CN107578989A - N型SiC欧姆接触电极的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N型SiC欧姆接触电极的制作方法，涉及欧姆电极的制作方法技术领域。所述方法包括如下步骤：在N型SiC圆片的上表面欧姆接触电极区进行光刻，制作欧姆接触电极的掩膜；在具有掩膜的SiC圆片的上表面依次沉积Ni层、Ti层以及Pt层，沉积结束后进行剥离工艺，去除多余的金属；在惰性气氛中进行快速热退火处理，在所述N型SiC圆片的上表面形成欧姆接触电极。所述方法使用Ni/Ti/Pt多层金属并经过退火后形成欧姆接触电极，形成的欧姆接触电极的表面形貌平整，无C颗粒析出，并且能够与N型SiC形成较好的欧姆接触。
Description
技术领域
本发明涉及欧姆电极的制作方法技术领域，尤其涉及一种N型SiC欧姆接触电极的制作方法。
背景技术
近二十年来，以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体材料，是继以硅（Si）和砷化镓（GaAs）为代表的第一代、第二代半导体材料之后，迅速发展起来的新型半导体材料。SiC基半导体材料具有宽带隙、高电子饱和漂移速度、高热导率、耐高压、耐高温、抗辐射等突出优点，特别适合制作大功率、高频、高温半导体器件。宽禁带半导体SiC功率器件技术是一项战略性的高新技术，具有极其重要的价值，因此得到国内外众多半导体公司和研究机构的广泛关注和深入研究，成为国际上新材料、微电子和电力电子领域的研究热点之一。
SiC材料在高温、大功率和高频半导体器件领域应用的关键工艺之一是需要制备高稳定性和低电阻的欧姆接触，并且接触要具有良好的力学性质，使在制作过程和后续工艺或使用过程中必须粘附坚固、性能稳定可靠。对于SiC器件来说，欧姆接触的稳定性对决定大功率和高温电子器件运行的最大电流密度、温度和频率方面起着重要作用，用于欧姆接触合金的组分和厚度以及退火温度在国际上还没达成一致，研究SiC上不同金属和工艺条件如合金体系、退火温度、时间、气氛等对欧姆接触电阻率的影响从而实现低欧姆接触电阻率非常重要。目前，SiC材料与金属形成的欧姆接触都将形成阻挡载流子进入的势垒，也就是说SiC材料的欧姆接触的机理是隧道模型，因此可以通过两种方法得到良好的欧姆接触：降低势垒高度和减薄势垒区宽度。常见杂质在 SiC中的扩散系数极低,在合金化的过程中几乎不可能像 Si、GaAs等半导体那样靠合金中的掺杂剂掺入来提高界面的掺杂浓度，这为欧姆接触的形成带来了很大的困难。
对于n型SiC普遍选取的是以Ni为基础的合金体系淀积在重掺杂的SiC上高温快速退火实现，合金温度一般超过900℃，Ni用于欧姆接触虽然得到了比较理想的比接触电阻率，但仍然存在接触界面粗糙粘附性差，易形成碳聚集，表层金属易被氧化等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种欧姆接触电极的表面形貌平整，无C颗粒析出，并且能够与N型SiC形成较好的欧姆接触的N型SiC欧姆接触电极的制作方法。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种N型SiC欧姆接触电极的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
在N型SiC圆片的上表面欧姆接触电极区进行光刻，制作欧姆接触电极的掩膜；
在具有掩膜的SiC圆片的上表面依次沉积Ni层、Ti层以及Pt层，沉积结束后进行剥离工艺，去除多余的金属；
在惰性气氛中进行快速热退火处理，在所述N型SiC圆片的上表面形成欧姆接触电极。
进一步的技术方案在于，所述方法还包括：在N型SiC圆片的上表面欧姆接触电极区进行光刻之前还包括对所述N型SiC圆片进行标准RCA清洗的步骤。
进一步的技术方案在于，所述方法还包括：对形成所述掩膜后的N型SiC圆片的欧姆电极区进行清洗的步骤。
进一步的技术方案在于，所述的在N型SiC圆片的上表面欧姆接触电极区进行光刻，制作欧姆接触电极的掩膜的方法如下：
将N型SiC圆片进行烘片，温度为90℃~130℃，时间2min~30min；
在N型SiC圆片表面涂覆光刻胶，对光刻胶进行烘焙，温度90℃~130℃，时间1min~3min；
使用掩膜版，对N型SiC圆片表面需要制备欧姆接触电极的区域进行曝光处理；
使用显影液对曝光后的圆片进行显影，去除曝光窗口内的光刻胶，形成所述欧姆接触电极的掩膜。
进一步的技术方案在于，所述的在具有掩膜的SiC圆片的上表面依次沉积Ni层、Ti层以及Pt层的方法如下：
蒸发金属Ni，厚度为30nm~70nm，蒸发速率0.2~0.5nm/s；
蒸发金属Ti，厚度为20nm~30nm，蒸发速率0.2~0.4nm/s；
蒸发金属Pt，厚度为30nm~60nm，蒸发速率0.3~0.6nm/s。
进一步的技术方案在于，沉积结束后进行剥离工艺，去除多余的金属的方法如下：
将金属淀积后的所述圆片放入丙酮中浸泡，直到多余金属薄膜从圆片上脱离；
将所述圆片放入异丙醇中浸泡，时间1min~10min；
使用去离子水对圆片进行冲洗，时间1min~10min；
将圆片使用氮气吹干，备用。
进一步的技术方案在于，所述的在惰性气氛中进行快速热退火处理的方法如下：
将制作好金属欧姆接触电极的N型SiC圆片放入快速热退火炉中，先通入1~10min的纯度为5N的Ar气来排除空气；
以5~20℃/s的速率升温至所设定的温度；
以1~5slm的流量向退火炉中通入Ar气，将SiC材料置于设定的温度在氩气环境中保持30~60s，然后以5~20℃/s的速率降至室温。
进一步的技术方案在于：欧姆接触电极之间的距离为5µm~30µm。
进一步的技术方案在于：快速退火时，退火温度为950℃~1050℃，时间为30s~60s。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法使用Ni/Ti/Pt多层金属并经过退火后形成欧姆接触电极，形成的欧姆接触电极的表面形貌平整，无C颗粒析出，并且能够与N型SiC形成较好的欧姆接触。
附图说明
图1是本发明实施例所述方法的流程图；
图2是本发明实施例所述方法中N型SiC圆片进行光刻后的结构示意图；
图3是本发明实施例所述方法中N型SiC圆片制作掩膜后的结构示意图；
图4是本发明实施例所述方法中N型SiC圆片沉积金属后的结构示意图；
图5是本发明实施例所述方法中N型SiC圆片去除多余的金属后的结构示意图；
图6是本发明多层金属欧姆接触工艺与传统Ni基欧姆接触工艺退火后的表面形貌对比图；
图7是本发明多层金属欧姆接触工艺与传统Ni基欧姆接触工艺退火后欧姆接触电阻的对比图；
其中：1、N型SiC圆片 2、光刻胶 3、掩膜4、沉积的多层金属 5、欧姆接触电极。
具体实施方式
下面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的一部分实施例，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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例一
总体的，如图1所示，本发明实施例公开了一种N型SiC欧姆接触电极的制作方法，包括如下步骤：
S101：对N型SiC材料进行标准RCA清洗，清洗的主要作用是清除4H-SiC衬底表面存在的灰尘及各种污染物，增强光刻胶与表面的粘附力；
S102：在N型SiC圆片1的上表面欧姆接触电极区进行光刻，制作欧姆接触电极的掩膜3；
S103：对光刻后的SiC欧姆电极区进行清洗，为后续金属淀积做准备；
S104：在具有掩膜3的SiC圆片1的上表面依次沉积Ni层、Ti层以及Pt层，沉积结束后进行剥离工艺，去除多余的金属；
S105：在惰性气氛中进行快速热退火处理，在所述N型SiC圆片1的上表面形成欧姆接触电极5。
所述方法使用Ni/Ti/Pt多层金属并经过退火后形成欧姆接触电极，形成的欧姆接触电极的表面形貌平整，无C颗粒析出，并且能够与N型SiC形成较好的欧姆接触。图6是本发明多层金属欧姆接触工艺与传统Ni基欧姆接触工艺退火后的表面形貌对比图（图6中，左侧为Ni与SiC合金后表面形貌图，右侧为本发明所述方法NiTiPt与SiC合金后的表面形貌）；图7是本发明多层金属欧姆接触工艺与传统Ni基欧姆接触工艺退火后欧姆接触电阻的对比图。
实施例二
本发明实施例公开了一种N型SiC欧姆接触电极的制作方法，包括如下步骤：
S201：对SiC材料样品进行标准RCA清洗
S2011：将SiC圆片放入氨水双氧水去离子水按1：1：5的配比混合溶液中浸泡，浸泡时间5min~30min。
S2012：将SiC圆片放入冲水槽内，使用去离子水冲洗5min~30min。
S2013：将SiC圆片放入盐酸双氧水去离子水按1：1：6的配比混合溶液中浸泡，浸泡时间5min~30min。
S2014：将SiC圆片放入冲水槽内，使用去离子水冲洗5min~30min。
S2015：将SiC圆片放入氢氟酸溶液中浸泡，浸泡时间0.5min~3min。
S2016：将SiC圆片放入冲水槽内，使用去离子水冲洗5min~30min。
S2017：使用氮气将SiC圆片吹干备用。
S202：光刻欧姆接触电极区
S2021：先用甩胶机以2500rpm~3500rpm的转速，在整个SiC材料表面甩厚度为 1µm~2µm的正性光刻胶，如图2所示；
S2022：将SiC圆片进行烘片，温度为90℃~130℃，时间2min~30min；
S2023：在SiC圆片表面涂覆光刻胶，对光刻胶进行烘焙，温度90℃~130℃，时间1min~3min；
S2024：采用光刻机，使用掩膜版对欧姆接触区域进行曝光；
S2025：对圆片使用正胶显影液进行显影，得到只露出SiC欧姆接触电极的光刻胶掩膜，如图3所示；
S203：欧姆接触电极制作
S2031：采用电子束蒸发台，在SiC材料上进行金属淀积，依次选用Ni/Ti/Pt，其中Ni的厚度为30~50 nm，蒸发速率为0.3~0.5nm/s, Ti的厚度为 10~30 nm, 蒸发速率为0.3~0.5nm/s, Pt的厚度为 30~50 nm，蒸发速率为0.3~0.6nm/s，如图4所示；
S2032：完成金属淀积后，将SiC材料放在丙酮溶液中去除多余金属，然后放入异丙醇溶液中浸泡1min~10min，最后使用去离子水对SiC圆片冲洗1min~10min，使用氮气吹干备用。
S204：退火形成欧姆接触电极
将制作好的金属电极材料放入快速热退火炉中，先通入1~10min的Ar气来排除空气，然后以 5~20℃/s的速率升温至 1000℃，再以1~3slm的流量向退火炉中通入Ar气，在 980~1020℃的Ar气环境中进行30~60s的快速热退火，使金属与SiC形成欧姆接触合金，完成欧姆接触电极的制作，如图5所示。
采用Ni/Ti/Pt合金体系，退火过程中反应生成Ti的碳化物和Ni的硅化物从而达到吸附C的作用，使界面粘附性提高，同时表层的Pt能够保护Ni和Ti在后续工艺过程中不被氧化和腐蚀，使器件的可靠性大大提高。
Claims (9)
1.一种N型SiC欧姆接触电极的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
在N型SiC圆片（1）的上表面欧姆接触电极区进行光刻，制作欧姆接触电极的掩膜（3）；
在具有掩膜（3）的SiC圆片（1）的上表面依次沉积Ni层、Ti层以及Pt层，沉积结束后进行剥离工艺，去除多余的金属；
在惰性气氛中进行快速热退火处理，在所述N型SiC圆片（1）的上表面形成欧姆接触电极（5）。
2.如权利要求1所述的N型SiC欧姆接触电极的制作方法，其特征在于，所述方法还包括：在N型SiC圆片（1）的上表面欧姆接触电极区进行光刻之前还包括对所述N型SiC圆片（1）进行标准RCA清洗的步骤。
3.如权利要求1所述的N型SiC欧姆接触电极的制作方法，其特征在于，所述方法还包括：对形成所述掩膜（3）后的N型SiC圆片（1）的欧姆电极区进行清洗的步骤。
4.如权利要求1所述的N型SiC欧姆接触电极的制作方法，其特征在于，所述的在N型SiC圆片（1）的上表面欧姆接触电极区进行光刻，制作欧姆接触电极的掩膜的方法如下：
将N型SiC圆片（1）进行烘片，温度为90℃~130℃，时间2min~30min；
在N型SiC圆片（1）表面涂覆光刻胶（2），对光刻胶（2）进行烘焙，温度90℃~130℃，时间1min~3min；
使用掩膜版，对N型SiC圆片（1）表面需要制备欧姆接触电极的区域进行曝光处理；
使用显影液对曝光后的圆片进行显影，去除曝光窗口内的光刻胶，形成所述欧姆接触电极的掩膜（3）。
5.如权利要求1所述的N型SiC欧姆接触电极的制作方法，其特征在于，所述的在具有掩膜（3）的SiC圆片（1）的上表面依次沉积Ni层、Ti层以及Pt层的方法如下：
蒸发金属Ni，厚度为30nm~70nm，蒸发速率0.2~0.5nm/s；
蒸发金属Ti，厚度为20nm~30nm，蒸发速率0.2~0.4nm/s；
蒸发金属Pt，厚度为30nm~60nm，蒸发速率0.3~0.6nm/s。
6.如权利要求1所述的N型SiC欧姆接触电极的制作方法，其特征在于，沉积结束后进行剥离工艺，去除多余的金属的方法如下：
将金属淀积后的所述圆片放入丙酮中浸泡，直到多余金属薄膜从圆片上脱离；
将所述圆片放入异丙醇中浸泡，时间1min~10min；
使用去离子水对圆片进行冲洗，时间1min~10min；
将圆片使用氮气吹干，备用。
7.如权利要求1所述的N型SiC欧姆接触电极的制作方法，其特征在于，所述的在惰性气氛中进行快速热退火处理的方法如下：
将制作好金属欧姆接触电极的N型SiC圆片（1）放入快速热退火炉中，先通入1~10min的纯度为5N的Ar气来排除空气；
以5~20℃/s的速率升温至所设定的温度；
以1~5slm的流量向退火炉中通入Ar气，将SiC材料置于设定的温度在氩气环境中保持30~60s，然后以5~20℃/s的速率降至室温。
8.如权利要求1所述的N型SiC欧姆接触电极的制作方法，其特征在于：欧姆接触电极（5）之间的距离为5µm~30µm。
9.如权利要求1所述的N型SiC欧姆接触电极的制作方法，其特征在于：快速退火时，退火温度为950℃~1050℃，时间为30s~60s。
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