CN117497404A - 一种SiC器件欧姆接触的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种SiC器件欧姆接触的制备方法，属于半导体器件技术领域。该方法包括：提供N型SiC衬底；对N型SiC衬底上需要形成的欧姆接触区域进行轰击处理；对经过轰击处理的N型SiC衬底表面沉积一层NiSi合金薄膜作为过渡层；在NiSi合金薄膜上方沉积Ni金属层；对N型SiC衬底进行退火处理，使Ni金属层、NiSi合金薄膜以及N型SiC衬底融合在N型SiC衬底和Ni金属层之间形成欧姆接触。本申请提供的方法增加了N型SiC衬底表面的C空位及缺陷态，有利于退火后在N型SiC衬底表面形成更多的C空位，同时因为过渡层提供的富Si层减少C析出，避免在NiSi合金薄膜与N型SiC衬底直接的界面或Ni金属层形成C簇，避免降低后续加厚金属与Ni金属层的粘附力，而降低器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种SiC器件欧姆接触的制备方法。
背景技术
SiC因为其优异的物理性能，宽禁带、高临界击穿场强、高热导率、高电子饱和漂移速度等使其成为高压功率器件的首选材料被广泛应用于新能源汽车，充电桩，光伏发电等行业，欧姆接触工艺是SiC 功率器件制造过程中的一步重要工艺，欧姆接触的形成可以有效降低SiC功率器件与金属电极的比接触电阻率，降低器件的比导通电阻，同时还可以增加器件与金属电极的粘附性，提高电极的可靠性。良好的欧姆接触的形成主要是通过增加SiC的掺杂浓度，选择具有合适的表面势的欧姆金属。
然而，将欧姆接触金属与SiC经过退火，形成金属硅化物，同时会有碳析出，碳会以游离的形式在金属与SiC界面或金属表面形成碳簇存在，该碳簇会减弱加厚的金属层与欧姆金属的粘附强度，降低电极拉伸强度，影响器件的可靠性。
发明内容
本发明意在提供一种SiC器件欧姆接触的制备方法，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。
本发明提供的SiC器件欧姆接触的制备方法，包括：
提供N型SiC衬底；
对N型SiC衬底上需要形成的欧姆接触区域进行轰击处理；
对经过轰击处理的N型SiC衬底表面沉积一层NiSi合金薄膜作为过渡层；
在所述NiSi合金薄膜上方沉积Ni金属层；
对所述N型SiC衬底进行退火处理，使Ni金属层、NiSi合金薄膜以及N型SiC衬底融合在N型SiC衬底和Ni金属层之间形成欧姆接触。
在上述的方案中，对所述N型SiC衬底进行退火处理后，所述NiSi合金薄膜分别与所述N型SiC衬底和Ni金属层进行融合形成SiNi层。
在上述的方案中，所述NiSi合金薄膜的厚度不超过所述SiNi层的厚度。
在上述的方案中，所述NiSi合金薄膜的厚度为退火后所述SiNi层的厚度的1∕10-9∕10。
在上述的方案中，基于使比接触电阻率最低、C析出最少，确定形成所述SiNi层的中Ni与Si的比例。
在上述的方案中，分别设置轰击处理过程中的轰击能量、轰击处理过程中采用的等离子体剂量以及轰击处理过程中的轰击时间，采用等离子体对N型SiC衬底上需要形成的欧姆接触区域进行轰击处理。
在上述的方案中，还包括：通过对N型SiC衬底上需要形成的欧姆接触区域进行轰击处理后，在所述N型SiC衬底的表面形成非晶层。
在上述的方案中，根据退火后所消耗的N型SiC衬底的厚度设置轰击处理过程中的轰击能量，在所述N型SiC衬底的表面形成非晶层的厚度为退火后消耗掉的N型SiC衬底的厚度。
在上述的方案中，退火过程中N型SiC衬底表面形成C空位。
在上述的方案中，根据退火过程中N型SiC衬底表面的C空位形成最多以及比接触电阻率最低设置轰击处理过程中采用的等离子体剂量以及轰击处理过程中的轰击时间。
本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例提供的SiC器件欧姆接触的制备方法，通过采用等离子体对N型SiC衬底上需要形成的欧姆接触区域进行轰击处理，在去除N型SiC衬底表面的氧化层及颗粒污染的同时，在N型SiC衬底表面形成很浅的非晶层，增加了N型SiC衬底表面的C空位及缺陷态，通过对经过轰击处理的N型SiC衬底表面沉积一层NiSi合金薄膜作为过渡层，提供一个富硅的界面在Ni金属层与N型SiC衬底之间，有利于退火后在N型SiC衬底表面形成更多的C空位，同时因为过渡层提供的富Si层减少C析出，避免在NiSi合金薄膜与N型SiC衬底直接的界面或Ni金属层形成C簇，避免降低后续加厚金属与Ni金属层的粘附力，而降低器件的可靠性。
附图说明
图1是本发明的一个实施例中一种SiC器件欧姆接触的制备方法的步骤图；
图2是本发明的一个实施例中形成N型SiC衬底的工艺流程图；
图3是本发明的一个实施例中对N型SiC衬底进行轰击处理的工艺流程图；
图4是本发明的一个实施例中沉积一层NiSi合金薄膜的工艺流程图；
图5是本发明的一个实施例中形成Ni金属层的工艺流程图。
附图标记：N型SiC衬底1，NiSi合金薄膜2，Ni金属层3。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明提供一种SiC器件欧姆接触的制备方法，该方法包括以下步骤：
步骤S1：提供一SiC衬底，对SiC衬底在其需要形成欧姆接触区域采用氮、磷、锑或砷等元素进行掺杂处理形成N型SiC衬底1，其中，掺杂处理过程中的掺杂浓度在1×1018/cm3-1×1022/cm3，然后对经过掺杂处理形成的N型SiC衬底1进行清洗处理，其中，可使用1：50或1：100的HF、SC1、SC2、SPM或有机试剂对N型SiC衬底1进行清洗处理，且可选择HF、SC1、SC2、SPM或有机试剂中的一种试剂或多种试剂，目的是去除N型SiC衬底1表面形成的氧化层、颗粒及有机残留等，具体可参阅图2。
步骤S2：根据N型SiC衬底1上需要形成的欧姆接触区域，使用等离子体对N型SiC衬底1上需要形成的欧姆接触区域进行轰击处理，其中，轰击处理可以是整片处理或者光刻选择性处理，可使用Ar、He等惰性气体的等离子体、IV主族的Si、Ge等的等离子体或V主族的N、P、As的等离子体对需要形成的欧姆接触区域进行轰击处理，轰击处理过程中的轰击能量在0.5keV-100keV，在轰击处理过程中采用的等离子体剂量为 1E10/cm2-5E12/cm2,在轰击处理过程中的轰击时间为10s-300s，通过对N型SiC衬底1上需要形成的欧姆接触区域进行轰击处理可以去除N型SiC衬底1表面的氧化层和颗粒，同时在N型SiC衬底1表面形成非晶层，具体可参阅图3。
步骤S3：在经过步骤S2处理后的N型SiC衬底1表面沉积一层NiSi合金薄膜2作为过渡层，所述NiSi合金薄膜2可以通过PVD、CVD及ALD等传统薄膜工艺完成，具体地，在本发明的实施例中，所述NiSi合金薄膜中Ni：Si为5：1-1：10，所述NiSi合金薄膜的厚度为10Å-500Å，所述NiSi合金薄膜可通过PVD、CVD、ALD等薄膜沉积方式形成，具体可参阅图4。
步骤S4：采用PVD的方式在所述NiSi合金薄膜2上方沉积Ni金属层3，具体地，所述Ni金属层3的厚度为100Å-5000Å，具体可参阅图5。
具体地，所述NiSi合金薄膜2在所述N型SiC衬底1和Ni金属层3之间提供富Si的过渡层，在退火形成欧姆接触的过程中可减小C析出，避免在欧姆接触界面及Ni金属层3表面形成C簇，增强后续焊接工艺的电极可靠性，同时增加SiC衬底1及欧姆接触界面的C空位，降低欧姆接触电阻。
步骤S5：对N型SiC衬底1进行退火处理，使Ni金属层3、NiSi合金薄膜2以及N型SiC衬底1融合在N型SiC衬底1和Ni金属层3之间形成欧姆接触；
其中，退火处理过程中可选用快速热退火或者激光退火方式。具体地：
选用快速热退火方式时，在Ar或N2等保护气氛中加热到750℃-1050℃，退火时间为30s-600s；
选用激光退火方式时，能量密度为1J/cm2到12 J/cm2。
具体地，所述NiSi合金薄膜2作为欧姆金属与N型SiC衬底1之间的用于过渡的富硅的合金层，在对N型SiC衬底1进行退火处理后所述NiSi合金薄膜2分别与N型SiC衬底1和Ni金属层3融合形成SiNi层,在N型SiC衬底1表面形成富硅态，可以增加退火处理过程中N型SiC衬底1表面碳空位的形成，同时避免在NiSi合金薄膜2与N型SiC衬底1的界面或Ni金属层3表面形成C簇。在减小欧姆接触的比接触电阻率的同时，增强后续增厚金属与Ni金属层3的粘附强度，提高了器件可靠性；此外，步骤S2中通过轰击处理可以在N型SiC衬底1表面形成非晶层，可以增加退火过程中N型SiC衬底1表面的C空位的形成，改善欧姆接触。
具体地，上述步骤S2、步骤S3和步骤S4可在同一设备不同的腔室间链式完成，上述步骤适用于所有SiC器件的欧姆金属的形成，包括SiC二极管、MOSFET、IGBT等，以及与Ni和碳化硅形成欧姆接触原理相同的其他欧姆金属。
具体地，步骤S2中轰击处理过程中的轰击能量由退火后形成SiNi层所消耗的N型SiC衬底1的厚度决定，步骤S2中轰击处理过程中形成的非晶层的厚度为退火后形成SiNi层消耗掉的N型SiC衬底1的厚度；在轰击处理过程中采用的等离子体剂量与在轰击处理过程中的轰击时间由以下因素决定：退火过程中N型SiC衬底1表面的C空位形成最多以及比接触电阻率最低。
从而，在轰击处理过程中基于退火后形成SiNi层所消耗的N型SiC衬底1的厚度设置轰击处理过程中的轰击能量，基于退火过程中N型SiC衬底1表面的C空位形成最多以及比接触电阻率最低设置轰击处理过程中采用的等离子体剂量与在轰击处理过程中的轰击时间。
具体地，步骤S3中NiSi合金薄膜2的厚度不超过退火处理后形成的SiNi层的厚度。
在本发明的一个实施例中，NiSi合金薄膜2的厚度为退火后需要形成的SiNi层的厚度的1∕10-退火后形成的SiNi层的厚度的9∕10。
其中退火后需要形成的SiNi层中Ni与Si的比例根据退火处理后需要在N型SiC衬底1表面形成的富硅态确定。
具体地，以使得比接触电阻率最低、C析出最少为准。
应该指出，上述详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语均具有与本申请所属技术领域的普通技术人员的通常理解所相同的含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，如旋转90度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
在上面详细的说明中，参考了附图，附图形成本文的一部分。在附图中，类似的符号典型地确定类似的部件，除非上下文以其他方式指明。在详细的说明书、附图及权利要求书中所描述的图示说明的实施方案不意味是限制性的。在不脱离本文所呈现的主题的精神或范围下，其他实施方案可以被使用，并且可以作其他改变。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，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，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种SiC器件欧姆接触的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供N型SiC衬底（1）；
对N型SiC衬底（1）上需要形成的欧姆接触区域进行轰击处理；
对经过轰击处理的N型SiC衬底（1）表面沉积一层NiSi合金薄膜（2）作为过渡层；
在所述NiSi合金薄膜（2）上方沉积Ni金属层（3）；
对所述N型SiC衬底（1）进行退火处理，使Ni金属层（3）、NiSi合金薄膜（2）以及N型SiC衬底（1）融合在N型SiC衬底（1）和Ni金属层（3）之间形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的SiC器件欧姆接触的制备方法，其特征在于，对所述N型SiC衬底（1）进行退火处理后，所述NiSi合金薄膜（2）分别与所述N型SiC衬底（1）和Ni金属层（3）进行融合形成SiNi层。
3.根据权利要求2所述的SiC器件欧姆接触的制备方法，其特征在于，所述NiSi合金薄膜（2）的厚度不超过所述SiNi层的厚度。
4.根据权利要求3所述的SiC器件欧姆接触的制备方法，其特征在于，所述NiSi合金薄膜（2）的厚度为退火后所述SiNi层的厚度的1∕10-9∕10。
5.根据权利要求2所述的SiC器件欧姆接触的制备方法，其特征在于，基于使比接触电阻率最低、C析出最少，确定形成所述SiNi层的中Ni与Si的比例。
6.根据权利要求1所述的SiC器件欧姆接触的制备方法，其特征在于，分别设置轰击处理过程中的轰击能量、轰击处理过程中采用的等离子体剂量以及轰击处理过程中的轰击时间，采用等离子体对N型SiC衬底（1）上需要形成的欧姆接触区域进行轰击处理。
7.根据权利要求6所述的SiC器件欧姆接触的制备方法，其特征在于，还包括：通过对N型SiC衬底（1）上需要形成的欧姆接触区域进行轰击处理后，在所述N型SiC衬底（1）的表面形成非晶层。
8.根据权利要求7所述的SiC器件欧姆接触的制备方法，其特征在于，根据退火后所消耗的N型SiC衬底（1）的厚度设置轰击处理过程中的轰击能量，在所述N型SiC衬底（1）的表面形成非晶层的厚度为退火后消耗掉的N型SiC衬底（1）的厚度。
9.根据权利要求1所述的SiC器件欧姆接触的制备方法，其特征在于，退火过程中N型SiC衬底（1）表面形成C空位。
10.根据权利要求9所述的SiC器件欧姆接触的制备方法，其特征在于，根据退火过程中N型SiC衬底（1）表面的C空位形成最多以及比接触电阻率最低设置轰击处理过程中采用的等离子体剂量以及轰击处理过程中的轰击时间。
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| CN109979813A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-07-05 | 厦门市三安集成电路有限公司 | 一种低温碳化硅欧姆接触的制备方法及金属结构 |
| CN109994376A (zh) * | 2017-12-30 | 2019-07-09 | 无锡华润微电子有限公司 | 碳化硅衬底上形成的欧姆接触结构及其形成方法 |
| 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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2023
- 2023-12-15 CN CN202311731763.9A patent/CN117497404B/zh active Active
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