CN113257903A - 适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺及结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种欧姆接触工艺及结构，尤其是一种适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺及结构。按照本发明提供的技术方案，所述适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺，包括N型碳化硅晶片，在所述N型碳化硅晶片所需的表面设置低功函数导电膜，所述低功函数导电膜的功函数低于所述N型碳化硅晶片的电子亲和能，以使得所述低功函数导电膜与N型碳化硅晶片接触后能直接形成所需的欧姆接触。本发明能有效实现欧姆接触，降低欧姆接触的工艺难度，提高半导体器件的性能以及适应范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种欧姆接触工艺及结构，尤其是一种适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺及结构。
背景技术
在碳化硅半导体器件的工艺中，碳化硅半导体的欧姆接触是器件电极引出十分重要的一项工艺，一般需要设计金属合金工艺用来形成稳定的欧姆接触。4H-SiC的电子亲和能约为3.8eV，由欧姆接触的特性可知，与N型4H-SiC直接形成欧姆接触的电极材料功函数必须小于3.8eV，而在已知可以作为电极使用的金属材料中，并不存在符合条件的材料。目前，N型SiC衬底的欧姆接触通常是利用功函数较小的金属与重掺杂SiC接触后形成的薄势垒的隧穿电流实现。
在碳化硅半导体器件工艺中，背面欧姆接触通常由Ni与重掺杂N型4H-SiC在快速热退火(RTA)下形成Ni-Si化合物实现。为达到1×10-6Ω·cm2以下的接触电阻率，快速热退火通常要在1000℃以上进行。在工艺流程中，1000℃以上的工艺条件致使背面金属的淀积和欧姆接触的形成必须在正面工艺完成之前，由于背面减薄工艺一般是在正面工艺完成之后，因此，采用快速热退火时，导致进一步提高器件性能的背面减薄工艺无法实现。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺及结构，其能有效实现欧姆接触，降低欧姆接触的工艺难度，提高半导体器件的性能以及适应范围。
按照本发明提供的技术方案，所述适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺，包括N型碳化硅晶片，在所述N型碳化硅晶片所需的表面设置低功函数导电膜，所述低功函数导电膜的功函数低于所述N型碳化硅晶片的电子亲和能，以使得所述低功函数导电膜与N型碳化硅晶片接触后能直接形成所需的欧姆接触。
所述低功函数导电膜制备于N型碳化硅晶片的正面或背面，在低功函数导电膜上设置用于形成电极的金属电极层，所述金属电极层与低功函数导电膜电连接。
在N型碳化硅晶片上制备得到低功函数导电膜时，所述制备工艺包括溅射或蒸镀。
所述低功函数导电膜的材料包括Ca1-xSrxVO3、Ba1-xSrxVO3、Be1-xSrxVO3和/或Mg1- xSrxVO3，其中，0≤x≤1。
所述低功函数导电膜位于N型碳化硅晶片的背面时，在N型碳化硅晶片的正面制备所需的正面器件结构，以能利用所需的正面器件结构形成所需的碳化硅半导体器件。
对N型碳化硅晶片的背面减薄后，再在N型碳化硅晶片上制备所需的低功函数导电膜。
制备得到低功函数导电膜后，经退火工艺后，能使得低功函数导电膜与N型碳化硅晶片接触后能直接形成所需的欧姆接触，其中，退火工艺为低于900℃的低温退火。
一种适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触结构，包括N型碳化硅晶片，在所述N型碳化硅晶片所需的表面设置低功函数导电膜，所述低功函数导电膜的功函数低于所述N型碳化硅晶片的电子亲和能，以使得所述低功函数导电膜与N型碳化硅晶片接触后能直接形成所需的欧姆接触。
所述低功函数导电膜制备于N型碳化硅晶片的正面或背面，在低功函数导电膜上设置用于形成电极的金属电极层，所述金属电极层与低功函数导电膜电连接，所述金属电极层的材料包括Au、Al、Ag、Ni、Ti、Pt、Pd、Mo或Cu。
在N型碳化硅晶片上制备得到低功函数导电膜时，所述制备工艺包括溅射或蒸镀；
所述低功函数导电膜的材料包括Ca1-xSrxVO3、Ba1-xSrxVO3、Be1-xSrxVO3和/或Mg1- xSrxVO3，其中，0≤x≤1。
对N型碳化硅晶片的背面减薄后，再在N型碳化硅晶片上制备所需的低功函数导电膜。
制备得到低功函数导电膜后，经退火工艺后，能使得低功函数导电膜与N型碳化硅晶片接触后能直接形成所需的欧姆接触，其中，退火工艺为低于900℃的低温退火。
本发明的优点：在N型碳化硅晶片上制备得到低功函数导电膜，低功函数导电膜的功函数低于所述N型碳化硅晶片的电子亲和能，以使得所述低功函数导电膜与N型碳化硅晶片接触后能直接形成所需的欧姆接触，即能有效实现欧姆接触；低功函数导电膜的材料包括Ca1-xSrxVO3、Ba1-xSrxVO3、Be1-xSrxVO3和/或Mg1-xSrxVO3，在制备低功函数导电膜时，可以采用现有常用的溅射等工艺，在制备后，无需经过退火工艺，且在对N型碳化硅晶片背面减薄后制备低功函数导电膜，从而降低欧姆接触的工艺难度，提高半导体器件的性能以及适应范围。
附图说明
图1为本发明的一种实施情况的示意图。
附图标记说明：1-N型碳化硅晶片、2-外延层、3-低功函数导电膜、4-背面电极层、5-绝缘氧化层、6-绝缘介质层、7-钝化保护层、8-正面金属电极、9-场氧化层、10-导电多晶硅、11-P型区域以及12-终端结区。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
为了能有效实现欧姆接触，降低欧姆接触的工艺难度，提高半导体器件的性能，本发明包括N型碳化硅晶片1，在所述N型碳化硅晶片1所需的表面设置低功函数导电膜3，所述低功函数导电膜3的功函数低于所述N型碳化硅晶片1的电子亲和能，以使得所述低功函数导电膜3与N型碳化硅晶片1接触后能直接形成所需的欧姆接触。
具体地，N型碳化硅晶片1可以为现有常用的碳化硅晶片形式，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。为了能形成欧姆接触，在N型碳化硅晶片1上设置或制备得到低功函数导电膜3，其中，所述低功函数导电膜3的功函数低于所述N型碳化硅晶片1的电子亲和能；由背景技术说明可知，当低功函数导电膜3的功函数低于N型碳化硅晶片1的电子亲和能后，通过低功函数导电膜3与N型碳化硅晶片1间的接触能直接形成所述的欧姆接触。
进一步地，所述低功函数导电膜3制备于N型碳化硅晶片1的正面或背面，在低功函数导电膜3上设置用于形成电极的金属电极层，所述金属电极层与低功函数导电膜3电连接。
本发明实施例中，根据需要形成半导体器件的形式，低功函数导电膜3制备于N型碳化硅晶片1的正面或背面，具体在N型碳化硅晶片1上的位置根据需要需要选择，图1中，示出了低功函数导电膜3制备于N型碳化硅晶片1背面的上的情况。为了能得到半导体器件的电极，在低功函数导电膜3上还需要设置金属电极层，所述金属电极层与低功函数导电膜3电连接，即金属电极层通过低功函数导电膜3能与N型碳化硅晶片1形成欧姆接触。
进一步地，所述低功函数导电膜的材料包括Ca1-xSrxVO3、Ba1-xSrxVO3、Be1-xSrxVO3和/或Mg1-xSrxVO3，其中，0≤x≤1。
本发明实施例中，低功函数导电膜3可以采用Ca1-xSrxVO3、Ba1-xSrxVO3、Be1-xSrxVO3和/或Mg1-xSrxVO3，具体可以根据需要选择。由参考文献“RM Jacobs，D Morgan，JH Booske，“Doped Strontium Vanadate:Computational Design of a Stable,Low Work FunctionMaterial”，2016 IEEE International Vacuum Electronics Conference(IVEC)”可知，Ca1-xSrxVO3、Ba1-xSrxVO3、Be1-xSrxVO3、Ca1-xSrxVO3均具有金属的导电性，并且根据Ca(或Ba或Be或Mg)、Sr比例不同(0≤x≤1)，其相对应功函数最低可低至1.07eV，可以直接与N型碳化硅晶片1形成理想欧姆接触。具体采用Ca1-xSrxVO3、Ba1-xSrxVO3、Be1-xSrxVO3和/或Mg1-xSrxVO3形成的低功函数导电膜3时，低功函数导电膜3的电阻率约为2E-5Ωcm，导热率大于10W/mk，具体如参考文献“Takuji Maekawa,Ken Kurosaki,Shinsuke Yamanaka，“Physicalproperties of polycrystalline SrVO3-δ”，Journal of Alloys and Compounds 426(2006)46–50”。
本发明实施例中，在N型碳化硅晶片1上制备得到低功函数导电膜3时，所述制备工艺包括溅射或蒸镀，具体制备工艺的类型可以根据需要选择，此处不再赘述。参考文献“DaeHo Jung,Hyeon Seob So,and Hosun Lee，“Structural and electrical properties oftransparent conductor SrVO3 thin films grown using radio frequency sputteringdeposition”,J.Vac.Sci.Technol.A 37(2),2019,02157-1”中，提供了溅射工艺的形式。具体实施时，制备得到低功函数导电膜3后，无需高温退火或加以低温退火(900℃以下，具体地，一般可选低于500℃低温退火)，可完全替代现有繁琐工艺，降低工艺难度。低功函数导电膜3的具体厚度等可以根据需要选择，此处不再赘述。
进一步地，对N型碳化硅晶片1的背面减薄后，再在N型碳化硅晶片1上制备所需的低功函数导电膜3。由背景技术说明可知，为了能提高半导体器件的性能，需要对N型碳化硅晶片1的背面减薄。本发明实施例中，可以先对N型碳化硅晶片1的背面减薄，并在减薄后的N型碳化硅晶片1上制备上述低功函数导电膜3，此时，低功函数导电膜3一般制备于N型碳化硅晶片1的背面，即解决了现有利用碳化硅晶片制备半导体器件无法有效实现厚度减薄的技术难题。
进一步地，所述低功函数导电膜3位于N型碳化硅晶片1的背面时，在N型碳化硅晶片1的正面制备所需的正面器件结构，以能利用所需的正面器件结构形成所需的碳化硅半导体器件，具体地，所述碳化硅半导体器件包括SiC SBD、MOSFET、JBS、JFET或LDMOS。
本发明实施例中，所形成的碳化硅半导体器件包括SiC SBD(Schottky BarrierDiode)、MOSFET、JBS(Junction Barrier Controlled Schottky Diode)、JFET(JunctionField-Effect Transistor)或LDMOS，当然，所形成的碳化硅半导体器件还可以为其他的半导体器件形式，具体可以根据需要选择，即本发明的欧姆接触工艺可以适用于所有碳化硅半导体器件。
图1中，为一种MOSFET器件的实施情况示意图，具体地，在N型碳化硅晶片1的背面制备低功函数导电膜3，在低功函数导电膜3上制备背面电极层4，背面电极层4可以采用现有常用的金属材料，如为Au、Al、Ag、Ni、Ti、Pt、Pd、Mo或Cu等，背面电极层4的具体材料类型以及制备工艺均可采用现有常用的工艺，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
在N型碳化硅晶片1上设置N型外延层2，在N型外延层2上设置正面器件结构，其中，对于MOS器件，正面器件结构包括绝缘氧化层5、绝缘介质层6、钝化保护层7、正面金属电极8、场氧化层9、导电多晶硅10、P型区域11，而在终端区，还具有终端结区12，终端结区12可以采用现有常用的形式，具体可以根据需要选择，此处不再赘述。正面金属电极8的具体情况可以采用与背面电极层4相同的材料等，绝缘氧化层5覆盖外延层2的上表面，具体形成正面器件结构的方式以及相应的连接均与现有相一致，且正面器件结构的具体情况不是本发明的重点，此处不再赘述。
当碳化硅半导体器件为不同的器件形式时，则具有不同的正面器件结构，正面器件结构的具体情况与器件形式相对应，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
综上，能得到适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触结构，具体地，包括N型碳化硅晶片1，在所述N型碳化硅晶片1所需的表面设置低功函数导电膜3，所述低功函数导电膜3的功函数低于所述N型碳化硅晶片1的电子亲和能，以使得所述低功函数导电膜3与N型碳化硅晶片1接触后能直接形成所需的欧姆接触。
本发明实施例中，欧姆接触结构中，低功函数导电膜3、N型碳化硅晶片1的形式均可以参考上述说明，此处不再赘述。
Claims (12)
1.一种适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺，其特征是：包括N型碳化硅晶片，在所述N型碳化硅晶片所需的表面设置低功函数导电膜，所述低功函数导电膜的功函数低于所述N型碳化硅晶片的电子亲和能，以使得所述低功函数导电膜与N型碳化硅晶片接触后能直接形成所需的欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺，其特征是：所述低功函数导电膜制备于N型碳化硅晶片的正面或背面，在低功函数导电膜上设置用于形成电极的金属电极层，所述金属电极层与低功函数导电膜电连接。
3.根据权利要求1所述的适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺，其特征是：在N型碳化硅晶片上制备得到低功函数导电膜时，所述制备工艺包括溅射或蒸镀。
4.根据权利要求1或2或3所述的适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺，其特征是：所述低功函数导电膜的材料包括Ca1-xSrxVO3、Ba1-xSrxVO3、Be1-xSrxVO3和/或Mg1-xSrxVO3，其中，0≤x≤1。
5.根据权利要求2所述的适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺，其特征是：所述低功函数导电膜位于N型碳化硅晶片的背面时，在N型碳化硅晶片的正面制备所需的正面器件结构，以能利用所需的正面器件结构形成所需的碳化硅半导体器件。
6.根据权利要求1或2或3所述的适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺，其特征是：对N型碳化硅晶片的背面减薄后，再在N型碳化硅晶片上制备所需的低功函数导电膜。
7.根据权利要求1或2或3所述的适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触工艺，其特征是：制备得到低功函数导电膜后，经退火工艺后，能使得低功函数导电膜与N型碳化硅晶片接触后能直接形成所需的欧姆接触，其中，退火工艺为低于900℃的低温退火。
8.一种适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触结构，其特征是：包括N型碳化硅晶片，在所述N型碳化硅晶片所需的表面设置低功函数导电膜，所述低功函数导电膜的功函数低于所述N型碳化硅晶片的电子亲和能，以使得所述低功函数导电膜与N型碳化硅晶片接触后能直接形成所需的欧姆接触。
9.根据权利要求8所述的适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触结构，其特征是：所述低功函数导电膜制备于N型碳化硅晶片的正面或背面，在低功函数导电膜上设置用于形成电极的金属电极层，所述金属电极层与低功函数导电膜电连接，所述金属电极层的材料包括Au、Al、Ag、Ni、Ti、Pt、Pd、Mo或Cu。
10.根据权利要求8或9所述的适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触结构，其特征是：在N型碳化硅晶片上制备得到低功函数导电膜时，所述制备工艺包括溅射或蒸镀；
所述低功函数导电膜的材料包括Ca1-xSrxVO3、Ba1-xSrxVO3、Be1-xSrxVO3和/或Mg1-xSrxVO3，其中，0≤x≤1。
11.根据权利要求8或9所述的适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触结构，其特征是：对N型碳化硅晶片的背面减薄后，再在N型碳化硅晶片上制备所需的低功函数导电膜。
12.根据权利要求8或9所述的适用于碳化硅半导体器件的欧姆接触结构，其特征是：制备得到低功函数导电膜后，经退火工艺后，能使得低功函数导电膜与N型碳化硅晶片接触后能直接形成所需的欧姆接触，其中，退火工艺为低于900℃的低温退火。
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| PB01 | Publication | ||
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