CN109087850A - SiC表面欧姆接触优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了SiC基器件制备过程中表面欧姆接触形成的一些优化方案，本发明包括三个子方案，第一部分主要采用重掺掺杂，并主要采用Ti金属体系，从而可以降低所需退火温度，在低温合金后即获得良好SiC表面欧姆接触。第二部分在SiC表面和电极金属Ni之间引入多晶硅层，使得合金反应大部分发生在Ni金属和多晶硅之间，从而减少单质碳的生成和污染。第三部分，同时利用兼顾前两部份工艺优化方案，整合优化，达到SiC表面欧姆接触性能和工艺的最优化。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种SiC表面欧姆接触优化方法。
背景技术
SiC材料禁带宽度大、击穿电场高、饱和漂移速度和热导率大，这些材料优越性能使其成为制作高功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想材料。碳化硅肖特基二极管具有击穿电压高、电流密度大、工作频率高等一系列优点，因此发展前景非常广泛。
碳化硅二极管阴极电极为欧姆接触电极，欧姆接触的质量会影响器件电学性能，特别是开启电压值和正向工作电阻值。欧姆接触电阻越小、接触质量越高，对应的碳化硅器件工作电流越大、器件性能越优。
现阶段，主流的n型4H-SiC表面欧姆接触工艺，主要采用镍(Ni)金属体系，因其可以获得目前最低的欧姆接触电阻。然而，Ni金属与SiC形成欧姆接触时，发生反应会生成大量碳单质杂质。生成的碳杂质在工艺过程中不断析出，污染产品晶圆，最终恶化电极金属黏附性，破坏器件性能。另一方面，为了形成优质的SiC表面欧姆接触，需要对Ni金属电极进行大于900度的退火工艺，增加了工艺难度，限制了工艺的优化与改进。
因此，需要采用更合适的金属体系形成欧姆接触，以避免碳单质杂质的生成与污染。同时需要保障形成的欧姆接触电阻大小依旧满足产品需要。最后，希望能够在尽量低的温度条件下形成欧姆接触，从而可以改进生产工艺。
发明内容
发明目的：针对以上问题，本发明提出一种SiC表面欧姆接触优化方法。
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表面欧姆接触优化方法，包括步骤：
(1)在SiC衬底需要形成欧姆接触电极的一面，通过离子注入进行重掺掺杂，并高温退火激活，形成SiC重掺层；
(2)在SiC重掺层表面，生长薄层金属；
(3)进行低温退火，使薄层金属与SiC重掺层反应形成合金层，并且剩余部分SiC重掺层；
(4)在合金层表面继续生长加厚金属，得到SiC表面欧姆接触电极。
所述步骤(2)中，薄层金属为Ti、Ni或Ti/Ni多层金属层。
所述步骤(4)前，增加合金层表面的表面处理，并生长金属薄层，再继续生长加厚金属。
一种SiC表面欧姆接触优化方法，包括步骤：
(1)在SiC衬底需要形成欧姆接触电极的一面，通过离子注入进行重掺掺杂，并高温退火激活，形成SiC重掺层；
(2)在SiC重掺层表面，外延生长一定厚度的多晶硅层；
(3)对外延生长的多晶硅层进行掺杂，激活形成重掺多晶硅层；
(4)在重掺多晶硅层表面，生长薄层金属；
(5)低温退火，使薄层金属与重掺多晶硅层和SiC重掺层反应形成合金层，并且剩余部分SiC重掺层；
(6)在合金层表面继续生长加厚金属，得到SiC表面欧姆接触电极。
所述步骤(4)中，薄层金属为Ni，在步骤(5)后，继续高温退火一定时间。
所述步骤(4)中，薄层金属为Ti/Ni多层金属层。
一种SiC表面欧姆接触优化方法，包括步骤：
(1)在SiC衬底需要形成欧姆接触电极的一面，外延生长一定厚度的多晶硅层；
(2)；在多晶硅层表面，生长与多晶硅厚度成比例的薄层金属Ni；
(3)低温退火，使得薄层金属Ni与多晶硅层反应形成合金层；
(4)对SiC继续高温退火一定时间；
(5)在合金层表面继续生长加厚金属，得到SiC表面欧姆接触电极。
所述步骤(1)后，对外延生长的多晶硅层进行掺杂，激活形成重掺多晶硅层。
所述步骤(3)后，在合金层表面继续生长一层薄层金属Ni；高温退火，薄层金属Ni、低温退火形成的合金层连同部分SiC表层，形成新的合金层。
所述步骤(1)中，生长多晶硅层、非晶硅层或单晶硅层。
有益效果：本发明包括三个子方案，第一部分主要采用重掺掺杂，并主要采用Ti金属体系，从而可以降低所需退火温度，在低温合金后即获得良好SiC表面欧姆接触。第二部分在SiC表面和电极金属Ni之间引入多晶硅层，使得合金反应大部分发生在Ni金属和多晶硅之间，从而减少单质碳的生成和污染。第三部分，同时利用兼顾前两部份工艺优化方案，整合优化，达到SiC表面欧姆接触性能和工艺的最优化。
附图说明
图1是本发明实施例一的工艺过程示意图；
图2是本发明实施例二的工艺过程示意图；
图3是本发明实施例三的工艺过程示意图。
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。
本发明公开了SiC基器件制备过程中表面欧姆接触形成的一些优化方案。
实施例一
如图1所示，SiC表面欧姆接触优化方法，具体步骤如下：
(1)在SiC衬底上，需要形成欧姆接触电极的那一面，通过离子注入，进行重掺掺杂，并高温退火激活，形成掺杂浓度更高的一层SiC层；
注入离子的激活步骤可以与SiC产品其他激活工艺步骤同时进行。
(2)在SiC重掺层表面，生长薄层金属，金属种类为Ti，或者Ni，或者Ti/Ni多层金属层；
根据需要选择金属类别和比例，选用金属Ti可以降低形成欧姆接触所需的温度，但欧姆接触电阻高于Ni金属；薄层金属厚度与重掺SiC厚度成比例，保证在完全反应生成TiSiXC1-X或者NiSiX后，重掺层有剩余。
(3)将该SiC进行低温退火，使薄层金属与重掺层反应形成合金层，并且剩余部分重掺层；
金属与重掺SiC层反应温度在500度至1000度之间；金属与重掺SiC层反应时间以两者恰好完全反应为标准。
(4)在形成的合金层表面继续生长加厚金属，得到有良好性能的SiC表面欧姆接触电极。
生长加厚金属前，可先处理表面，并生长金属薄层，以增加加厚金属与合金层表面黏附性。
实施例二
如图2所示，SiC表面欧姆接触优化方法，具体步骤如下：
(1)在SiC衬底上，需要形成欧姆接触电极的那一面，外延生长一定厚度多晶硅层；
生长的多晶硅层，也可以是非晶硅层，或是质量良好的单晶硅层；生长方式可以是LPCVD生长，或者其他生长方式。
(2)对外延生长的多晶硅层，进行掺杂，激活后形成重掺的多晶硅层；
(3)在重掺多晶硅层表面，生长与多晶硅厚度成比例的Ni金属层；
生长的多晶硅层厚度与Ni金属成比例，保证多晶硅层能够完全反应。
(4)低温退火一定时间，使得金属Ni与多晶硅层反应形成NiSi合金；
多晶硅层与Ni金属反应时间控制，除了依据多晶硅质量调节，以保证多晶硅完全反应外，还要避免生成的合金外扩造成图形变形。
(5)在合金层表面，再生长一层薄层金属Ni；
(6)高温退火一定时间，新生长的金属Ni，低温退火形成的NiSi合金，连同部分SiC表层，形成新的NiSi合金；
高温退火时间较短，控制在2分钟以内，退火温度在800度到1000度。
(7)在形成的合金层表面继续生长加厚金属，得到有良好性能的SiC表面欧姆接触电极。
在确保多晶硅层与Ni金属完全反应的前提下，可取消步骤2，即不对多晶硅层进行掺杂。
多晶硅掺杂可以选择扩散或者离子注入等多种方式，如果采用离子注入方式，则注入离子激活过程和合金退火过程可以进行整合合并。
步骤5中生长Ni金属主要是保证表面形貌质量，便于步骤7中加厚金属，在简化工艺步骤前提下可省略，即连续进行步骤4的低温合金退火和步骤6的高温退火。
可以略去步骤2中多晶硅掺杂的激活，同时略去步骤4、步骤5，将激活和步骤6中的高温退火并作一步，从而最大限度地简化工艺，形成欧姆接触。
实施例三
如图3所示，SiC表面欧姆接触优化方法，具体步骤如下：
(1)在SiC衬底上，需要形成欧姆接触电极的那一面，通过离子注入，进行重掺掺杂，并高温退火激活；
(2)在SiC重掺层表面，外延生长一定厚度多晶硅层；
(3)对外延生长的多晶硅层，进行掺杂，激活后形成重掺的多晶硅层；
(4)在重掺多晶硅层表面，生长与多晶硅厚度成比例的Ni金属层，或者生长Ti/Ni金属层；
(5)低温退火一定时间，使得金属Ni与多晶硅层反应形成NiSi合金，合金层下面还剩余部分重掺SiC层；
(6)对SiC继续高温退火一定时间；
(7)在形成的合金层表面继续生长加厚金属，得到有良好性能的SiC表面欧姆接触电极。
步骤4中生长的金属层若为Ni，要控制Ni金属的厚度，能够完全反应掉多晶硅层，同时总金属层厚度又能在反应后，使得SiC重掺层有剩余。
步骤4中生长的金属层若为Ti/Ni多层金属，不进行步骤6，直接低温退火获得SiC表面欧姆接触。
实施例四
本发明的SiC表面欧姆接触优化方法，具体步骤如下：
(1)在n型4H-SiC衬底上，以注入能量300、200、100KeV，注入剂量2.0×1014cm-2进行Al离子注入，通过高温退火进行激活，形成重掺n型层；
(2)在重掺n型层表面通过LPCVD外延生长60nm多晶硅；
(3)对多晶硅层进行离子注入，并退火激活，完成多晶硅层的n型掺杂；
(4)在样品表面继续蒸发生长金属Ni100nm；
(5)对SiC片进行600摄氏度10min退火；
(6)对SiC片进行950摄氏度2min退火；
(7)在合金层表面进行加厚金属蒸发，生长金属Ti150nm/Al4um。
根据实际需要，可以只进行S1、S4(金属修改为Ti)、S5(温度和时间可调)、S7，即完成本发明实施例一方案的内容，通过重掺掺杂和金属Ti体系实现SiC低温欧姆接触。也可以只进行S2-S7的步骤，即本发明实施例二方案的内容。
Claims (10)
1.一种SiC表面欧姆接触优化方法，其特征在于：包括步骤：
(1)在SiC衬底需要形成欧姆接触电极的一面，通过离子注入进行重掺掺杂，并高温退火激活，形成SiC重掺层；
(2)在SiC重掺层表面，生长薄层金属；
(3)进行低温退火，使薄层金属与SiC重掺层反应形成合金层，并且剩余部分SiC重掺层；
(4)在合金层表面继续生长加厚金属，得到SiC表面欧姆接触电极。
2.根据权利要求1所述的SiC表面欧姆接触优化方法，其特征在于：所述步骤(2)中，薄层金属为Ti、Ni或Ti/Ni多层金属层。
3.根据权利要求1所述的SiC表面欧姆接触优化方法，其特征在于：所述步骤(4)前，增加合金层表面的表面处理，并生长金属薄层，再继续生长加厚金属。
4.一种SiC表面欧姆接触优化方法，其特征在于：包括步骤：
(1)在SiC衬底需要形成欧姆接触电极的一面，通过离子注入进行重掺掺杂，并高温退火激活，形成SiC重掺层；
(2)在SiC重掺层表面，外延生长一定厚度的多晶硅层；
(3)对外延生长的多晶硅层进行掺杂，激活形成重掺多晶硅层；
(4)在重掺多晶硅层表面，生长薄层金属；
(5)低温退火，使薄层金属与重掺多晶硅层和SiC重掺层反应形成合金层，并且剩余部分SiC重掺层；
(6)在合金层表面继续生长加厚金属，得到SiC表面欧姆接触电极。
5.根据权利要求4所述的SiC表面欧姆接触优化方法，其特征在于：所述步骤(4)中，薄层金属为Ni，在步骤(5)后，继续高温退火一定时间。
6.根据权利要求4所述的SiC表面欧姆接触优化方法，其特征在于：所述步骤(4)中，薄层金属为Ti/Ni多层金属层。
7.一种SiC表面欧姆接触优化方法，其特征在于：包括步骤：
(1)在SiC衬底需要形成欧姆接触电极的一面，外延生长一定厚度的多晶硅层；
(2)；在多晶硅层表面，生长与多晶硅厚度成比例的薄层金属Ni；
(3)低温退火，使得薄层金属Ni与多晶硅层反应形成合金层；
(4)对SiC继续高温退火一定时间；
(5)在合金层表面继续生长加厚金属，得到SiC表面欧姆接触电极。
8.根据权利要求7所述的SiC表面欧姆接触优化方法，其特征在于：所述步骤(1)后，对外延生长的多晶硅层进行掺杂，激活形成重掺多晶硅层。
9.根据权利要求7所述的SiC表面欧姆接触优化方法，其特征在于：所述步骤(3)后，在合金层表面继续生长一层薄层金属Ni；高温退火，薄层金属Ni、低温退火形成的合金层连同部分SiC表层，形成新的合金层。
10.根据权利要求7所述的SiC表面欧姆接触优化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，生长多晶硅层、非晶硅层或单晶硅层。
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