CN113178414A - 碳化硅欧姆接触结构的形成方法及mos晶体管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种碳化硅欧姆接触结构的形成方法及MOS晶体管的制备方法。一种碳化硅欧姆接触结构的形成方法，包括：提供表面具有碳化硅(SiC)层的半导体结构；在所述碳化硅层注入重离子，使表面形成非晶层；然后在所述非晶层的表面沉积金属层；进行退火处理，退火温度为400～1000℃。本发明能促进金属硅化反应的进行，也有利于掺杂杂质在更低温度下激活，从而大幅降低欧姆接触结构的电阻率。
Description
技术领域
本发明涉及技术领域，特别涉及一种碳化硅欧姆接触结构的形成方法及 MOS晶体管的制备方法。
背景技术
碳化硅(SiC)材料具有宽带隙、高本征温度、高热导、高绝缘强度(比硅高一个数量级)等优点，因此作为一种优越的材料被应用在航空航天、雷达与通信领域，特别是在高温、强酸强碱和辐射等极端环境下，SiC器件也越来越发挥着重要作用。
要提高SiC器件的性能，获得低的欧姆接触电阻率(specific contactresistivity, ρc)至关重要，从而提成器件电流驱动的能力。减小ρc的主要方法有降低肖特基势垒高度、提高半导体表面掺杂浓度、减小金属与SiC接触界面的粗糙度等。
然而，由于一般杂质在SiC中的扩散系数比较小，对SiC不宜采用扩散掺杂，只能采用离子注入或者外延控制掺杂。在SiC的离子注入中，注入晶格和杂质处于未激活状态的情况比较严重，往往要在相当高的衬底温度下进行，并在更高的温度下退火。
为此，提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳化硅欧姆接触结构的形成方法，该方法能促进金属硅化反应的进行，也有利于掺杂杂质在更低温度下激活，从而大幅降低欧姆接触结构的电阻率。
本发明的另一目的在于提供一种MOS场效应晶体管的制备方法，其利用上述碳化硅欧姆接触结构的形成方法制作源漏极及其接触结构，解决了现有碳化硅晶体管接触电阻率高的问题。
为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
一种碳化硅欧姆接触结构的形成方法，包括：
提供表面具有碳化硅(SiC)层的半导体结构；
在所述碳化硅层注入重离子，使表面形成非晶层；
然后在所述非晶层的表面沉积金属层；
进行退火处理，退火温度为400～1000℃。
其中，所述重离子为质量数大于等于硅的元素离子，所述注入重离子的条件为：能量1keV-1MeV，剂量1e14cm-2-1e17cm-2。
一种MOS场效应晶体管的制备方法，包括：
提供表面具有碳化硅层的半导体结构，并且在所述碳化硅层划分出源极区域和漏极区域；
对所述源极区域和/或所述漏极区域进行以下处理：
向区域内的碳化硅层注入重离子，使表面形成非晶层；其中，所述重离子为质量数大于等于硅的元素离子，所述注入重离子的条件为：能量1keV-1MeV，剂量1e14cm-2-1e17cm-2；
继续注入N型或P型掺杂离子；
之后在所述非晶层的表面沉积金属层；
最后进行退火处理，退火温度为400～1000℃。
一种MOS场效应晶体管的制备方法，包括：
提供表面具有碳化硅层的半导体结构，并且在所述碳化硅层划分出源极区域和漏极区域；
对所述源极区域和/或所述漏极区域进行以下处理：
向区域内的所述碳化硅层注入重离子，使表面形成非晶层；其中，所述重离子为质量数大于等于硅的元素离子，所述注入重离子的条件为：能量1keV-1 MeV，剂量1e14cm-2-1e17cm-2；
之后在所述非晶层的表面沉积金属层；
然后进行退火处理，退火温度为400～1000℃。
继续注入N型或P型掺杂离子；
最后进行二次退火。
综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果。
通过预非晶化(Pre-amorphization)工艺在SiC表面形成一层非晶层，然后任选进行源/漏离子注入(N型或者P型等离子掺杂)，若该接触结构位于栅极等结构中，则不存在这一步。接下来沉积金属、退火。在退火过程中发生固相外延再生长(SPER)，杂质被激活，并且金属完成硅化反应。
对于源/漏极的接触结构，也可采用以下过程：预非晶化后，沉积金属完成硅化反应，再进行源/漏离子注入，二次退火完成杂质激活。
从原理上讲，衬底预非晶化后，使得大多数杂质与移位的衬底材料处境几乎相同，在SPER过程中杂质进入生长的晶格，从而可以使得杂质在更低的温度下激活，突破杂质固溶度的限制。同时，预非晶化打破Si-C键，有助于促进 SiC与接触金属的反应，同时改善界面性能，降低界面粗糙度。通过以上几方面接触结构的电阻率大幅降低。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1-5为本发明的其中一个碳化硅接触结构的形成流程中各步骤得到的结构图；
图6-7为本发明的另一个碳化硅接触结构的形成流程中各步骤得到的结构图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原药、试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品或者可以根据现有技术制备得到。
针对现有技术中碳化硅掺杂工艺退火温度高及及接触电阻率高的问题，本发明提出一种碳化硅欧姆接触结构的形成方法，该方法主要利用“预非晶化”的手段解决了以上问题，具体过程如下。
提供表面具有碳化硅层的半导体结构；
在所述碳化硅层注入重离子，使表面形成非晶层；
然后在所述非晶层的表面沉积金属层；
进行退火处理，退火温度为400～1000℃。
其中，所述重离子为质量数大于等于硅的元素离子，所述注入重离子的条件为：能量1keV-1MeV，剂量1e14cm-2-1e17cm-2。
该方法采用特定的离子注入条件向SiC中掺入杂质，从而使其表面发生非晶化反应，形成一层非晶层。掺杂的杂质是质量数大于等于硅(28)的元素离子，包括但不限于Si、Ge、Sn、As、Ga、In、P、Te、Bi中的至少一种。另外，这一步形成的非晶层在后续的硅化反应时会被消耗，因此，通常根据所述硅化物的厚度确定非晶层的厚度，非晶层的厚度通常要保证硅化反应时能被完全消耗。而非晶层的厚度通过离子注入能量与剂量调控。
接下来沉积金属，金属可采用本领域制作接触结构的任意材料，包括但不限于常见的Ni、Pt、镍铂合金、Co、Ti、W、Ru、Cu、钴钛合金、氮化钛，并且可以是以上金属材料混合形成的单层结构，也可以是复合层结构，例如Ni 层+Pt层+Cu层、或者Ni层+氮化钛层+Cu层等。
最后退火处理，退火过程中发生固相外延再生长，可以激活杂质，使得杂质分凝在硅化物与SiC的界面，有利于减小接触电阻率，同时金属完成硅化反应。由于金属沉积过量等多种因素导致部分金属未反应，可以选择性去除或不去除未反应金属。退火方式可以为尖峰退火(Spike annealing)、激光退火(Laser annealing)、微波退火(Microwaveannealing)等。
以上方法主要适用于无需进行N型掺杂或P型掺杂以形成源漏极的结构，例如栅极接触结构可采用上述方法。若形成源漏极的接触结构，则要增加源/ 漏离子注入的步骤，该步骤可以在沉积金属前进行，也可以在沉积金属后进行。不同的增加顺序会导致工艺流程相应改变，具体如下。
若在沉积金属前进行源/漏掺杂，则采用如下的流程。
首先，提供表面具有碳化硅层的半导体结构，并且在所述碳化硅层划分出源极区域和漏极区域。该半导体结构可以是已经制作出栅极或假栅极的结构，栅极可以是堆叠式或沟槽式，可以是本领域目前常见的MOSFET晶体管。另外，为了划分出源极区域和漏极区域，可能借助光刻胶等掩膜手段。
对所述源极区域和/或所述漏极区域进行以下处理(通常对源极区域和漏极区域都做以下处理)：
第一步，沿图1所示的方向向区域内的碳化硅层1注入重离子，使表面形成非晶层2，如图2所示；其中，所述重离子为质量数大于等于硅的元素离子，所述注入重离子的条件为：能量1keV-1MeV，剂量1e14cm-2-1e17cm-2。
第二步，沿图3所示的方向继续注入N型或P型掺杂离子，对于NMOS则注入N型离子(包括但不限于N、As、P等)，对于PMOS则注入P型离子(包括但不限于Al、B、Ga等)。这一步注入的离子主要分布在SiC层内部，即位于非晶层2的下表面。注入的条件(剂量、能量等)是任意的，不受非晶化工序限制，例如能量1keV-1MeV，剂量1e14cm-2-1e17cm-2。
第三步，在所述非晶层2的表面沉积金属层3，得到如图4的结构；
第四步，最后进行退火处理，退火温度为400～1000℃，经过退火，金属生成硅化物，杂质分凝在碳化硅层1(SiC)和金属硅化物5层界面，即杂质分凝层4得到如图5所示的结构。
按照该流程只需要进行一次退火，该退火过程中硅化反应和杂质激活、分凝同时进行。
在按照以上四步制作完接触结构之后，可以依据需要进行栅极制作、金属互连等工序，完成MOS场效应晶体管的制作。
若在沉积金属后进行源/漏掺杂，则采用如下的流程。
提供表面具有碳化硅层的半导体结构，并且在所述碳化硅层划分出源极区域和漏极区域。
对所述源极区域和/或所述漏极区域进行以下处理：
第一步，沿图1所示的方向向区域内的所述碳化硅层1注入重离子，使表面形成非晶层2，如图2所示；其中，所述重离子为质量数大于等于硅的元素离子，所述注入重离子的条件为：能量1keV-1MeV，剂量1e14cm-2-1e17cm-2。
第二步，之后在所述非晶层2的表面沉积金属层3，如图4所示。
第三步，然后进行退火处理，退火温度为400～1000℃。这一步退火主要用于金属生发生硅化形成金属硅化物层6，得到如图6所示的结构。
第四步，沿图7所示的方向继续注入N型或P型掺杂离子。
第五步，最后进行二次退火，二次退火的手段同样可以采用尖峰退火(Spikeannealing)、激光退火(Laser annealing)、微波退火(Microwave annealing)等。二次退火主要用于激活杂质，使其分凝在界面上形成杂质分凝层4(如图5所示的结构)，提高表面掺杂浓度，减小接触电阻率。
在按照以上五步制作完接触结构之后，同样可以依据需要进行栅极制作、金属互连等工序，完成MOS场效应晶体管的制作。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种碳化硅欧姆接触结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供表面具有碳化硅层的半导体结构；
在所述碳化硅层注入重离子，使表面形成非晶层；
然后在所述非晶层的表面沉积金属层；
进行退火处理，退火温度为400～1000℃。
其中，所述重离子为质量数大于等于硅的元素离子，所述注入重离子的条件为：能量1keV-1 MeV，剂量1e14cm-2-1e17 cm-2。
2.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述重离子包括Si、Ge、Sn、As、Ga、In、P、Te、Bi中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述非晶层的厚度达到2～200nm。
4.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述金属层采用Ni、Pt、镍铂合金、Co、Ti、W、Ru、Cu、钴钛合金、氮化钛中的一种或者多种层堆叠；
所述镍铂合金中铂含量优选为5wt.％～30wt.％，所述钴钛合金中钛含量优选为5wt.％～430wt.％。
5.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述退火的方式为尖峰退火、激光退火或微波退火。
6.一种MOS场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
提供表面具有碳化硅层的半导体结构，并且在所述碳化硅层划分出源极区域和漏极区域；
对所述源极区域和/或所述漏极区域进行以下处理：
向区域内的碳化硅层注入重离子，使表面形成非晶层；其中，所述重离子为质量数大于等于硅的元素离子，所述注入重离子的条件为：能量1keV-1 MeV，剂量1e14cm-2-1e17cm-2；
继续注入N型或P型掺杂离子；
之后在所述非晶层的表面沉积金属层；
最后进行退火处理，退火温度为400～1000℃。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在所述退火之后还包括：金属互连工序。
8.一种MOS场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
提供表面具有碳化硅层的半导体结构，并且在所述碳化硅层划分出源极区域和漏极区域；
对所述源极区域和/或所述漏极区域进行以下处理：
向区域内的所述碳化硅层注入重离子，使表面形成非晶层；其中，所述重离子为质量数大于等于硅的元素离子，所述注入重离子的条件为：能量1keV-1MeV，剂量1e14cm-2-1e17cm-2；
之后在所述非晶层的表面沉积金属层；
然后进行退火处理，退火温度为400～1000℃。
继续注入N型或P型掺杂离子；
最后进行二次退火。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述二次退火的温度为400～1000℃。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在所述二次退火之后还包括：金属互连工序。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113808923A (zh) * | 2021-08-26 | 2021-12-17 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 一种SiC器件的欧姆接触制备方法 |
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2021
- 2021-03-10 CN CN202110261633.8A patent/CN113178414A/zh active Pending
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