CN109524298A - 碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法及碳化硅器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法及碳化硅器件，属于半导体器件制备领域，包括：对碳化硅圆片进行清洗；在碳化硅圆片表面淀积一层介质；光刻定义P型掺杂区域；对需要P型掺杂的区域进行离子注入，并去除光刻胶；光刻定义N型掺杂区域；对需要N型掺杂的区域进行离子注入，并去除光刻胶；去除碳化硅圆片表面介质，对碳化硅圆片进行高温退火；光刻定义欧姆接触区域；金属沉积以钛打底的多层金属；金属剥离，去除多余金属，保留金属电极部分，完成非合金欧姆接触电极的制作。本发明提供的制作方法，能够解决现有技术中存在的欧姆接触电极表面形貌粗糙、易形成碳聚集及P型区域和N型区域难以同时实现良好欧姆接触的问题。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件制作技术领域，更具体地说，是涉及一种碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法及碳化硅器件。
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)、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基半导体材料具有禁带宽度大、热导率高、击穿场强高、电子饱和漂移速度高等优点，特别适合制作大功率、高频、高温半导体器件。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和抗退化能力，使其在后续工艺制作和使用过程中性能稳定可靠。对于N型SiC普遍选取的是以Ni为基础的合金体系沉积在N型重掺杂的SiC上高温快速合金实现欧姆接触，对与P型SiC普遍选取的是以Al为基础的合金体系沉积在P型重掺杂的SiC上高温快速合金实现欧姆接触，合金温度一般超过900℃。通过高温快速合金的方法制作的欧姆接触电极存在接触界面粗糙，易形成碳聚集，高温下欧姆接触特性不稳定等问题，并且在SiC MOSFET器件中很难实现P型区域和N型区域同时实现良好的欧姆接触。
发明内容
本发明的目的在于提供一种SiC器件非合金欧姆接触的制作方法，以解决现有技术中存在的欧姆接触电极表面形貌粗糙、易形成碳聚集及P型区域和N型区域难以同时实现良好的欧姆接触的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种SiC器件非合金欧姆接触的制作方法，包括以下步骤：
对碳化硅圆片进行清洗；
在碳化硅圆片表面淀积一层介质；
光刻定义P型掺杂区域，在介质表面涂覆一层光刻胶，对需要进行P型掺杂的区域进行光刻，露出介质表面；
对需要P型掺杂的区域进行离子注入，注入完成后去除光刻胶；
光刻定义N型掺杂区域，在介质表面涂覆一层光刻胶，将需要进行N型掺杂的区域进行光刻，露出介质表面；
对需要N型掺杂的区域进行离子注入，注入完成后去除光刻胶；
去除碳化硅圆片表面介质，对碳化硅圆片进行高温退火；
光刻定义欧姆接触区域，在碳化硅圆片表面涂覆一层光刻胶，将需要制作电极的区域进行光刻，露出P型掺杂区域和N型掺杂区域；
金属沉积，在碳化硅圆片表面沉积多层金属，所述多层金属为，先沉积金属Ti，再沉积Al、Ta、Ti、Pt、Au中的一种或几种组合；
金属剥离，去除光刻胶和沉积在光刻胶上的多余金属，只保留所需要的金属电极部分，完成非合金欧姆接触电极的制作。
进一步地，所述在碳化硅圆片表面淀积一层介质中，所述介质为二氧化硅或氮化硅中的任一种或其组合，厚度为30nm-70nm。
进一步地，所述光刻定义P型掺杂区域过程中，光刻胶的厚度为2μm-8μm。
进一步地，所述对需要P型掺杂的区域进行离子注入的过程中，注入的离子为铝离子或硼离子，或者两种离子同时注入。
进一步地，所示光刻定义N型掺杂区域过程中，光刻胶的厚度为2μm-8μm。
进一步地，所述对需要N型掺杂的区域进行离子注入过程中，注入的离子为氮离子或磷离子，或者两种离子同时注入。
进一步地，所述去除碳化硅圆片表面介质，对碳化硅圆片进行高温退火过程中，退火温度为1700℃-1900℃，时间为1分钟-30分钟。
进一步地，所述光刻定义欧姆接触区域、在碳化硅圆片表面涂覆一层光刻胶的过程中，光刻胶厚度为1μm-10μm。
进一步地，所述金属沉积过程中，所述多层金属为Ti/Al、Ti/Ta/Al、Ti/Pt/Au中的任一种。
本发明提供的碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法的有益效果在于：与现有技术相比，在碳化硅圆片上淀积一层介质作为离子注入的散射层，对P型欧姆接触区域进行离子注入，形成P型重掺杂区域，对N型欧姆接触区域进行离子注入，形成N型重掺杂区域；去除表面介质并使用高温退火对注入离子进行激活及修复注入损伤；之后在重掺杂区域上沉积以金属钛打底的电极形成欧姆接触。通过上述方法形成的欧姆接触电极，可以避免高温快速合金时碳化硅圆片中的碳析出现象，欧姆接触电极表面形貌平整，无碳颗粒析出，能够同时对碳化硅的P型区域和N型区域形成较好的欧姆接触，并且欧姆接触电极在高温工作下欧姆接触电阻不易发生退化，高温下欧姆接触特性稳定，简化工艺流程，提升欧姆接触工艺的稳定性。
本发明另一目的在于提供一种碳化硅器件，采用上述的方法制备，包括碳化硅圆片，在所述碳化硅圆片上设有P型掺杂区域和N型掺杂区域，所述P型掺杂区域和N型掺杂区域上设有多层金属。
本发明提供一种碳化硅器件，通过上述方法形成的欧姆接触电极，可以避免快速合金时碳化硅圆片中的碳析出现象，欧姆接触电极表面形貌平整，能够同时对碳化硅的P型区域和N型区域形成较好的欧姆接触，并且欧姆接触电极在高温工作下欧姆接触电阻不易发生退化，高温下欧姆接触特性稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法的SiC圆片表面淀积介质的结构示意图；
图2为碳化硅圆片P型掺杂的区域进行曝光显影后的结构示意图；
图3为碳化硅圆片P型掺杂的区域进行离子注入的结构示意图；
图4为碳化硅圆片光刻定义N型掺杂区域后的结构示意图；
图5为碳化硅圆片N型掺杂区域离子注入的结构示意图；
图6为碳化硅圆片去除表面介质进行高温退火的结构示意图；
图7为碳化硅圆片光刻定义欧姆接触区域后的结构示意图；
图8为碳化硅圆片表面沉积多层金属的结构示意图；
图9为碳化硅圆片完成欧姆接触电极制作的结构示意图。
其中，图中：
1-碳化硅圆片；2-介质；3-第一光刻胶；4-P型掺杂区域；5-N型掺杂区域；6-第二光刻胶；7-多层金属；8-第三光刻胶。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请一并参阅图1至图9，现对本发明提供的SiC器件非合金欧姆接触的制作方法进行说明。所述碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法，包括以下步骤：
步骤1：碳化硅圆片1进行清洗；
步骤2：在碳化硅圆片1表面淀积一层介质2，参见图1；
步骤3：光刻定义P型掺杂区域4，在碳化硅圆片1表面涂覆一层光刻胶，将需要进行P型掺杂的区域进行光刻，露出介质2表面，参见图2；
步骤4：对需要P型掺杂的区域进行离子注入，参见图3，注入完成后去除光刻胶；
步骤5：光刻定义N型掺杂区域5，在碳化硅圆片1表面涂覆一层光刻胶，将需要进行N型掺杂的区域进行光刻，露出介质2表面，参见图4；
步骤6：对需要N型掺杂的区域进行离子注入，参见图5，注入完成后去除光刻胶；
步骤7：去除碳化硅圆片1表面介质2，对碳化硅圆片1进行高温退火，参见图6；
步骤8：光刻定义欧姆接触区域，在碳化硅圆片1表面涂覆一层光刻胶，将需要制作电极的区域进行光刻，露出P型掺杂区域4和N型掺杂区域5，参见图7；
步骤9：金属沉积，在碳化硅圆片1表面沉积多层金属7，所述多层金属为，先沉积金属Ti，再沉积Al、Ta、Ti、Pt、Au中的一种或几种组合，参见图8；
步骤10：金属剥离，去除光刻胶和沉积在光刻胶上的多余金属，只保留所需要的金属电极部分，完成非合金欧姆接触电极的制作，参见图9。
本发明提供的SiC器件非合金欧姆接触的制作方法，与现有技术相比，对P型欧姆接触区域进行离子注入，形成P型重掺杂区域，对N型欧姆接触区域进行离子注入，形成N型重掺杂区域；去除表面介质并使用高温退火对注入离子进行激活并修复注入损伤；之后在重掺杂区域上沉积以金属钛打底的电极形成欧姆接触。本发明采用非合金欧姆接触制作技术，可以避免快速合金时碳化硅圆片中的碳析出现象，并且欧姆接触电极在高温工作下不易发生退化。欧姆接触电极可以表面形貌平整，无碳颗粒析出，并且能够同时对碳化硅的P型区域和N型区域形成较好的欧姆接触。简化工艺流程，提升欧姆接触工艺稳定性。本发明用于微电子领域的SiC欧姆接触电极的制作，主要适用于SiC SBD(肖特基势垒二极管)、SiCJBS(结型势垒肖特基)二极管器件的制备及SiC MOSFET、SiC IGBT(绝缘栅双极型晶体管)等相似类型器件的制备。
本发明的经济效益：经过对碳化硅器件欧姆接触工艺的优化，可以避免快速退火时碳化硅圆片1中的碳析出现象，并且欧姆接触电极在高温工作下不易发生退化提升欧姆接触工艺稳定性。同时简化了工艺流程，使碳化硅器件制作耗时更短，工艺步骤更简洁，大大减少工艺制作成本。同时工艺的简化，对降低能源消耗，特别是降低芯片制造的热预算，有着明显效果。器件性能的提高，对低碳经济发展也起到了推动作用，其产生的经济与社会效益不可小觑。
本发明中共有三次涂覆光刻胶，为便于在图中区分，图中对应部位分别命名为第一光刻胶、第二光刻胶和第三光刻胶。
在一个实施例中，所述在碳化硅圆片表面淀积一层介质中，所述介质为二氧化硅或氮化硅中的任一种或其组合，厚度为30nm-70nm。
在一个实施例中，所述光刻定义P型掺杂区域过程中，光刻胶的厚度为2μm-8μm。
在一个实施例中，所述对需要P型掺杂的区域进行离子注入的过程中，注入的离子为铝离子或硼离子，或者两种离子同时注入。
在一个实施例中，所示光刻定义N型掺杂区域过程中，光刻胶的厚度为2μm-8μm。
在一个实施例中，所述对需要N型掺杂的区域进行离子注入过程中，注入的离子为氮离子或磷离子，或者两种离子同时注入。
在一个实施例中，所述去除碳化硅圆片表面介质，对碳化硅圆片进行高温退火过程中，退火温度为1700℃-1900℃，时间为1分钟-30分钟。
在一个实施例中，所述光刻定义欧姆接触区域、在碳化硅圆片表面涂覆一层光刻胶的过程中，光刻胶厚度为1μm-10μm。
在一个实施例中，所述金属沉积过程中，所述多层金属为Ti/Al、Ti/Ta/Al、Ti/Pt/Au中的任一种。
本发明提供的碳化硅器件非合金欧姆接触制作方法，包括以下工艺步骤：
步骤1：淀积介质前清洗，采用标准的RCA清洗方法，对碳化硅圆片1进行清洗，去除碳化硅圆片1表面沾污。
步骤2：在SiC圆片表面淀积一层介质作为散射层，介质可以为二氧化硅、氮化硅或者其他介质及其组合，厚度为30nm-70nm，如附图1所示。
步骤3：光刻定义P型掺杂区域4，在圆片表面涂覆一层光刻胶，光刻胶厚度为2μm-8μm，将需要进行P型掺杂的区域进行光刻，露出介质表面，如附图2所示，标号3第一光刻胶为该层光刻胶。
步骤4：采用离子注入的方法对需要P型掺杂的区域进行离子注入，注入的离子为铝离子或硼离子，或者两种离子同时注入。注入的能量为10KeV-200KeV，注入剂量为5E14cm-2-1E16cm-2，如附图3所示。
步骤5：光刻定义N型掺杂区域5，在圆片表面涂覆一层光刻胶，光刻胶厚度为2μm-8μm，将需要进行N型掺杂的区域进行光刻，露出介质表面，如图4所示，图中标号6第二光刻胶为该层光刻胶。
步骤6：采用离子注入的方法对需要N型掺杂的区域进行离子注入，注入的离子为氮离子或磷离子，或者两种离子同时注入。注入的能量为10KeV-200KeV，注入剂量为5E14cm-2-1E16cm-2，如附图5所示。
步骤7：将表面介质去除，对圆片进行高温退火，退火温度为1700℃-1900℃，时间为1分钟-30分钟，如附图6所示。
步骤8：光刻定义欧姆接触区域，在圆片表面涂覆一层光刻胶，光刻胶厚度为1μm-10μm，将需要制作电极的区域进行光刻，露出SiC表面，如附图7所示，图中标号8第三光刻胶为该层光刻胶。
步骤9：金属沉积，在圆片表面采用蒸发或溅射的方法沉积以Ti打底的多层金属7，多层金属7可以为Ti/Al、Ti/Ta/Al、Ti/Pt/Au等金属体系，金属总厚度为0.5μm-6μm，如附图8所示。其中，金属Ti的厚度为30nm-200nm之间，金属Ta和金属Pt的厚度在30-100nm之间。
步骤10：金属剥离，金属沉积后将圆片在有机溶剂中浸泡，去除光刻胶和沉积在光刻胶上的多余金属，只保留所需要的金属电极部分。在有机溶剂中将金属去除干净后使用去离子水对碳化硅圆片1进行冲洗，冲洗甩干后完成非合金欧姆接触电极制作，如附图9所示。
其中，步骤7中的退火温度还可以为1750℃-1800℃，时间为10分钟-20分钟。
本文中提及的RCA清洗方法是半导体行业硅片的标准清洗方法，是一种典型的、至今仍为最普遍使用的湿式化学清洗法，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法，其特征在于，包括：
对碳化硅圆片进行清洗；
在碳化硅圆片表面淀积一层介质；
光刻定义P型掺杂区域，在介质表面涂覆一层光刻胶，对需要进行P型掺杂的区域进行光刻，露出介质表面；
对需要P型掺杂的区域进行离子注入，注入完成后去除光刻胶；
光刻定义N型掺杂区域，在介质表面涂覆一层光刻胶，将需要进行N型掺杂的区域进行光刻，露出介质表面；
对需要N型掺杂的区域进行离子注入，注入完成后去除光刻胶；
去除碳化硅圆片表面介质，对碳化硅圆片进行高温退火；
光刻定义欧姆接触区域，在碳化硅圆片表面涂覆一层光刻胶，将需要制作电极的区域进行光刻，露出P型掺杂区域和N型掺杂区域；
金属沉积，在碳化硅圆片表面沉积多层金属，所述多层金属为，先沉积金属Ti，再沉积Al、Ta、Ti、Pt、Au中的一种或几种组合；
金属剥离，去除光刻胶和沉积在光刻胶上的多余金属，只保留所需要的金属电极部分，完成非合金欧姆接触电极的制作。
2.如权利要求1所述的碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法，其特征在于，所述在碳化硅圆片表面淀积一层介质中，所述介质为二氧化硅或氮化硅中的任一种或其组合，厚度为30nm-70nm。
3.如权利要求1所述的碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法，其特征在于：所述光刻定义P型掺杂区域过程中，光刻胶的厚度为2μm-8μm。
4.如权利要求1所述的碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法，其特征在于：所述对需要P型掺杂的区域进行离子注入的过程中，注入的离子为铝离子或硼离子，或者两种离子同时注入。
5.如权利要求1所述的碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法，其特征在于：所示光刻定义N型掺杂区域过程中，光刻胶的厚度为2μm-8μm。
6.如权利要求1所述的碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法，其特征在于：所述对需要N型掺杂的区域进行离子注入过程中，注入的离子为氮离子或磷离子，或者两种离子同时注入。
7.如权利要求1所述的碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法，其特征在于：所述去除碳化硅圆片表面介质，对碳化硅圆片进行高温退火过程中，退火温度为1700℃-1900℃，时间为1分钟-30分钟。
8.如权利要求1所述的碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法，其特征在于：所述光刻定义欧姆接触区域、在碳化硅圆片表面涂覆一层光刻胶的过程中，光刻胶厚度为1μm-10μm。
9.如权利要求1所述的碳化硅器件非合金欧姆接触的制作方法，其特征在于：所述金属沉积过程中，所述多层金属为Ti/Al、Ti/Ta/Al、Ti/Pt/Au中的任一种。
10.碳化硅器件，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的方法制备，包括碳化硅圆片，在所述碳化硅圆片上设有P型掺杂区域和N型掺杂区域，所述P型掺杂区域和N型掺杂区域上设有多层金属。
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