CN113394090B - 一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种n型低电阻率的4H‑SiC欧姆接触制造方法，包括以下步骤：步骤1，将n型4H重掺杂SiC衬底进行清洗；步骤2，在n型4H重掺杂SiC衬底的背表面上淀积金属镍层；步骤3，使用LPCVD设备加热金属镍层，使得金属镍层渗入到n型4H重掺杂SiC衬底中，金属镍层中的镍金属和SiC发生化合反应，形成NixSiy和碳团簇层，完成欧姆接触。使用LPCVD设备形成SiC材料的欧姆接触，在退火过程中使得Ar气流量和腔室内真空压力值稳定可控，硅化镍/SiC系统能够在循序渐进的升温过程中从肖特基接触平稳过渡到欧姆接触，减少在复杂的硅化过程中诱生的结构缺陷，在较低的高掺杂浓度下，形成稳定、有效、均匀的NixSiy和碳团簇层硅化物，完成欧姆接触的制备过程。
Description
技术领域
本发明属于微电子制造工艺领域，具体属于一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法。
背景技术
SiC作为第三代新型宽禁带半导体材料的代表，由于其禁带宽、临界击穿电场大、高热导率和高电子饱和速度等优良的特性，SiC在高压大功率半导体功率器件具有重要地位和广阔前景。
然而，限制SiC电子器件的一个主要工艺技术就是欧姆接触。目前SiC芯片行业发展仍属起步阶段，产品参数的均匀性稳定性较差，芯片中测良率低，造成良率低的最主要原因就是欧姆接触问题。由于SiC的禁带宽度大，使得所有制作在4H-SiC上的金属形成的肖特基势垒高度大约为1eV，这对于在SiC上形成低电阻率的欧姆接触是一个严峻挑战。
实现低电阻欧姆接触工艺是SiC芯片发展的一大痛点，在实现低电阻率的欧姆接触的同时，很难兼顾产品稳定性高、均匀性好、成品率高的工艺制程要求。目前，n型4H-SiC欧姆接触制造工艺仍属于实验室科研探索阶段，学术争议性较大，从制作欧姆接触金属的选择到金属化退火过程控制还没有达成统一的标准，缺乏一种可工业化批产，工艺过程规范有效、易于实现、参数稳定性高、参数均匀性好、成品率高的n型4H-SiC欧姆接触工艺制造方法。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种有效的n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法，在较低的高掺杂浓度下，制备低电阻率欧姆接触的同时，还保证了芯圆拥有较高的成品率，并在产品参数合格的基础上解决了出芯率低的困难，兼顾产品稳定性高、均匀性好，工艺过程规范有效且易于实现。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法，包括以下步骤：
步骤1，将n型4H重掺杂SiC衬底进行清洗；
步骤2，在n型4H重掺杂SiC衬底的背表面上淀积金属镍层；
步骤3，使用LPCVD设备加热金属镍层，使得金属镍层渗入到n型4H重掺杂SiC衬底中，金属镍层中的镍金属和SiC发生化合反应，形成NixSiy和碳团簇层，完成欧姆接触。
优选的，所述n型4H重掺杂SiC衬底的掺杂浓度范围为1017cm-3～1018cm-3。
优选的，所述n型4H重掺杂SiC衬底的厚度为50μm～400μm。
优选的，步骤1中，使用浓硫酸和双氧水的混合溶液对n型4H重掺杂SiC衬底的背表面进行清洗，用于去除颗粒物和污染物。
优选的，步骤1中，采用HF酸和水的混合溶液腐蚀n型4H重掺杂SiC衬底的表面，去除背表面的SiO2。
优选的，步骤2中，在n型4H重掺杂SiC衬底的背表面上采用蒸发的金属淀积方式形成金属镍层，使用电子束蒸发台进行金属蒸发，在蒸发前的预抽基础真空为3E-4Pa～8E-4Pa；蒸发前将n型4H重掺杂SiC衬底进行预烘，温度为80℃～180℃；蒸发过程的淀积真空为1E-4Pa～6E-4Pa，蒸发过程的蒸发速率为
蒸发过程的行星架转速为3r/min～10r/min，n型4H重掺杂SiC衬底背表面金属镍层的厚度为30nm～300nm。
优选的，步骤2中，所述金属镍层的镍金属材料纯度需大于99.99％；所述金属镍层的镍金属材料在使用前需进行清洗，先使用丙酮浸没镍金属材料进行10min～40min的超声清洗，后使用酒精浸没镍金属材料进行10min～40min的超声清洗。
优选的，步骤2中，采用DI水对金属镍层进行清洗，所述清洗方式为超声清洗或兆声清洗。
优选的，步骤2中，将n型4H重掺杂SiC衬底形成的产品片放置在晶舟上，相邻的产品片之间间隔1～5槽，将晶舟放入LPCVD设备炉管中，晶舟距离LPCVD设备炉管的炉口位置为60cm～110cm。
优选的，步骤2中，在加热后，采用Ar进行合金化退火，Ar气体流量为0.5L/min～10L/min，合金化退火真空压力为350mtorr～1600mtorr；合金化退火温度为900℃～1250℃，合金化退火时间为10min～1h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供一种n型低电阻率的4H-SiC镍合金的欧姆接触制造方法，使用LPCVD设备形成SiC材料的欧姆接触，在退火过程中使得Ar气流量和腔室内真空压力值稳定可控，硅化镍/SiC系统能够在循序渐进的升温过程中从肖特基接触平稳过渡到欧姆接触，减少在复杂的硅化过程中诱生的结构缺陷，在较低的高掺杂浓度下，形成稳定、有效、均匀的NixSiy和碳团簇层硅化物，完成欧姆接触的制备过程。此方法可大幅改善SiC欧姆接触问题带来的产品良率问题，形成可工业化批产的n型4H-SiC欧姆接触制程工艺，大幅优化SiC产品电参数的均匀性、稳定性。
进一步的，通过使用浓硫酸和双氧水的混合溶液对SiC衬底背表面进行充分清洗，去除SiC背表面的有机沾污。
进一步的，通过采用HF酸和水的混合溶液腐蚀SiC衬底背表面，以去除步骤2中酸液中生成的氧化层及SiC衬底背表面和空气中的O2结合生成的自然氧化层。
进一步的，通过采用DI水对所述SiC背表面金属镍层进行清洗，选用超声清洗方式或兆声清洗方式，彻底清洁金属镍层上的颗粒沾污，既可保证合金化退火过程中金属硅化物的形成均匀有效，也可保持合金化退火设备腔室的高洁净度。
进一步的，通过将相邻的产品片之间间隔1～5槽放置在晶舟上进行化合反应，能够提高产品的成品率和产品参数一致性，保证合金过程保护气体流量充分，产品参数均匀一致性好。
进一步的，使用LPCVD设备形成SiC材料的欧姆接触，相较于其它退火设备，退火前可对设备进行充分的抽真空，获得极低的真空压力值，排除炉管内的水汽和O2等杂质气体；在退火过程中有稳定的Ar气流量和稳定且可读取的真空压力值，硅化镍/SiC系统能够在这种退火腔室氛围中，循序渐进的进行升温，从肖特基接触平稳过渡到欧姆接触，减少在复杂的硅化过程中诱生的结构缺陷，形成稳定、有效、均匀的NixSiy和碳团簇层硅化物，完成欧姆接触的制备过程。
附图说明
图1为本发明提供的一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触示意图；
图2为本发明提供的一种LPCVD设备内4H-SiC镍合金放片装置示意图；
图3为本发明提供的一种LPCVD设备内4H-SiC镍合金过程流程示意图；
图4为本发明提供的一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法的流程示意图。
附图中：1—n型4H-SiC重掺杂衬底；2—金属镍层；100—LPCVD设备炉管；200—晶舟；300—挡片；400—产品片。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，本发明提供的一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法包括：n型高掺杂浓度的4H-SiC衬底1和金属镍层2，所述金属镍层2中的镍合金渗入到n型的高掺杂浓度的4H-SiC衬底1背表面中形成欧姆接触；
本发明一种n型低电阻率的4H-SiC镍合金的欧姆接触制造方法，具体包括以下步骤：
步骤1，选用n型高掺杂浓度的n型4H-SiC重掺杂衬底1；
步骤2，使用浓硫酸和双氧水的混合溶液对n型4H-SiC重掺杂衬底1背表面进行充分清洗；
步骤3，采用HF酸和水的混合溶液腐蚀n型4H-SiC重掺杂衬底1背表面上自然氧化层；
步骤4，在n型4H-SiC重掺杂衬底1背表面上淀积金属镍层2；
步骤5，使用DI水对n型4H-SiC重掺杂衬底1背表面的金属镍层2进行清洗；
步骤6，使用LPCVD设备加热n型4H-SiC重掺杂衬底1背表面的金属镍层2，使得金属镍层2均匀渗入到n型4H重掺杂SiC衬底1中，金属镍层2和SiC发生化合反应，形成稳定的NixSiy和碳团簇层，即形成有效的SiC欧姆接触；反应过程就是Ni+SiC→NixSiy+C，随着温度的不同，x和y的值发生变化。
实施例
如图4所示，在本发明实施例提供的一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法包括：
步骤1，选择n型4H-SiC重掺杂衬底1，在本发明实施例中，所述n型4H-SiC重掺杂衬底1的掺杂浓度范围为1017cm-3～1018cm-3，n型4H-SiC重掺杂衬底1的厚度为50μm～400μm；
步骤2，使用浓硫酸和双氧水的混合溶液对n型4H-SiC重掺杂衬底1背表面进行充分清洗，去除衬底背表面的有机物和污染物。
步骤3，采用HF酸和水的混合溶液腐蚀n型4H-SiC重掺杂衬底1背表面，去除衬底表面自然生成的SiO2。
步骤4，在n型4H-SiC重掺杂衬底1背表面上淀积金属镍层2。
步骤5，使用DI水对n型4H-SiC重掺杂衬底1背表面金属镍层2进行清洗，可选用超声清洗方式或兆声清洗方式。
步骤6，使用LPCVD设备加热n型4H-SiC重掺杂衬底1背表面金属镍层2，使得金属镍层2渗入到n型4H重掺杂SiC衬底1中，金属镍层和SiC发生化合反应，形成NixSiy和碳团簇层。
步骤4中，淀积金属镍层的金属镍材料的预先处理，所述镍金属材料纯度需大于99.99％，所述镍金属材料在使用前需进行清洗，先使用丙酮浸没镍金属材料进行10min～40min的超声清洗，后使用酒精浸没镍金属材料进行10min～40min的超声清洗。
淀积金属镍层采用蒸发的金属淀积方式，蒸发前将电子束蒸发台预抽基础真空为3E-4Pa～8E-4Pa，蒸发前的预烘温度为80℃～180℃，蒸发过程的淀积真空为1E-4Pa～6E-4Pa，蒸发过程的蒸发速率为
蒸发过程的行星架转速为3r/min～10r/min，SiC衬底背表面金属镍层2的蒸发厚度为30nm～300nm。
步骤6中，使用LPCVD设备加热所述SiC背表面金属镍层2，使得金属镍层均匀渗入到n型4H重掺杂SiC衬底中，金属镍层和SiC发生化合反应，形成稳定的NixSiy和碳团簇层，即形成有效的SiC欧姆接触。
如图2和图3所示，LPCVD设备内，装片方式可以为：左边挡片300，中间为产品片400，产品片400是n型4H重掺杂背表面已覆盖金属镍层2的SiC衬底1的晶圆；右边挡片300，相邻的产品片400之间间隔1槽～5槽进行装片，产品片400装满整个晶舟200，能够提高产品的成品率和产品参数一致性，保证合金过程保护气体流量充分，产品参数均匀一致性好。挡片300数量可以根据工艺要求视情况而定。晶舟200距离LPCVD设备炉管100的炉口位置为60cm～110cm。
如图2所示，将n型4H重掺杂SiC衬底1形成的产品片400放置在晶舟200上，相邻的产品片400两侧设置有挡片300进行固定，而400相邻产品片之间无挡片，相邻间隔1槽～5槽装片，将晶舟200放入LPCVD设备炉管100中；
将LPCVD设备进行抽真空处理，对产品片400进行升温，金属镍层2均匀渗入到n型4H重掺杂SiC衬底1中，金属镍层2和SiC发生化合反应，然后使用Ar气体进行合金化退火，Ar气体流量为0.5L/min～10L/min，合金化退火真空压力为350mtorr～1600mtorr。合金化退火温度为900℃～1250℃，合金化退火时间为10min～1h。
然后将LPCVD设备的真空进行释放，将晶舟200取出LPCVD设备，将产品片400取出晶舟200。
在本发明实施例中，一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法中，使用LPCVD设备形成SiC材料的欧姆接触，相较于其它退火设备，退火前可对设备进行充分的抽真空，获得极低的真空压力值，排除炉管内的水汽和O2等杂质气体；在退火过程中有稳定的Ar气流量和稳定且可读取的真空压力值，硅化镍/SiC系统能够在这种退火腔室氛围中，循序渐进的进行升温，从肖特基接触平稳过渡到欧姆接触，减少在复杂的硅化过程中诱生的结构缺陷，形成稳定、有效、均匀的NixSiy和碳团簇层硅化物，完成欧姆接触的制备过程。
在本发明实施例中，一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法，可在较低的高掺杂浓度下实现欧姆接触，解决由SiC欧姆接触问题引起的产品良率问题，形成可批产的n型4H-SiC欧姆接触工艺，大幅优化SiC产品电参数的均匀性、稳定性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，针对具体的设备和工艺要求，对于本领域的工艺技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将n型4H重掺杂SiC衬底(1)进行清洗；使用浓硫酸和双氧水的混合溶液对n型4H重掺杂SiC衬底(1)的背表面进行清洗，用于去除有机物和污染物；
采用HF酸和水的混合溶液腐蚀n型4H重掺杂SiC衬底(1)的表面，去除背表面的SiO2；
步骤2，在n型4H重掺杂SiC衬底(1)的背表面上淀积金属镍层(2)；在n型4H重掺杂SiC衬底(1)的背表面上采用蒸发的金属淀积方式形成金属镍层(2)，使用电子束蒸发台进行金属蒸发，在蒸发前的预抽基础真空为3E-4Pa～8E-4Pa；蒸发前将n型4H重掺杂SiC衬底(1)进行预烘，温度为80℃～180℃；蒸发过程的淀积真空为1E-4Pa～6E-4Pa，蒸发过程的蒸发速率为
蒸发过程的行星架转速为3r/min～10r/min，n型4H重掺杂SiC衬底(1)背表面金属镍层(2)的厚度为30nm～300nm；
将n型4H重掺杂SiC衬底(1)形成的产品片(400)放置在晶舟(200)上，相邻的产品片(400)之间间隔1～5槽，将晶舟(200)放入LPCVD设备炉管(100)中，晶舟(200)距离LPCVD设备炉管(100)的炉口位置为60cm～110cm；
步骤3，使用LPCVD设备加热金属镍层(2)，使得金属镍层(2)渗入到n型4H重掺杂SiC衬底(1)中，金属镍层(2)中的镍金属和SiC发生化合反应，形成NixSiy和碳团簇层，完成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法，其特征在于，所述n型4H重掺杂SiC衬底(1)的掺杂浓度范围为1017cm-3～1018cm-3。
3.根据权利要求1所述的一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法，其特征在于，所述n型4H重掺杂SiC衬底(1)的厚度为50μm～400μm。
4.根据权利要求1所述的一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法，其特征在于，步骤2中，所述金属镍层(2)的镍金属材料纯度需大于99.99％；所述金属镍层(2)的镍金属材料在使用前需进行清洗，先使用丙酮浸没镍金属材料进行10min～40min的超声清洗，后使用酒精浸没镍金属材料进行10min～40min的超声清洗。
5.根据权利要求1所述的一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法，其特征在于，步骤2中，采用DI水对金属镍层(2)进行清洗，所述清洗方式为超声清洗或兆声清洗。
6.根据权利要求1所述的一种n型低电阻率的4H-SiC欧姆接触制造方法，其特征在于，步骤2中，在加热后，采用Ar进行合金化退火，Ar气体流量为0.5L/min～10L/min，合金化退火真空压力为350mtorr～1600mtorr；合金化退火温度为900℃～1250℃，合金化退火时间为10min～1h。
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