CN117438296A - 碳化硅半导体衬底上制造接触的方法和碳化硅半导体器件 - Google Patents

碳化硅半导体衬底上制造接触的方法和碳化硅半导体器件 Download PDF

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Abstract

提供了碳化硅半导体衬底上制造接触的方法和碳化硅半导体器件。本公开总体涉及在碳化硅半导体衬底上制造接触的方法，其中该方法包括：提供4H‑SiC半导体衬底；用第一热退火激光束照射4H‑SiC半导体衬底的表面区域，从而生成至少包括3C‑SiC层的表面区域的相分离；以及在3C‑SiC层上沉积接触材料以在半导体衬底上形成接触层。本公开还涉及具有欧姆接触的碳化硅半导体器件，包括4H‑SiC半导体衬底、3C‑SiC层和在半导体表面处与3C‑SiC层直接接触的接触层。

Description

碳化硅半导体衬底上制造接触的方法和碳化硅半导体器件
技术领域
本公开总体上涉及用于在碳化硅半导体衬底上制造接触的方法，以及具有欧姆接触的碳化硅半导体器件，除了其他方法之外，所述欧姆接触可通过本文描述的方法获得。
背景技术
具有宽带隙属性的半导体器件，例如基于碳化硅(SiC)的二极管或功率MOSFET，被认为是例如在恶劣环境或功率电子领域中应用的下一代电子器件。在这种半导体器件的开发中，一个方面是在半导体材料和半导体衬底表面上的金属层叠之间创建欧姆接触。特别是，为跨各行业广泛使用的原型4H-SiC衬底创建背面欧姆接触变得相当有挑战性。传统上，Ni被用作接触材料或中间接触材料，以与半导体衬底的4H-SiC多型体进行欧姆接触。然而，在高温条件下，发现NiSi连同碳簇和薄碳膜可以作为副产物在界面处被检测到。
碳可能导致背面金属化堆叠内的金属夹层之间的粘合失效。这些粘合失效可能导致在接下来的处理步骤中或者在半导体器件的应用期间，尤其是在高温环境下或者在高功率条件下，金属化部剥离。
鉴于以上所述，需要提供用于基于SiC的半导体衬底上的欧姆接触的替代制造处理，其使得能够以高效且成本敏感的方式产生欧姆接触。此外，需要提供具有可靠欧姆接触的基于SiC的半导体器件，从而在它们的使用期间提供稳定性和高性能。
发明内容
一些实施例涉及一种用于在碳化硅半导体衬底上制造接触的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供4H-SiC半导体衬底；用第一热退火激光束照射4H-SiC半导体衬底的表面区域，从而生成至少包括3C-SiC层的表面区域的相分离；以及在3C-SiC层上沉积接触材料以在半导体衬底上形成接触层。衬底可以是单晶衬底，主要基于4H-SiC晶体结构。然而，衬底内也可以包括其他多型区，例如6H-SiC区，而大多数情况下，4H-SiC单晶衬底通常用于产生MOSFET、J-FET和二极管。因此，在下面的描述中，4H-SiC用于解释实施例的技术效果，同时不应排除其他多型体，尤其是其他六方单晶多型体。
通过用第一热退火激光束照射，4H-SiC半导体衬底的晶体结构至少在表面区域中被修改。使用具有调整能量密度的激光束的热退火有时也被称为“LTA”(激光热退火)。根据该实施例，半导体衬底的表面区域可以被第一LTA激光束照射，以生成4H-SiC单晶衬底的相分离。在该实施例中，可以调整激光束的能量密度，使得通过相分离生成至少薄立方3C-SiC层。3C-SiC层的厚度应该足够高，以提供与将在其上提供的金属化层的欧姆接触。在该照射步骤中也可能生成碳或硅副产物部分。然而，通过本文描述的实施例可获得或获得的半导体衬底的表面区域中的3C-SiC层是具有立方结构的晶体或多晶层，其负责提供与4H-SiC多型体相比减小的带隙。当被金属接触层接触时，这导致较低的接触电阻。
根据一些实施例，通过将接触材料直接沉积到3C-SiC层上来制造金属接触层，从而在半导体衬底上形成接触层。所使用的金属可以是元素形式的任何金属，或者是与碳化硅形成良好欧姆接触的任何金属化合物或金属混合物，如果存在硅和碳部分的话，也是如此。金属组分可以具有在3C-SiC多型体的电子亲和力范围内的功函数，该范围暴露于待接触的表面，例如半导体衬底的背面。本文给出的实施例允许以有效和成本敏感的方式形成欧姆接触。此外，将金属接触材料直接沉积到提供在半导体衬底的表面区域处的3C-SiC层上改善了(也就是说增加了)所获得的欧姆接触的可靠性。此外，如在替代制造处理中已经进行的硅化物层的形成或半导体衬底的背面表面区域的额外掺杂不是必需的，同时由于类似于接触金属材料的功函数的3C-SiC电子亲和力而获得非常好的欧姆接触。总的来说，本文描述的方法使得能够在获得的半导体器件中实现低接触电阻和接触电阻的良好再现性和均匀性。
尽管这种方法可以用于使背面(有时称为后面)和正面半导体表面与金属层接触，但是通常它用于提供n掺杂的背面接触。术语“正面”和“背面”是参照附图部分所示的示例中的取向使用的。因为实施例的组件可以定位在许多不同的取向上，所以方向术语仅用于说明的目的，而决不应被认为是限制性的。
一些实施例涉及一种用于在碳化硅半导体衬底上制造接触的方法，其中所述方法包括以下步骤：提供4H-SiC半导体衬底；用第一热退火激光束照射4H-SiC半导体衬底的表面区域，从而生成至少包括具有硅部分和碳部分的3C-SiC层的表面区域的相分离；去除碳和硅部分的至少大部分；以及在3C-SiC层上沉积接触材料，以在半导体衬底上形成接触层。
衬底可以选自本文前面描述的先前实施例中定义的那些。在照射半导体衬底的表面区域的步骤中，可以调整第一热退火激光束的能量密度，使得表面区域中4H-SiC多型体的相分离生成至少进入3C-SiC层的相分离。在该实施例中，4H-SiC层的一些部分可以进一步分解成硅和碳，从而导致硅和碳部分在3C-SiC层之上或之内。通常，通过LTA照射的相分离导致以单晶4H-SiC层、3C-SiC层、硅层和碳层的顺序的层状堆叠。因此，在前述实施例中的接触材料可以形成为在半导体衬底的表面区域中已通过相分离生成的3C-SiC层上的接触层之前，由相分离生成的硅和碳部分的大部分可以通过合适的机械或化学去除处理去除，例如常用的蚀刻处理步骤。因此，该方法导致没有过量碳簇的接触层结合，否则，过量碳簇可能导致层之间，尤其是半导体衬底和接触金属层之间的不良粘合。因此，本文描述的方法导致可靠的欧姆接触，其中与单晶衬底材料相比，3C-SiC层的较小带隙可以被适当地用于减小接触电阻。
进一步的实施例涉及具有至少三层结构的碳化硅半导体器件，即4H-SiC半导体衬底层、3C-SiC层和半导体衬底表面上的接触材料层。由于3C-SiC层与金属接触层相似的电子亲和力，这些半导体器件具有良好的欧姆接触。由于在本文所述的制造方法期间可以避免碳簇或者可以显著减少碳簇的数量，所以与其中金属接触被提供在相分离的3C-SiC层上并且随后硅和碳层介于SiC层和金属接触层之间的半导体器件相比，金属接触层的粘合得到了改善。此外，金属接触层和3C-SiC层之间的直接界面，包括它们的周围部分，不需要通过例如NiSi接触处理中的附加热退火进行硅化步骤。因此，这种方法可以避免额外的步骤。此外，可以在具有典型掺杂剂浓度的任何4H-SiC衬底上制备接触，并且在本文描述的方法中不需要在表面附近额外注入掺杂剂来改善欧姆接触。通过本文描述的方法制备的接触对所生成的具有良好欧姆接触的半导体器件的稳定性和性能提供显著的影响。
在本说明书中，术语“在……上”确切意指层或元件可以直接在另一个层或元件上或直接延伸到另一个层或元件上，或者也可以存在中间层或元件。相反，当元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在中间元件。
当然，本公开不限于上述特征和优点。实际上，本领域的技术人员在阅读以下详细描述和查看附图时将认识到附加的特征和优点。
附图说明
附图的元件不一定是相对于彼此按比例的。相似的附图标记表示相应的相似部分。各种所示示例的特征可以组合，除非它们相互排斥。示例在附图中描绘，并在下面的描述中详述。
图1示出了SiC衬底的截面视图。
图2示出了在表面区域中具有3C-SiC层的SiC衬底的截面视图。
图3示出了在表面区域中具有3C-SiC层的SiC衬底的截面视图，在该3C-SiC层上提供了接触材料层。
图4示出了在4H-SiC衬底上具有3C-SiC层、接触材料层和附加金属层的SiC半导体器件的截面视图。
图5示出了另一SiC衬底的截面视图。
图6示出了具有3C-SiC层、硅层和碳层的堆叠的图5的SiC衬底的截面视图。
图7示出了图6的SiC衬底的截面视图，其中已经去除了碳层。
图8示出了图7的SiC衬底的截面视图，其中已经去除了硅层。
图9示出了如图8所示的在SiC衬底的3C-SiC层上具有接触材料层的半导体器件的截面视图。
具体实施方式
在下文中，更详细地描述碳化硅半导体衬底上的接触的制造处理，所述制造处理使得能够以高效且成本敏感的方式产生欧姆接触。基于SiC的半导体衬底通常是待处理的碳化硅工件。例如，基于SiC的半导体衬底可以是基于SiC的晶片。可替代地，基于SiC的半导体衬底可以包括基底晶片(也称为“生长衬底”或“生长晶片”)，半导体层例如通过使用外延处理沉积在该基底晶片上。至少一个外延层可以邻接半导体衬底的正面。在可选的处理步骤中，可以在基于SiC的半导体衬底上提供金属接触层。在这种情况下，基于SiC的半导体衬底可以是经处理的晶片。具有基于SiC的半导体衬底的示例性经处理晶片可以包括功率MOSFET、J-FET或二极管。那些基于SiC的电子组件通常在半导体衬底的背面具有n掺杂的SiC衬底层，以与金属接触层接触。在半导体衬底的正面，可能需要在半导体衬底和金属接触层之间的界面处的p掺杂半导体层来形成p体或p发射极。虽然重点放在功率MOSFET、J-FET或二极管组件部分处欧姆接触的制造方法上，但是本文描述的实施例和示例并不旨在局限于这些特定的电子组件。相反，这些方法可以用于制造基于SiC衬底的任何其他电子组件的欧姆接触，例如SiC衬底所包括的外延层的欧姆接触。此外，术语“衬底”可以包括经处理的晶片，所述经处理的晶片包括几个外延层，其中在可以生成背面接触之前，生长衬底已经被至少部分去除。此外，半导体衬底正面和/或背面与金属层之间的界面以及靠近该界面的区可以掺杂有其他掺杂剂。例如，也可以取决于所产生的电子器件来选择正面处的n掺杂层或背面处的p掺杂层。对于每种掺杂类型“n”或“p”，可以使用不同的掺杂浓度。通常，这些浓度被标识为例如n-或p+。在本说明书中，此处指示的任何掺杂类型可以具有与另一实施例或示例中的相同类型相同或不同的绝对浓度。对于本文描述的实施例，衬底中的掺杂区不是必需的。因此，替代地，可以使用在将要制备接触的一面没有任何掺杂层的衬底。
这些电子器件的半导体衬底和外延层(如果适用的话)通常是单晶的。单晶半导体材料的示例性实施例大多基于4H-SiC衬底。因此，第一步通常是提供单晶4H-SiC衬底。即使本文没有明确描述的示例，也可以使用单晶6H-SiC衬底。如上所述，衬底可以包括衬底内的器件结构。在通过沉积金属层制造接触的步骤之前，可以在基础衬底内产生另外的器件结构。此外，如果需要或意图的话，可以在制造接触之前应用半导体衬底的厚度减小步骤。
在一个实施例中，用于在SiC衬底上制造接触的方法还包括用第一热退火激光束照射4H-SiC半导体衬底的表面区域的步骤。退火，例如通过使用具有升高温度的热激光退火，可以导致去除离子照射引起的损伤和各个区的非晶化，从而引起由激光束热处置的表面区域的相分离。通过具有足够能量密度的至少一次激光喷射，例如两次或更多次激光喷射，在经处置的表面区域中生成的这种相分离导致了期望的3C-SiC多型结构。由此获得的3C-SiC层提供了最小的肖特基势垒高度，其中例如钛作为金属接触。具有费米能级的3C-SiC多型体的能带结构处于与典型接触金属(诸如，例如钛及其二元和三元硅化物和碳化物)的功函数相似的能级。那些接触金属具有在4.1到4.3eV范围内的功函数。因此，在被处置的半导体衬底的被照射表面区域中生成的3C-SiC层允许与典型使用的接触材料的可靠欧姆接触，这特别归因于与4H-SiC或6H-SiC带隙结构相比，3C-SiC多型体的带隙减小，因此在如此获得的欧姆接触中导致较低的接触电阻。
一些实施例的最后步骤是在之前提供的3C-SiC层上沉积接触材料，以在半导体衬底上形成接触层。在半导体衬底的表面区域处生成3C-SiC层有助于将金属层沉积到3C-SiC层上，从而产生在金属化部和半导体表面之间具有低接触电阻的宽带隙半导体器件。在这方面，术语“到……上”同样意指金属层可以直接沉积到半导体衬底的表面区域上，或者可选地沉积在至少一个中间层上，例如，诸如薄的自然氧化物层上。在一些示例中，金属层包括大于98％的金属含量或金属化合物含量，并且金属或金属化合物选自包括以下各项的组：Al、Ti、Cd、Eu、Gd、La、Mn、Nb、Nd、Sc、Zr、Ta、W、Mo、Ni、NiAl、TiN、TaN、MoN、WN和NiSi。示例性的金属材料是钛、钛硅化物或碳化物、镍或镍硅化物，因为它们的功函数与3C-SiC多型体的电子亲和力相匹配。
在这些方法的一些实施例中，用第一热退火激光束照射4H-SiC衬底的表面区域通过激光热退火处理来进行，以创建晶体或多晶3C-SiC层。因此，激光热退火用于为4H-SiC衬底提供包括3C-SiC层的表面区域。使用高能激光束的热处置通常导致外延重排，从而生成主要包括3C-SiC多型体的晶体或多晶表面层。通常，激光热退火处理产生具有单晶4H-SiC层、具有硅部分和碳部分的晶体或多晶3C-SiC层的衬底结构。在热退火处理中使用的高能量，例如3J/cm2至4.5J/cm2(典型地3J/cm2至4.0J/cm2)，可能导致SiC晶格内的分解反应。典型的激光条件是例如308nm下的3.8J/cm2和大约160纳秒的处理持续时间。当用于根据本公开的热退火处理时，可替换的激光系统可以被适当地适配。因此，在外延处置的3C-SiC表面区域上生成的硅和碳部分是由分解产物硅和碳生成的。在这些实施例中，在如前述实施例中所述的沉积接触材料之前，将去除大部分或所有的硅和碳部分。
根据一些实施例，用第一激光束直接照射表面区域。在这方面，直接照射意指没有另外的层施加到衬底表面，或者施加到衬底表面的任何另外的层具有激光能量的10％(例如5％)的最小吸收。如果施加的话，那些附加层可以是透明层。示例性的附加层可以是集热层或抗反射层。这种层可以包括由碳组成的层，其可以在LTA处理期间的相分离期间自动生成。
在一些实施例中，用至少两次激光喷射进行第一热退火的照射，也称为双喷射退火。至少两次激光喷射意指在用于部分分解4H-SiC的晶格并在其中进行非晶化处理的第一次喷射之后，发生相分离。在第二次激光喷射中，由此生成的中间相可以再结晶成立方多晶或晶体3C-SiC相。在温和条件下，可能需要最少两次喷射来引起从4H-SiC到3C-SiC多晶型的该相变，这意味着激光喷射期间的能量密度较低。三次或更多次激光喷射或脉冲数是可能的，但是会导致形成更厚的3C-SiC层和更多含量的副产物，例如硅和碳。因此，最少两次激光喷射可能足以实现足够厚的3C-SiC层厚度，以在半导体衬底和接触材料之间产生具有低接触电阻的可靠的欧姆接触。因此，双喷射退火可以用在本文描述的用于照射半导体衬底的方法中。在一些示例中，较少的副产物可以允许省略去除步骤，在去除步骤中在沉积接触材料之前去除硅和碳部分。这种方法例如在本文描述的第一实施例中描述。
通过照射步骤生成的3C-SiC层的示例性厚度可以为约2至约50nm，更具体地为2至10nm，并且特别是小于5nm或小于3nm。在单晶衬底表面处具有少量晶体层的薄3C-SiC层通常足以生成与直接沉积在其上的接触材料的良好的欧姆接触。
在一些实施例中，去除大部分副产物，特别是在生成3C-SiC层期间提供的硅和碳部分，可以通过适合用于半导体处理的蚀刻处理或化学处理来进行。用于去除碳部分的示例性蚀刻处理包括氧等离子体蚀刻步骤。去除硅部分的示例性处理包括氧化和化学氧化硅去除步骤。在第一步中，硅被氧化成二氧化硅，并且在第二步中通过氧化物去除步骤，例如通过稀释的HF溶液而被去除。
沉积步骤中使用的示例性接触材料选自包括以下各项的组：金属、金属硅化物、金属碳化物或三元硅化物和碳化物。为了在半导体衬底的表面处提供与3C-SiC半导体层的良好欧姆接触，可以选择接触材料，使得其具有小于4.3eV、特别是小于4.1eV的功函数。特别示例的材料是钛或镍硅化物。对于镍硅化物，衬底表面上的硅化物可以在不使用较高温度进行硅化反应的情况下沉积。例如，溅射处理或气相沉积处理可以用于沉积镍硅化物接触材料。
在一些实施例中，4H-SiC半导体衬底可以被提供具有小于80nm(例如在大约2到50nm之间)的表面粗糙度Rq。Rq意指衬底表面上峰和谷的均方根。在测试中，已经发现欧姆接触的形成强烈取决于衬底的初始表面粗糙度。因此，在照射步骤之前，该方法可以包括研磨步骤，其中4H-SiC半导体衬底被粗糙化，从而在4H-SiC半导体衬底中引起晶体损伤。可替换的研磨步骤可以包括减薄步骤，在减薄步骤中，SiC衬底可以被机械腐蚀，并因此导致晶体缺陷。半导体衬底中的晶体结构中的那些缺陷可以在半导体衬底的表面区域中的后续照射步骤期间促进4H-SiC多型体转化为3C-SiC多型体。促进多型体的转化可以包括在照射期间降低所用激光束的能量密度的可能性。更具体地，LTA的较低能量密度允许更宽的处理窗口。在相分离之后，晶体结构中的至少部分缺陷可能存在于半导体衬底的表面区域中，这意味着存在于通过照射或相分离获得的3C-SiC层中。此外，这种缺陷可能导致带隙内的深能级，并因此影响接触电阻的进一步降低。因此，半导体衬底的粗糙度可以用于调整欧姆接触，并且更具体地，可以用于进一步降低半导体衬底和接触材料之间的界面处的接触电阻。
在一些示例中，可以通过在接触3C-SiC层的接触材料上用第二激光热退火脉冲照射接触层来改善欧姆接触。特别地，这种第二激光热退火脉冲可以在沉积接触材料和实现接触材料和3C-SiC半导体衬底之间的欧姆接触之后使用。据推测，这种额外的热退火脉冲能够通过改善界面处的晶体结构来降低接触电阻。
此外，该方法可以包括在接触层上沉积至少一个另外的金属层。在钛或镍硅化物接触材料层的情况下，附加层可以包括钛、镍、钒和银组分，其还包括混合金属层，例如镍钒层。典型的金属接触堆叠包括钛接触层、混合镍钒层和银层，它们按此顺序提供在半导体衬底上。
如前所述的方法可以用于制备碳化硅半导体器件。因此，可获得的或用其获得的碳化硅半导体器件可以落入本文描述的产品内。碳化硅半导体器件的一些实施例包括4H-SiC半导体衬底、3C-SiC层和在半导体衬底表面处与3C-SiC层直接接触的接触层。在这些半导体器件中，由于在半导体衬底和接触材料之间的界面处存在3C-SiC，可以实现良好的欧姆接触。由此获得的欧姆接触使得接触电阻能够具有良好的可靠性，即使不像在欧姆接触的常用制造处理中那样进行硅化步骤。如上所解释的，如果NiSi被用作接触材料，它应通过溅射方法而不是热退火来沉积。因此，可以避免在制造的最后步骤中半导体器件内的高温。此外，也不需要额外的背面掺杂处理，因为对于典型的衬底掺杂水平，3C-SiC带隙使得能够实现非常好的欧姆接触。此外，因为接触材料直接提供在半导体衬底的表面处，所以在沉积接触材料之前，可以避免碳簇或者碳簇至少大部分被去除。因此，接触材料在半导体衬底表面上具有良好的粘合。因此，本文所述的半导体器件提供了良好且可靠的欧姆接触。所获得的接触在为半导体器件提供具有良好稳定性和整体性能的接触方面起到重要作用。
具有本文描述的器件结构的示例性半导体器件是功率MOSFET或二极管。在这种半导体器件中，3C-SiC层通常是n型或p型外延或多晶层。取决于所产生的半导体器件，n掺杂的源区和p掺杂的体或发射极区通常制备在正面，并且高度n掺杂的接触层通常制备在背面。
在本文描述的一些实施例中，用作接触层的金属层包括大于98％的金属含量或金属化合物含量，并且金属或金属化合物选自包括以下各项的组：Al、Ti、Ta、W、Mo、Ni、NiAl、TiN、TaN、MoN、WN和NiSi。钛可以用作与半导体表面直接接触的接触材料，因为其功函数类似于3C-SiC的带隙。金属化合物通常是金属氮化物或金属硅化物，但是也可以包括其他非金属组分。在NiSi的情况下，Si含量小于15％，特别是约10％至12％，并且更特别是约11％。
在一些实施例中，半导体器件包括沉积在接触层上的至少一个另外的金属层。可以使用如上所述的类似材料。NiV或Ag是金属组分或化合物的示例，其适于与钛接触层一起用作半导体衬底界面处的附加金属层。银经常被用作半导体器件与互连连接的接触材料。
本文描述的碳化硅半导体器件的一些实施例可以具有这样的接触层作为背面接触。在一些实施例中，半导体衬底可以在正面表面处包括几个器件结构。本文描述的制造方法允许以高效和成本敏感的方式产生欧姆接触。由此获得的基于SiC的半导体器件被产生成具有可靠的欧姆接触。
将参考附图进一步描述上述实施例，附图示出了方法和由此获得的半导体器件的具体示例。现在参考图1至4，示出了制造半导体器件的示例性实施例的方法。图1示出了例如主要由4H-SiC材料制成的SiC单晶SiC衬底层10的截面视图。在本文描述的示例性方法的另外步骤中，通过用退火激光束照射来进行衬底10的表面区域的照射，以在衬底的表面区域内创建3C-SiC层20。为了在衬底的表面区域内生成薄的3C-SiC层，调整激光束的能量密度，使得发生晶体结构的修改，并且在衬底的表面区域处至少出现3C-SiC相。有时，可以应用两个或更多个激光脉冲来实现晶体结构从六方结构到立方结构的重构。
如图3所示，一旦在4H-SiC衬底的表面区域处提供了3C-SiC层，就在包括衬底10和3C-SiC层20的衬底堆叠上沉积接触材料30。在这个示例中，钛层30已经沉积在3C-SiC层20上，因为钛的功函数与3C-SiC多型体的电子亲和力相似。这允许以简单的方式在碳化硅半导体衬底上制造接触。不需要额外的退火步骤或热处置。因此，例如，这种制造方法特别适合于在衬底正面具有温度不稳定器件结构的半导体器件上产生背面接触。
在本文示例性的制造方法中，诸如钛的接触材料可以直接提供在半导体衬底的3C-SiC表面区域上，而不需要任何硅化反应或衬底表面区域中的高掺杂浓度。由于表面区域的碳含量低或者根本不存在碳，接触材料的粘合良好。因此，获得的接触的可靠性得到改善。
在图4中，以其截面示出了在4H-SiC衬底10上具有3C-SiC层20、接触材料层30和附加金属层35的堆叠的半导体器件100。半导体器件100已经按照图1至3中描述的方法并且通过在接触材料层30上沉积至少一个附加金属层35而产生。附加金属层35可以包括镍钒层和银层，它们以该次序提供在由钛制成的接触材料层30上。层30和35形成接触堆叠。
图5至9示出了碳化硅半导体衬底上的接触的制造方法的另一个示例。如图5所示，在第一步中提供4H-SiC衬底。在半导体衬底的表面区域中进行具有双喷射激光束照射处理的热退火。通过使用双喷射激光，4H-SiC多型体的相分离可以在合适的能级生成。如图6中的截面所示，相分离在半导体衬底10上生成3C-SiC层20、硅层22或层20上的至少硅部分、以及碳层24或层22上的至少碳部分的堆叠。在下一步骤中，通过氧等离子体蚀刻处置去除碳层24(参见图7)。接下来，通过氧化处置去除生成的硅层22，以生成氧化硅，随后对氧化硅进行HF蚀刻(见图8)。如此获得的3C-SiC层20大部分不含在照射过程期间衬底表面的相分离过程中作为副产物生成的去除的碳和硅部分。至于施加到半导体衬底的表面区域的能量剂量的良好可调整性，层20可以生成为大约小于10nm的厚度，在该示例中为大约2-4nm。至少2nm的厚度足以提供具有晶体结构的表面区域，该晶体结构适于提供与在下一步骤中提供的钛接触层的良好欧姆接触。这种薄的3C-SiC层的实现具有这样的优点，即这些3C-SiC层中减小的迁移率对最终器件的总导通电阻只有很小的贡献。如参考图3所述，在3C-SiC层20上沉积接触材料层30，从而制造如图9所示的半导体器件。接触材料的典型沉积方法是将钛溅射到半导体衬底的背面表面上。如图4所示的示例中所示的附加金属层可以被施加到接触材料层30上，即使这在该示例中没有示出。
上面说明的单晶SiC半导体衬底上的接触的制造方法允许制作可靠的欧姆接触，而不需要额外的热处理。碳部分的去除可以增加接触材料在半导体衬底表面上界面处的粘合，所述粘合在现有技术中通常会引起问题。由于钛的功函数类似于3C-SiC多型体的带隙，所以不需要像常规制造方法中那样的硅化处理来提供良好的欧姆接触。因此，整个制造过程更容易，并导致所获得的碳化硅半导体器件的可靠性改善。
诸如“第一”、“第二”等术语用于描述各种实施例、层、步骤顺序等，并且也不旨在是限制性的。在整个说明书中，相似的术语指代相似的元件。
如本文使用的，术语“具有”、“包含”、“包括”等是开放式术语，其指示所述元件或特征的存在，但不排除附加的元件或特征。冠词“一个”、“一”和“该”旨在包括复数以及单数，除非上下文中另有明确指示。
应当理解，除非另有特别指出，否则本文描述的各种实施例的特征可以彼此组合。
尽管本文已经示出和描述了具体实施例，但是本领域普通技术人员将会理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以用各种替代和/或等同实施方式来替代所示出和描述的具体实施例和示例。本申请旨在涵盖本文讨论的具体实施例的任何修改或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同物的限制。

Claims (18)

1.一种用于在碳化硅半导体衬底上制造接触的方法，其中所述方法包括：
-提供4H-SiC半导体衬底，
-用第一热退火激光束照射4H-SiC半导体衬底的表面区域，从而生成至少包括3C-SiC层的表面区域的相分离，以及
-将接触材料沉积到3C-SiC层上，以在半导体衬底上形成接触层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中用第一热退火激光束直接照射表面区域。
3.一种用于在碳化硅半导体衬底上制造接触的方法，其中所述方法包括：
-提供4H-SiC半导体衬底，
-用第一热退火激光束照射4H-SiC半导体衬底的表面区域，从而生成至少包括具有硅部分和碳部分的3C-SiC层的表面区域的相分离，
-去除碳和硅部分的至少大部分，以及
-将接触材料沉积到3C-SiC层上，以在半导体衬底上形成接触层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在用第一热退火激光束照射之前，没有另外的层被施加到衬底，或者施加到衬底的任何另外的层具有10％的最大吸收。
5.根据权利要求4所述的方法，其中施加到衬底的另外的层是集热层或抗反射层。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中用第一激光热退火的照射是双喷射退火。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中碳部分的去除包括氧等离子体蚀刻步骤。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中硅部分的去除包括氧化和化学氧化硅去除步骤。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中接触材料是金属、金属硅化物、金属碳化物或三元硅化物和碳化物，其中接触材料具有小于4.1eV的功函数。
10.根据权利要求9的方法，其中接触材料是钛或镍硅化物。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中4H-SiC半导体衬底被提供具有小于80nm的表面粗糙度Rq。
12.根据前述权利要求所述的方法，其中，在照射之前，用研磨步骤使4H-SiC半导体衬底粗糙化，从而在4H-SiC半导体衬底中引起晶体损伤。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过第二激光热退火脉冲在接触3C-SiC层的接触材料上照射接触层。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在接触层上沉积至少一个另外的金属层。
15.一种碳化硅半导体器件，包括
-4H-SiC半导体衬底，
-3C-SiC层，以及
-在半导体衬底表面处与3C-SiC层直接接触的接触层。
16.根据权利要求15所述的碳化硅半导体器件，其中在接触层上沉积至少一个另外的金属层。
17.根据权利要求15或16所述的碳化硅半导体器件，其中接触层被提供为背面接触。
18.根据权利要求17所述的碳化硅半导体器件，其中半导体衬底在正面表面处包括几个器件结构。
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