一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法技术

本发明专利技术属于碳化硅制备技术领域，具体涉及一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法。该方法包括对碳化硅外延片进行前清洗和预处理，然后采用原子层沉积工艺在碳化硅外延片上依次形成3TiC/SiC层、3TiC/xSiC层和TiC层，经合金化热处理后依次形成Ti3SiC2层、过渡层和TiC层，得到具有欧姆接触特性的p/n型碳化硅；本发明专利技术采用ALD，通过控制摩尔比在碳化硅外延片上形成3TiC/SiC层，经合金化热处理后形成Ti3SiC2层，可以降低界面处势垒的高度，与碳化硅外延片形成欧姆接触，该方法避免了沉积过程与碳化硅外延片中的SiC晶圆发生合金化反应，减少了碳富集和空隙等问题的出现。

【技术实现步骤摘要】
一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法
本专利技术属于碳化硅制备
，具体涉及一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法。
技术介绍
作为第三代宽禁带半导体材料的典范，碳化硅半导体材料具有较宽的禁带宽度(4H～SiC的理论值为3.2eV)、较高的击穿电场强度(2.2MV/cm)、较高的高饱和电子迁移速率(2.0×107cm/s)、较高的高热导率(5.0W/cmK)、极好的物理化学稳定性等特性，适合于作为大功率、高电压、高工作温度、高工作频率功率半导体器件的制造材料。由于碳化硅的宽禁带特性，没有金属有合适的功函数可以满足形成欧姆接触的要求，使得通常金属与n-型或者p-型碳化硅的接触有着很高的肖特基势垒，因而在导电性能上呈现单向导通的肖特基特性(整流特性)。通过高温合金化处理等方法降低肖特基势垒高度，或者减薄肖特基势垒以产生显著量子隧穿效应是目前在重掺杂碳化硅上形成欧姆接触的常规工艺手段，在此基础上，基于Ni、Ti等金属在n-型碳化硅上、基于Al、W等金属在p-型碳化硅上，人们研发出高稳定、高可靠的比接触电阻在10-5Ω·cm2以下的欧姆接触，在碳化硅功率器件中得到广泛应用。新一代基于全碳化硅的功率MOSFET及IGBT的出现对于碳化硅欧姆接触工艺提出了新的要求，即在p+的基区和相邻的n+源区的金属欧姆接触在工艺上需要一次形成，这就要求用相同的材料同时在p+/n+碳化硅上形成欧姆接触；而由于碳化硅的宽禁带特性，使得通常用相同的材料同时在p+/n+碳化硅上形成欧姆接触产生的导电特性和比接触电阻值有着较大的差别。目前，基于金属Ni和Ni/Ti/Al的组合金属等在p/n碳化硅同时形成欧姆接触工艺上得到了初步应用；基于TiC在p-型和n-型碳化硅上均产生了良好的欧姆接触特性，其在p-型碳化硅上的沉积直接产生欧姆接触特性并在随后的合金化热处理中保持了这一特性，而TiC在n-型碳化硅上在经过常规合金化热处理后也得到了良好的欧姆接触特性。经过工艺优化，两者的比接触电阻均在10～5Ω·cm2数量级范围内，得到了比较一致的结果。据报道，TiC/SiC欧姆接触在1400℃以下都保持着稳定的状态。最初，对于TiC/SiC欧姆接触的形成机理并不了解。在对TiC/SiC欧姆接触界面进行详尽的分析研究后，发现在其界面处存在有Ti3SiC2成分，在经过理论研究发现，Ti3SiC2的存在有助于降低TiC/SiC界面处的势垒高度，随认为Ti3SiC2的产生是导致TiC/SiC欧姆接触的形成的原因。通常，TiC的淀积是通过反应性离子共溅同时溅射Ti和C，并在其后通过合金化热处理得到，并在TiC/SiC的界面处形成Ti3SiC2。也有人用高温反应性离子溅射Ti的方法在n-型和p-型SiC表面上成功欧姆接触，经分析表明在其界面上出现的Ti3SiC2是其产生欧姆接触的原因。但由于其是在高达960℃的温度下和1×10-6Pa等极端工艺条件下通过反应性离子溅射进行的，本身并不具有工艺的通用性，且反应性离子溅射本身带来的缺点，包括较差的成膜均匀性、较低的台阶覆盖性、较低的致密性、较高的膜应力等。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的TiC/SiC欧姆接触的成膜均匀性和致密性较差，膜应力较高和台阶覆盖性较差等缺陷，从而提供一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法。为此，本专利技术提供了以下技术方案。本专利技术提供了一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法，包括，对碳化硅外延片进行前清洗和预处理；采用原子层沉积工艺在碳化硅外延片上依次形成3TiC/SiC层、3TiC/xSiC层和TiC层；经合金化热处理后依次形成Ti3SiC2层、过渡层和TiC层，得到具有欧姆接触特性的p/n型碳化硅；所述3TiC/SiC层中，3:1是3TiC/SiC层中TiC和SiC的摩尔比；所述3TiC/xSiC层中x不大于1，3:x是3TiC/xSiC层中的TiC和SiC的摩尔比。所述3TiC/SiC层经合金化热处理后形成Ti3SiC2层；所述3TiC/xSiC层经合金化热处理后形成过渡层。所述3TiC/SiC层和所述3TiC/xSiC是通过交替沉积TiC纳米层和SiC纳米层制备得到；所述TiC层是通过沉积TiC纳米层制备得到；所述TiC纳米层的沉积温度为150～350℃，反应前驱体A为四(二甲氨基)钛、反应前驱体B为氢气，所述TiC纳米层的厚度为0.1～1nm，其中，反应前驱体A和反应前驱体B发生反应形成TiC纳米层；所述SiC纳米层的沉积温度为150～350℃，反应前驱体A为二氯二氢硅、反应前驱体B为乙烯或乙炔，所述SiC纳米层的厚度为0.1～1nm，其中，反应前驱体A和反应前驱体B发生反应形成SiC纳米层。所述TiC层的厚度为10～100nm；所述3TiC/xSiC层的厚度为10～100nm；所述3TiC/SiC层的厚度为10～100nm。所述3TiC/xSiC层是通过调整TiC和SiC的摩尔比，按照x从1到0，线性降低或梯度降低SiC的用量，交替沉积TiC纳米层和SiC纳米层得到所述3TiC/xSiC层，使碳化硅外延片的3TiC/SiC层连续过渡到TiC层。所述p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法还包括，采用原子层沉积工艺在所述TiC层上沉积阻挡层，所述阻挡层的厚度为30～100nm；所述阻挡层为氮化钛、碳化钽、氮化钽、硅化钽、碳化钨、氮化钨、硅化钨、碳化锆、氮化锆、硅化锆、碳化铌或氮化铌；所述阻挡层的沉积温度为150～350℃；当阻挡层为氮化钛时，反应前驱体A为TiCl4，反应前驱体B为NH3，反应前驱体A和反应前驱体B发生反应形成TiN纳米层；所述预处理包括对清洗后的碳化硅外延片进行牺牲氧化形成牺牲氧化层，然后对所述牺牲氧化层进行腐蚀，直至完全去除所述外延片上的牺牲氧化层，最后对所述去除牺牲氧化层后的外延片的表面进行高温表面化处理，形成光滑的钝化表面。所述牺牲氧化的处理步骤可以是但不限于，在1100～1300℃下进行常规热干氧氧化或快速热氧化，所述牺牲氧化在纯氧化环境中进行，O2纯度为6N；所述牺牲氧化层(SiO2)的厚度为10～20nm；对所述牺牲氧化层进行腐蚀的步骤包括，常温下，将所述牺牲氧化层浸入1～50％的DHF溶液或BOE腐蚀液，直到牺牲氧化层完全腐蚀去除。所述高温表面化处理包括在H2或HCl气体环境下对外延片的表面进行高温表面化处理；所述高温表面化处理的温度为1200～1400℃，时间为0.1～4h，H2或HCl的纯度为6N。所述合金化热处理前还包括对3TiC/SiC层、3TiC/xSiC层、TiC层和阻挡层进行刻蚀的步骤；所述刻蚀的方法为光刻技术、等离子体干法刻蚀技术或化学溶液湿法腐蚀技术。所述合金化热处理的步骤为，在真空或者惰性气氛条件下，在400～1200℃下进行30～300s的快速合金化热处理。所述p/n型碳化硅外延片包括衬底和外延层；所述衬底为n型4H-SiC或6H-SiC，厚度为300～1000μm；所述衬底为重掺杂氮或磷的碳化硅衬底，电阻率为0.001～0.1Ω·cm；或者所述衬底为掺杂钒或者不掺杂任何离子的碳化硅衬底，电阻率大于105Ω·cm；所述外延层为n型4H-SiC或6H-SiC，厚度为2～300μm；所述外延层为掺杂氮或磷的碳化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法，其特征在于，包括，对碳化硅外延片进行前清洗和预处理；采用原子层沉积工艺在碳化硅外延片上依次形成3TiC/SiC层、3TiC/xSiC层和TiC层；经合金化热处理后依次形成Ti3SiC2层、过渡层和TiC层，得到具有欧姆接触特性的p/n型碳化硅；所述3TiC/SiC层中，3TiC/SiC层中TiC和SiC的摩尔比是3:1；所述3TiC/xSiC层中x不大于1，3TiC/xSiC层中的TiC和SiC的摩尔比是3:x。

【技术特征摘要】
1.一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法，其特征在于，包括，对碳化硅外延片进行前清洗和预处理；采用原子层沉积工艺在碳化硅外延片上依次形成3TiC/SiC层、3TiC/xSiC层和TiC层；经合金化热处理后依次形成Ti3SiC2层、过渡层和TiC层，得到具有欧姆接触特性的p/n型碳化硅；所述3TiC/SiC层中，3TiC/SiC层中TiC和SiC的摩尔比是3:1；所述3TiC/xSiC层中x不大于1，3TiC/xSiC层中的TiC和SiC的摩尔比是3:x。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述3TiC/SiC层和所述3TiC/xSiC是通过交替沉积TiC纳米层和SiC纳米层制备得到；所述TiC层是通过沉积TiC纳米层制备得到；所述TiC纳米层的沉积温度为150～350℃，反应前驱体A为四(二甲氨基)钛、反应前驱体B为氢气，所述TiC纳米层的厚度为0.1～1nm；所述SiC纳米层的沉积温度为150～350℃，反应前驱体A为二氯二氢硅、反应前驱体B为乙烯或乙炔，所述SiC纳米层的厚度为0.1～1nm。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述TiC层的厚度为10～100nm；所述3TiC/xSiC层的厚度为10～100nm；所述3TiC/SiC层的厚度为10～100nm。4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述3TiC/xSiC层是通过调整TiC和SiC的摩尔比，按照x从1到0，线性降低或梯度降低SiC的用量，交替沉积TiC纳米层和SiC纳米层得到所述3TiC/xSiC层，使碳化硅外延片的3TiC/SiC层连续过渡到TiC层。5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，还包括，采用原子层沉积工艺在所述TiC层上沉积阻挡层，所述阻挡层的厚度为30～100nm；所述阻挡层为氮化钛、碳化钽、氮化钽、硅化钽、碳化钨、氮化钨、硅化钨、碳化锆、氮化锆、硅化锆、碳化铌或氮化铌；所述阻挡层的沉积温度为150～350℃。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述预处...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏经华，张文婷，田丽欣，吴沛飞，安运来，田亮，查祎英，吴军民，潘艳，杨霏，
申请(专利权)人：全球能源互联网研究院有限公司，国家电网有限公司，国网江苏省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11