一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法技术

本发明专利技术提出的一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法，通过采用杂质分凝技术(dopant segreation)改善金属/SiC欧姆接触性能；杂质分凝技术能实现对肖特基势垒的有效调制，同时还能提高界面处杂质的激活浓度，进而非常有利于实现金属/SiC理想的欧姆接触；而且该方法能够通过注入n型和p型杂质分别实现对电子、空穴势垒的调节，进而都适用于n‑SiC和p‑SiC的欧姆接触，利于基于SiC衬底同时实现n型和p型欧姆接触。此外，该方法具有工艺简单、与传统CMOS工艺完全兼容等优势，因而该技术在SiC高压功率器件中具有非常大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法
本专利技术属于超大规模集成电路（ULSI）工艺制造
，具体涉及一种SiC功率器件欧姆接触的制备方法。
技术介绍
功率半导体器件以承受高电压、大电流和耐高温为其基本特点，这就要求其制造材料要有较宽的禁带、较高的临界雪崩击穿电场强度和较高的热导率。相对于Si材料，SiC材料具有3倍的禁带宽度和热导率，10倍的击穿电压和2倍的载流子饱和速度等优良特性。鉴于SiC材料所具有的优良特性及其在功率半导体领域所展示的巨大应用潜力，近二十年来SiC材料受到了极大的重视和广泛的关注。虽然SiC在过去十多年中取得了飞速的发展，并在材料与器件方面都形成了一定的产业化规模，但SiC器件的性能还远低于理论计算结果，而SiC材料和器件制备工艺难度大、制备成本高、成品率低等因素成为了制约SiC功率器件进一步产业化关键所在。在SiC器件研制过程中，其中一个关键问题就在于金属/SiC间的欧姆接触特性。金属/SiC间欧姆接触的质量直接影响器件的效率、增益和开关速度等性能指标。因此，基于SiC材料实现具有低比接触电阻率的欧姆接触是SiC大功率器件的实用化可靠保障。相比于其他半导体材料，基于宽禁带半导体SiC材料获得性能良好的欧姆接触是极具挑战性的。这其中有以下几方面的原因：①SiC材料的禁带宽度大。SiC的带隙大约是Si的3倍之多，使得SiC上的金半接触具有~1eV的肖特基势垒高度，这是基于SiC获得性能良好欧姆接触的巨大阻碍；②SiC掺杂相对困难。由于SiC的扩散系数很低，所以导致掺杂困难，有效载流子浓度较低，大大减小了载流子的隧穿几率，也不易于形成欧姆接触。③难于同时形成n型和p型SiC欧姆接触。由于n型和p型4H-SiC材料形成欧姆接触所用金属体系和合金条件在大多数情况下并不一致，因而在4H-SiCMOSFET以及IGBT等器件制备中，同时形成p型和n型欧姆接触在金属选择和工艺实现方面面临巨大的挑战。
技术实现思路
针对上述SiC功率器件欧姆接触存在的问题，本专利技术提出的杂质分凝技术(dopantsegreation)是提升金属/SiC欧姆接触性能的实验方法；杂质分凝技术通过在金属和半导体界面引入一薄层的高浓度杂质区，该薄界面层宽度窄，处于完全耗尽的状态，并在界面处使半导体表面的能带发生弯曲，从而实现对肖特基势垒的有效调制，同时该方法还能提高界面处杂质的激活浓度，进而非常有利于实现金属/SiC理想的欧姆接触；而且该方法能够通过注入n型和p型杂质分别实现对电子、空穴势垒的调节，进而都适用于n-SiC和p-SiC的欧姆接触，利于基于SiC衬底同时实现n型和p型欧姆接触。此外，该方法具有工艺简单、与传统CMOS工艺完全兼容等优势，因而该技术在SiC器件中具有非常大的应用前景。本专利技术的技术方案如下：一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法，工艺步骤如下：（1）在SiC样品表面进行牺牲氧化（氧化温度范围为1050℃~1150℃），并采用湿法腐蚀去除氧化层；（2）在SiC样品表面进行高温氧化（温度范围为1050℃~1150℃），形成氧化层；（3）采用等离子体增强化学气相淀积设备（PECVD）沉积介质层；（4）通过光刻在介质层上定义出离子注入区域，并刻蚀出离子注入窗口，按照工艺要求保留20~40nm的介质层作为离子注入掩蔽层；（5）低能离子注入：n型衬底注入氮N，p型衬底注入硼B；（6）采用湿法腐蚀去除离子注入掩蔽层并进行表面处理；（7）淀积金属薄膜；（8）快速退火形成硅化物并同时在接触界面处实现杂质分凝；（9）在正面淀积金属加厚；（10）通过光刻Pad图形并刻蚀形成正面电极。步骤（1）中，在SiC样品进行牺牲氧化之前，可以先对SiC进行清洗。步骤（3）中，所述介质层为二氧化硅层。步骤（5）中：对于n型衬底，掺入氮的掺杂剂量为5e12至5e15atom/cm-2，注入的杂质不仅限于氮；对于p型衬底，掺入硼的掺杂剂量5e12至5e15atom/cm-2，注入的杂质不仅限于硼。步骤（7）中，首先利用缓冲氧化物刻蚀液（BOE）将步骤（4）中形成的离子注入掩蔽层去除，并对SiC样品进行清洗，然后利用物理气相淀积方式，例如蒸镀或溅射方式，于SiC衬底上淀积一层金属薄膜，金属薄膜才是采用金属Ni、Pt和W等金属，此处优选金属薄膜为金属Ni层。淀积的金属Ni薄膜厚度为30nm~80nm。另外，淀积金属薄膜后，亦可选择性的于金属薄膜上再形成一层盖帽层。步骤（8）中所述快速热退火工艺的温度介于600℃~800℃，退火时间为30秒~80秒。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术方法针对SiC器件研制过程中存在的欧姆接触等关键问题，提出了采用杂质分凝的方式改进SiC器件欧姆接触特性。与现有技术相比，本专利技术方法能同时提高金属/SiC接触界面的杂质浓度和降低金属/SiC接触的肖特基势垒，因此该方法非常有利于减小SiC欧姆接触的比接触电阻率，实现高性能的金属/SiC欧姆接触特性，并且该方法具有非常好的兼容性。同时，本专利技术方法对于n型和p型SiC接触分别采用注入n型和p型杂质然后通过退火在接触界面实现分凝效应，进而能同时实现n型和p型SiC衬底的欧姆接触，这一技术的实现将会极大简化SiC基MOS和IGBT等器件制备的工艺流程。附图说明图1-8为本专利技术提出的制备SiC基高压功率器件欧姆接触的逐步流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细描述：本专利技术基于SiC材料实现高性能欧姆接触的一优选制作方案如下：步骤1：提供一块制备高压功率器件的SiC半导体材料1，如图1所示，衬底SiC材料的类型可为n型或p型。步骤2：在SiC表面进行牺牲氧化。将SiC样品进行清洗后，采用高温氧化炉使SiC表层氧化形成氧化硅（氧化温度范围为1050℃~1150℃），接着采用BOE将表面氧化硅去除。然后将SiC样品再次进行高温氧化形成大约为30nm的SiO2层2（氧化温度范围为1050℃~1150℃），完成图如图2所示。步骤3：淀积绝缘介质层。采用PECVD在SiC样品表面淀积介质层3，介质层为SiO2，厚度为500nm，完成图如图3所示。步骤4：定义离子注入区域。通过光刻在氧化硅介质层上定义出离子注入区域并通过ICP或RIE刻蚀出离子注入窗口4，保留20nm~40nm的SiO2介质层作为离子注入掩蔽层，完成图如图4所示。步骤5：进行离子注入。对于n型衬底，掺入杂质氮，掺杂剂量5e12~5e15atom/cm-2，并以1e15atom/cm-2为优选，注入的杂质不仅限于氮。对于p型衬底，掺入杂质硼，掺杂剂量5e12~5e15atom/cm-2，并以1e15atom/cm-2为优选，注入的杂质不仅限于硼，如图5所示，最终注入形成的杂质层5。步骤6：淀积金属薄膜，本例优选为金属Ni膜。如图6示，首先利用BOE将注入掩蔽层氧化硅去除，并对SiC样品进行清洗，然后利用物理气相淀积方式，例如蒸镀或溅射方式，于SiC衬底上淀积一层金属薄膜6，该金属薄膜可为一Ni金属层或一Ni合金层。淀积的金属薄膜厚大约在30~80nm，以50nm为优选。另外，淀积金属Ni层后，本专利技术亦可选择性的于Ni层上再形成一层盖帽层，例如在Ni金属上面再溅射一层Ti盖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：（1）在SiC样品表面进行牺牲氧化，并去除氧化层；（2）再次将SiC进行高温氧化，形成氧化层；（3）在氧化层上采用等离子体增强化学气相淀积设备沉积形成介质层；（4）通过光刻在介质层上定义出离子注入区域，并刻蚀出离子注入窗口，按照工艺要求保留一定厚度的介质层作为离子注入掩蔽层；（5）低能离子注入：n型衬底注入氮N，p型衬底注入硼B；（6）采用湿法腐蚀去除掩蔽层并进行表面处理；（7）淀积金属薄膜；（8）快速退火形成硅化物并实现杂质分凝；（9）在正面淀积电极加厚金属；（10）光刻Pad图形并刻蚀形成正面电极。

【技术特征摘要】
1.一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法，其特征在于工艺步骤如下：（1）在SiC样品表面进行牺牲氧化，并去除氧化层；（2）再次将SiC进行高温氧化，形成氧化层；（3）在氧化层上采用等离子体增强化学气相淀积设备沉积形成介质层；（4）通过光刻在介质层上定义出离子注入区域，并刻蚀出离子注入窗口，按照工艺要求保留一定厚度的介质层作为离子注入掩蔽层；（5）低能离子注入：n型衬底注入氮N，p型衬底注入硼B；（6）采用湿法腐蚀去除掩蔽层并进行表面处理；（7）淀积金属薄膜；（8）快速退火形成硅化物并实现杂质分凝；（9）在正面淀积电极加厚金属；（10）光刻Pad图形并刻蚀形成正面电极。2.根据权利要求1所述的一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，在SiC样品进行牺牲氧化之前，先对SiC进行清洗。3.根据权利要求1所述的一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，牺牲氧化的温度范围为1050℃~1150℃，高温氧化的温度范围为1050℃~1150℃。4.根据权利要求1所述的一种SiC高压功率器件欧姆接触的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志强，徐星亮，李俊焘，张林，代刚，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51