衬底圆片的牺牲氧化，牺牲氧化后的氢氟酸处理，背面打胶，盐酸处理；
(2)在衬底表面蒸发Ni/Ti/Ni金属层；
(3)对衬底-金属层进行真空高温退火处理；
(4)溅射Ag前的处理，包括缓冲氢氟酸处理，离子铣轰击金属表面；
(5)在退完火的欧姆金属上面，溅射Ag。
2.根据权利要求1所述的SiC器件背面金属体系的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)具体包括：
S1：酸清衬底圆片表面；
S2：将衬底圆片放入高温炉进行牺牲氧化；
S3：然后把衬底圆片放入氢氟酸里进行处理，时间为30-60秒；
S4：衬底圆片放入打胶机里进行背面打胶处理，时间为120-300秒；
S5：再放入盐酸内进行浸泡，时间为30-60秒；
S6：高速旋转同时带加热N2去除衬底圆片上的水汽。
3.根据权利要求2所述的SiC器件背面金属体系的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)具体包括：
S1：衬底圆片放入真空蒸发台进行抽真空，机械泵抽真空到1.5E～2.5E-2Torr，分子泵抽真空到1.0-2.0E-7Torr；
S2：蒸发Ni/Ti/Ni金属层，第一层Ni采用一次蒸发，第二层Ti采用一次蒸发，第三层Ni分四次蒸发，Ni/Ti/Ni的厚度分别为1000-3000A，2000-4000A和4000-8000A。
4.根据权利要求3所述的SiC器件背面金属体系的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)具体包括：
S1：进行抽真空处理，机械泵抽到1.5E～2.5E-2Torr，分子泵抽到1.0-2.0E-5Torr；
S2：采用恒定功率300-400W经过15-20秒加热升温到200-300℃；
S3：然后快速升温到设定温度550-650℃；
S4：再慢速升温以15-20℃每分钟到达900-1000℃；
S5：在900-1000℃的温度保温持续300-500秒；
S6：最后快速降温。
5.根据权利要求4所述的SiC器件背面金属体系的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)具体包括：
S1：把圆片放入氢氟酸腐蚀溶液里进行腐蚀，时间为30-60秒；
S2：高速旋转同时带加热N2去除水汽；
S3：腔体充Ar，使腔室气压达到12mTorr；
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6.根据权利要求5所述的SiC器件背面金属体系的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)具体包括：
S1：机械泵抽到1-5E-2mTorr，分子泵抽到工作真空1-5E-6mTorr；
S2：分四次溅射Ag，金属Ag的厚度为10000-15000A。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20171107 |
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