CN114883180A - 一种无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，该方法首先对4H‑SiC外延片进行标准RCA清洗及前处理；接着在高温真空条件在4H‑SiC外延片上沉积欧姆金属层；最后对沉积欧姆金属层的4H‑SiC外延片做后处理。本发明提供的无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，该方法通过高温生长并反应形成欧姆接触的合金层代替传统热退火形成欧姆接触的工艺，避免了热退火过程中的不稳定因素对欧姆接触特性造成影响，降低了欧姆接触的被氧化和污染的风险，改善了SiC欧姆接触稳定性。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法。
背景技术
近年来，随着宽禁带半导体碳化硅(SiC)材料单晶制备和外延生长技术的进步，SiC功率器件迅速发展。作为典型的第三代半导体材料，由于4H-SiC的性能远远优于硅(Si)材料，且具有很好的化学及物理稳定性和抗辐照能力，因此其在高温、大功率、抗辐照等应用领域倍受青睐，成为下一代功率器件的理想材料。
由于SiC材料的禁带宽度很大，金属-SiC之间的肖特基势垒高，很难形成良好的欧姆接触，因此如何实现碳化硅良好的欧姆接触特性一直是其制备工艺中的关键和难点。欧姆接触质量的好坏很大程度上影响器件的各种性能，包括增益、功耗、开关速度以及可靠性等，这种影响对于面向高温、高压、大功率应用的SiC器件而言更为显著。
目前，制备碳化硅欧姆接触最普遍的方法是在高掺杂的外延层上沉积金属之后进行高温退火，利用金属与半导体之间的扩散与化学反应降低势垒高度实现欧姆接触，但是在金属和SiC欧姆接触快速热退火过程中，退火温度、退火时间和升温速率等波动会影响合金化合物的形成，而且易出现空气未排尽表面被氧化，都将严重影响欧姆接触特性和可靠性以及片内一致性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，所述方法包括：
1.1：对4H-SiC外延片进行标准RCA清洗及前处理；
1.2：在高温真空条件在4H-SiC外延片上沉积欧姆金属层；
1.3：对沉积欧姆金属层的4H-SiC外延片做后处理。
优选的，所述步骤1.1中的前处理包括：
(a1)在4H-SiC外延片上表面沉积SiO2掩膜层；
(b1)在SiO2掩膜层上进行光刻形成电极图形；
(c1)刻蚀SiO2层制作欧姆接触电极区。
优选的，所述步骤1.1中的前处理包括：
(a2)将4H-SiC外延片的P型重掺杂外延层进行图形化刻蚀形成隔离台面；
(b2)在隔离台面上通过离子注入形成P型注入终端区；
(c2)在4H-SiC外延片正面沉积SiO2掩膜层作为钝化层；
(d2)刻蚀SiO2掩膜层制作欧姆接触电极区。
优选的，所述步骤1.3中的后处理包括：
(m)腐蚀非电极区的金属；
(n)腐蚀去除SiO2掩膜层或光刻胶。
优选的，所述4H-SiC外延片为N型或者P型。
优选的，所述步骤1.2中高温真空条件为：温度950～1050℃，压强1×10-3Pa以下。
优选的，所述欧姆金属层为：N型4H-SiC外延片的欧姆金属层包括Ni，P型4H-SiC外延片的欧姆金属层包括Ti。
优选的，其特征在于，所述4H-SiC外延片的欧姆金属层中Ni层的厚度为20～100nm，生长速率为0.1～0.6nm/s。
优选的，所述步骤(m)中采用盐酸或者氢氟酸腐蚀非电极区的金属，所述步骤(n)中采用氢氟酸或者丙酮腐蚀去除SiO2掩膜层或光刻胶。
本发明的有益效果是：本发明提供的无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，该方法通过高温生长并反应形成欧姆接触的合金层代替传统热退火形成欧姆接触的工艺，避免了热退火过程中的不稳定因素对欧姆接触特性造成影响，降低了欧姆接触的被氧化和污染的风险，改善了SiC欧姆接触稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备SiC欧姆接触的流程图；
图2为本发明实施例1中制备SiC欧姆接触的过程示意图；
图3为本发明实施例2中制备SiC欧姆接触的过程示意图；
图中：1.N型4H-SiC外延片 2.SiO2掩膜层 3.电极图形 4.欧姆接触电极区 5.非电极区的Ni金属 6.欧姆接触I 2-1.N型4H-SiC衬底 2-2.N型低掺杂漂移层 2-3.重掺杂外延层 2-4.终端区 2-5.钝化层 2-6欧姆接触II。
具体实施方式
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
本实施例是一种无退火的N型4H-SiC欧姆接触电极的制备方法，该方法工艺流程如图1和图2所示，包括如下步骤：
步骤101：对N型4H-SiC外延片1进行标准RCA清洗，去除N型4H-SiC外延片1表面的各种污染物；
步骤102：在外延片上表面沉积100nm的SiO2掩膜层2；
步骤103：在SiO2掩膜层1-2上进行光刻形成电极图形3；
步骤104：刻蚀SiO2掩膜层1-2制作欧姆接触电极区4，为后续欧姆金属沉积准备；
步骤105：在温度950～1050℃和压强1×10-3Pa以下的真空条件下，沉积欧姆金属Ni层，反应生成Ni2Si合金形成欧姆接触I 6；
步骤106：利用盐酸漂洗非电极区的Ni金属5；
步骤107：在氢氟酸中腐蚀去除剩余的SiO2掩膜层2，也即图2中的欧姆接触电极区4。
本实施例通过将Ni接触金属沉积在N型SiC表面，并与SiC发生反应生成Ni2Si合金层作为欧姆接触，在不需要采用传统的热退火处理的情况下形成良好的N型SiC欧姆接触，可以避免退火过程中氧化和其他污染，提高了工艺稳定性。
实施例2
本实施例是SiC PiN二极管制造过程中P型4H-SiC欧姆接触制备方法，包括如下步骤：
(1)对P-i-N结构的位于N型4H-SiC衬底2-1和N型低掺杂漂移层2-2进行标准RCA清洗；
(2)将N型低掺杂漂移层2-2的P型重掺杂外延层2-3图形化刻蚀形成隔离台面后，通过离子注入形成P型注入终端区2-4；
(3)在4H-SiC外延片正面沉积SiO2层作为钝化层2-5；
(4)在SiO2层上进行光刻形成电极图形；
(5)利用RIE刻蚀SiO2制作欧姆接触电极区；
(6)在4H-SiC外延片在温度950～1050℃和压强1×10-3Pa以下的真空条件下沉积P型欧姆金属Ti，反应生成Ti3SiC2合金形成欧姆接触II 1-6；
(7)光刻图形化，利用氢氟酸腐蚀非电极区的金属Ti，丙酮浸泡去除光刻胶。
本实施例通过将Ti接触金属沉积在P型SiC表面并与其反应生成Ti3SiC2合金层，在不需要采用传统的热退火处理的情况下形成良好的P型SiC欧姆接触，可以避免退火过程中氧化和其他污染，提高了工艺稳定性。
Claims (9)
1.一种无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，其特征在于，所述方法包括：
1.1：对4H-SiC外延片进行标准RCA清洗及前处理；
1.2：在高温真空条件在4H-SiC外延片上沉积欧姆金属层；
1.3：对沉积欧姆金属层的4H-SiC外延片做后处理。
2.根据权利要求1所述的无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，其特征在于，所述步骤1.1中的前处理包括：
(a1)在4H-SiC外延片上表面沉积SiO2掩膜层；
(b1)在SiO2掩膜层上进行光刻形成电极图形；
(c1)刻蚀SiO2层制作欧姆接触电极区。
3.根据权利要求1所述的无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，其特征在于，所述步骤1.1中的前处理包括：
(a2)将4H-SiC外延片的P型重掺杂外延层进行图形化刻蚀形成隔离台面；
(b2)在隔离台面上通过离子注入形成P型注入终端区；
(c2)在4H-SiC外延片正面沉积SiO2掩膜层作为钝化层；
(d2)刻蚀SiO2掩膜层制作欧姆接触电极区。
4.根据权利要求1所述的无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，其特征在于，所述步骤1.3中的后处理包括：
(m)腐蚀非电极区的金属；
(n)腐蚀去除SiO2掩膜层或光刻胶。
5.根据权利要求1所述的无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，其特征在于，所述4H-SiC外延片为N型或者P型。
6.根据权利要求1所述的无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，其特征在于，所述步骤1.2中高温真空条件为：温度950～1050℃，压强1×10-3Pa以下。
7.根据权利要求1所述的无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，其特征在于，所述欧姆金属层为：N型4H-SiC外延片的欧姆金属层包括Ni，P型4H-SiC外延片的欧姆金属层包括Ti。
8.根据权利要求1或者6中任意一项所述的无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，其特征在于，所述4H-SiC外延片的欧姆金属层中Ni层的厚度为20～100nm，生长速率为0.1～0.6nm/s。
9.根据权利要求4所述的无退火工艺的SiC欧姆接触制备方法，其特征在于，所述步骤(m)中采用盐酸或者氢氟酸腐蚀非电极区的金属，所述步骤(n)中采用氢氟酸或者丙酮腐蚀去除SiO2掩膜层或光刻胶。
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