CN111509032B - 一种高温环境下工作的碳化硅装置及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高温环境下工作的碳化硅装置及其制造方法，方法包括：选取一SiC衬底片；采用现有技术进行正面金属淀积及退火，形成肖特基接触；背面金属淀积及退火工艺：对SiC衬底片进行金属淀积之后退火，形成第一金属层；之后在第一金属层上再进行金属淀积，之后形成第二金属层，形成欧姆接触，第二金属层不需要进行退火，减少了退火后的生成物，提高了SiC欧姆接触的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种高温环境下工作的碳化硅装置及其制造方法。
背景技术
SiC基电力电子器件能够在无散热设备的条件下，正常工作在较高的温度环境中，这将简化电力系统的散热系统，减少整机重量、降低系统成本，并且大大地提高电力系统的集成度。虽然当前最先进、最成熟应用的SiC功率器件是SBD和MOSFET，但其大规模产业化进程仍然相对缓慢，而制约SiC功率器件发展的最主要瓶颈为高材料成本和较为严苛的工艺技术。尤其是SiC电力电子器件制备过程中的关键核心工艺技术，如高效稳定的SiC表面欧姆接触技术。
由于4H-SiC的功函数很高，所以金属与4H-SiC衬底之间，一般均会形成肖特基接触，必须设法去除金属与4H-SiC衬底之间的肖特基势垒，才能形成良好的欧姆接触。欧姆接触由于关系到器件的导通损耗，是SiC电力电子器件制备过程中的一项关键工艺。一般采取的方法是采用高温快速热退火形成金属与半导体的合金来降低肖特基势垒，因此，研究退火温度、退火气氛等实验条件对欧姆接触形成的作用机理是最为重要的。
通常采用各种不同的金属方案来制备SiC的欧姆接触，如TaC，Ni，Co以及Ti等。其中Ni金属与n型高掺SiC表面通过快速热退火(RTA)形成欧姆接触是最普遍应用的一个方案，退火温度为800℃-1100℃。常用于SiC p型欧姆接触的金属如Al/Ti、Al/Ni/Ti等；但退火后过多的生成物会造成SiC欧姆接触可靠性的降低。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种高温环境下工作的碳化硅装置及其制造方法，第二金属层不需要进行退火，减少了退火后的生成物，提高了SiC欧姆接触的可靠性。
第一方面，本发明提供了一种高温环境下工作的碳化硅装置的制造方法，包括：
步骤1、选取一SiC衬底片；
步骤2、采用现有技术进行正面金属淀积及退火，形成肖特基接触；
步骤3、背面金属淀积及退火工艺：对SiC衬底片进行金属淀积之后退火，形成第一金属层；之后在第一金属层上再进行金属淀积，之后形成第二金属层，形成欧姆接触。
进一步地，所述步骤3进一步具体为：
若SiC衬底片中的衬底是n型SiC衬底：对其进行金属淀积之后退火，退火温度大于400度，形成第一金属层；之后在第一金属层上再进行金属淀积，之后形成第二金属层，形成欧姆接触；
若SiC衬底片中的衬底是p型SiC衬底：对其进行金属淀积之后退火，退火温度大于600度，形成第一金属层；之后在第一金属层上再进行金属淀积，之后形成第二金属层，形成欧姆接触。
进一步地，所述n型SiC衬底中的第一金属层厚度为20nm～500nm。
进一步地，所述p型SiC衬底中的第一金属层厚度为厚度20nm～800nm。
进一步地，所述n型SiC衬底中的第二金属层厚度为200nm～2000nm。
进一步地，所述p型SiC衬底中的第二金属层厚度为200nm～2000nm。
进一步地，所述n型SiC衬底中的第二金属层的金属采用W或Au或Pt或NiW或钯或铑。
进一步地，所述p型SiC衬底中的第二金属层的金属采用W或Au或Pt或NiW或钯或铑。
第二方面，本发明提供了一装置，包括：所述装置为第一方面制造方法制造出来的碳化硅装置。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
第二金属层不需要进行退火，减少了退火后的生成物，降低欧姆接触电阻率，并提高器件在高温环境中的欧姆接触的可靠性。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例一中方法中的流程图。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种高温环境下工作的碳化硅装置及其制造方法，降低欧姆接触电阻率，并提高器件在高温环境中的欧姆接触的可靠性。
本申请实施例中的技术方案，总体思路如下：
研究SiC的n/p型欧姆接触的调控机制，通过调节工艺参数，尤其是金属的比例成分、退火温度和时间，以形成低电阻率的金属合金。从而降低SiC功率器件的接触导通电阻，提高器件的静态工作能力，获得高可靠性和低欧姆接触电阻率的金属/SiC异质界面，为高通态SiC基功率器件的研发奠定先导工艺基础。
1、SiC衬底片。
2、正面金属淀积及退火，形成肖特基接触。
3、背面金属淀积及退火等工艺，形成欧姆接触。
3.1、n型SiC衬底：第一层接触金属采用Ti或Al或其混合材料，厚度20nm～500nm；金属淀积后进行退火，退火温度＞400度；而后淀积第二层金属层，其厚度为200nm～2000nm，该金属层采用W或Au或Pt或NiW或钯、铑等其他相关材料。
3.2、p型SiC衬底：第一层接触金属采用Ni或其金属材料，厚度20nm～800nm；金属淀积后进行退火，退火温度＞600度；而后淀积第二层金属层，其厚度为200nm～2000nm，该金属层采用W或Au或Pt或NiW或钯、铑等其他相关材料。
通过以上3步及其他扩展工艺，形成SiC基二极管、MOS、IGBT等功率器件。该工艺同样应用于GaAs、GaN等衬底材料的器件中。
实施例一
本实施例提供一种方法，如图1所示，包括；一种高温环境下工作的碳化硅装置的制造方法，包括：
步骤1、选取一SiC衬底片；
步骤2、采用现有技术进行正面金属淀积及退火，形成肖特基接触；
步骤3、若SiC衬底片中的衬底是n型SiC衬底：对其进行金属淀积之后退火，退火温度大于400度，形成第一金属层，所述第一金属层厚度为20nm～500nm；之后在第一金属层上再进行金属淀积，之后形成第二金属层，其厚度为200nm～2000nm，所述第二金属层的金属采用W或Au或Pt或NiW或钯或铑，形成欧姆接触；
若SiC衬底片中的衬底是p型SiC衬底：对其进行金属淀积之后退火，退火温度大于600度，形成第一金属层，所述第一金属层厚度为厚度20nm～800nm；之后在第一金属层上再进行金属淀积，之后形成第二金属层，其厚度为200nm～2000nm，所述第二金属层的金属采用W或Au或Pt或NiW或钯或铑，形成欧姆接触。
基于同一发明构思，本申请还提供了与实施例一中的方法对应的装置，详见实施例二。
实施例二
在本实施例中提供了一种装置，包括：所述装置为第一方面制造方法制造出来的碳化硅装置。
由于本发明实施例二所介绍的装置，为实施本发明实施例一的方法所采用的装置，故而基于本发明实施例一所介绍的方法，本领域所属人员能够了解该装置的具体结构及变形，故而在此不再赘述。凡是本发明实施例一的方法所采用的装置都属于本发明所欲保护的范围。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (3)
1.一种高温环境下工作的碳化硅装置的制造方法，其特征在于：包括：
步骤1、选取一SiC衬底片；
步骤2、采用现有技术进行正面金属淀积及退火，形成肖特基接触；
步骤3、背面金属淀积及退火工艺：对SiC衬底片进行金属淀积之后退火，形成第一金属层；之后在第一金属层上再进行金属淀积，之后形成第二金属层，形成欧姆接触；所述第二金属层不需要进行退火；
所述SiC衬底为n型SiC衬底或p型SiC衬底；所述n型SiC衬底中的第一金属层厚度为20nm~500nm，该第一金属层的金属采用Ti或Al；所述p型SiC衬底中的第一金属层厚度为厚度20nm~800nm，该第一金属层的金属采用Ni；所述n型SiC衬底中的第二金属层厚度为200nm~2000nm；所述p型SiC衬底中的第二金属层厚度为200nm~2000nm；
所述n型SiC衬底中的第二金属层的金属采用W或Au或Pt或NiW或钯或铑；所述p型SiC衬底中的第二金属层的金属采用W或Au或Pt或NiW或钯或铑。
2.根据权利要求1所述的一种高温环境下工作的碳化硅装置的制造方法，其特征在于：所述步骤3进一步具体为：
若SiC衬底片中的衬底是n型SiC衬底：对其进行金属淀积之后退火，退火温度大于400度，形成第一金属层；之后在第一金属层上再进行金属淀积，之后形成第二金属层，形成欧姆接触；
若SiC衬底片中的衬底是p型SiC衬底：对其进行金属淀积之后退火，退火温度大于600度，形成第一金属层；之后在第一金属层上再进行金属淀积，之后形成第二金属层，形成欧姆接触。
3.一种高温环境下工作的碳化硅装置，其特征在于：所述装置为权利要求1和2任意一项制造方法制造出来的碳化硅装置。
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