公开了一种形成欧姆接触的方法以及所得的欧姆接触结构。该方法包括步骤：在碳化硅表面上形成镍和硅的淀积膜，形成温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅发生反应的温度，并且它们各自的比例使得淀积膜中的硅原子分数大于镍原子分数，并将这种镍与硅的淀积膜加热到一定温度，该温度下将形成硅原子分数大于镍原子分数的镍－硅化合物，但该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅发生反应的温度。该方法可以进一步包括将该镍－硅化合物退火到高于上述淀积膜加热温度的温度，并处在其中不存在游离碳的相图区域中。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于SiC半导体器件的富硅的镍-硅化物欧姆接触专利技术背景本专利技术涉及在碳化硅(SiC)中形成的半导体器件，且具体涉及与碳化硅的改良欧姆接触以及形成这种改良欧姆接触的方法。与硅和其它较常见的半导体材料相比，碳化硅衬底对于半导体目 的具有多个优势。这些包括宽带隙、高饱和漂移速率、高热传导和高 击穿电压。碳化硅还是抗辐射的，物理上相当坚固，并且在非常 高的温度下保持稳定。这些性能使得碳化硅特别适合用于功率半导体 器件。如所熟知的，在几乎所有的半导体器件中，欧姆接触是基本的设 计组元。欧姆接触的目的是当向接触上施加偏压(电压)时向半导体 材料提供无阻电流。欧姆接触是在其预期使用限度内具有线性和对称 的电流电压关系的界面(并且其可以用恒定电阻表示)。这里以其传 统理解的意义使用术语欧姆接触。传统的与SiC的欧姆接触典型由金属-硅化物组合物形成，其中镍-硅化物是常用和希望的选择。 一般而言，已经发现由与硅可以很好反 应的金属形成的欧姆接触可以形成与碳化硅的良好欧姆接触。这些金属包括Ni， Co， W， Ta， Ti， Cr， Mo和Zr。然而，硅化物倾向于在 界面上产生复杂的冶金行为，，(美国专利No. 5442W0第三栏第64-65 行)。该，200专利描述了使用牺牲性硅层作为碳化硅表面和接触金 属之间的化学计量限制元素，然后是相对高温度(900-10501C )的退 火以产生欧姆特性。其它研究者已经尝试釆用化学计量的NiSi，但只在6H SiC上， 而没有在4H SiC上取得成功，Deeb等人的A Low Temperature Route To Thermodynamically Stable Ohmic Contacts To n-Type 6H-SiC， Appl. Phys. Lett.,第84巻，第7期(2004 ),第1117-1119页。 而其它人已经尝试采用化学计量的NiSi2，然后进行高温退火， Nakamura等人的NiSi2 Ohmic Contact to n-type 4H-SiC， Materials Science Forum，第389—393巻(2002 )，第889—892页。此外，目前的镍-硅化物接触在表现欧姆特性之前往往需要高于 800'C (有时优选高达1050。C的温度)的处理(退火)温度。这 些退火温度通常引起接触中的空隙、接触内和临近的碳区、不希望的 镍与硅的结合，使金属-SiC界面展宽，以及使界面形貌粗糙化。进而，这些问题导致表面粗糙度，接触中和周围的扩散路径，以 及潜在的接触从碳化硅上的分层。这些情况会在实施任何随后淀积的 层时引起问题，并还倾向于更易促使器件和其周围环境之间发生不希 望的化学反应，典型为与气氛(氧)或者湿气之间的反应。当然，这 些潜在的问题可能因最初使碳化硅成为引人关注的候选材料的高温和 环境挑战的情形而恶化。实际上， 一些研究者指出当在更极端的操作条件下使用或者测试 SiC基器件时，它们的欧姆接触(而非SiC本身)的劣化就变成了限 制因素，例如接触劣化以及引线接合失效。Cole等的Enhanced Performance And Reliability of SiC High Power Switch Components: An Enabling Technology For Electric Weapons And Propulsion Systems,第23届Army Science Conference, 2002年12月2-5曰。 如其中所述，在SiC基器件中，欧姆接触应该是热稳定、组分惰性、 机械坚固、(并呈现出)低电阻。专利技术简述一方面，本专利技术是制作与碳化硅的欧姆接触的方法，包括在碳化 硅表面上在一定温度下形成镍和硅的淀积膜，该温度低于这两种元素 中的任何 一 个与碳化硅发生反应的温度，并且以各自的比例使得淀积 膜中的硅原子分数大于镍原子分数，并在低温热处理中在一定温度下 加热镍和硅的淀积膜，在该温度下可以形成硅原子分数大于镍原子分 数的镍-硅化合物，但该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅发 生反应的温度。作为另一个优点，通过进行高温退火步骤，可以提高 所得接触的欧姆特性。另一方面，本专利技术是碳化硅表面上的包括镍层和硅层的硅与镍的淀积膜，其中硅膜厚度与镍膜厚度的比值在约1.81和3. 65之间。又一方面，本专利技术是包括碳化硅层和该碳化硅层上的呈现出欧姆 特性的接触的半导体结构，该接触由化学式为Ni卜xSix的组合物构成， 其中0. 5<x<0. 67。又一方面，本专利技术是将欧姆接触结构与欧姆接触上的镀覆金属层 结合的半导体器件。基于下面与附图结合的详细描述，本专利技术的前述和其它目的和优 势，以及它们的实现方式将变得更清楚。附图简述附图说明图1和2是依据本专利技术的欧姆接触的横截面扫描隧道电子显微镜 (STEM)照片。 图3是镍和硅体系在700。C至150(TC的温度范围上的相图。图4是镍(Ni)、硅(Si)和碳(C)体系在850。C的温度下的三 元相图。图5是依据本专利技术的预接触结构的截面示意图。图6是依据本专利技术的欧姆接触结构的横截面示意图。专利技术详述本专利技术是制造与碳化硅的欧姆接触的方法，其基于现有技术并对 其进行了改良。该方法包括在碳化硅表面上在一定温度下淀积镍和 硅的膜，该温度低于二者中的任何一个(镍或硅)与碳化硅发生反应 的温度，并且镍和硅的各自存在比例使淀积膜中的硅原子分数大于镍 原子分数。这种组合物可以被称为是富硅的。而且，该方法包括 在一定温度下加热镍和硅的淀积膜，在该温度下可以形成硅原子分数 大于镍原子分数的镍-硅(镍硅化物)化合物，但该温度低于这两 种元素中的任何一个与碳化硅发生反应的温度。作为另一个优点，如下文更详细描述的，可以通过执行第二个较 高温度的退火步骤提高所得接触的欧姆特性。图l和2是依据本专利技术的欧姆接触的STEM照片。在图l和2中的 接触是竖直取向的。从左到右，第一个暗区是空的区域，亮层是 镍-硅化物的表面(样品略微向观察者倾斜)，下一层是镍-硅化物的 主体(在这层内部存在的小球代表NiSh团聚)，然后在镍-硅化物膜 和SiC表面之间存在非常薄的几乎黑色的界面，剩下的直到右边的大区域是SiC村底。这里所用的术语镍硅化物在广义上指任何由镍和硅形成的化合物或者组合物，并不局限于NiSi或者NiSi2的化学计量合成物。本专利技术利用了通过图3中的相图所示的镍，硅和镍-硅化合物的几 种特性。考虑图3时，应该明白，该相图在700X:以下的特征对于多 数部分与700'C的特征相同。换句话说，由于镍-硅体系的相在0-700x:之间是相同的，因此可以参照图3中的700x:线理解700。c以下的镍 -珪体系的组合物和相。因此，如图3所示，当硅的重量百分比大于约32%时，其原子百 分比将大于50%(硅的原子量为28.1，镍的原子量为58. 7)。类似地， 从硅的原子百分比为约67% (可适当理解为每个镍原子两个硅原子) 开始，这些元素将形成NiSh化合物。该化合物是富硅的，但并不一 定形成与4H或者6H多型体碳化硅的低阻欧姆接触。类似地，硅原子百分比低于50原子％的镍与硅的组合物将形成欧 姆接触，但会导致专利技术背本文档来自技高网...
【技术保护点】
制备与碳化硅的欧姆接触的方法，包括：在碳化硅表面上在一定温度下形成镍和硅的淀积膜，该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅反应的温度，并且它们各自的比例使得淀积膜中的硅原子分数大于镍原子分数；并且将镍和硅的淀积膜加热到一定温 度，该温度下将形成硅原子分数大于镍原子分数的镍－硅化合物，但该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅反应的温度。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-7-6 10/884,9301. 制备与碳化硅的欧姆接触的方法，包括 在碳化硅表面上在一定温度下形成镍和硅的淀积膜，该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅反应的温度，并且它们各自的比例 使得淀积膜中的硅原子分数大于镍原子分数；并且将镍和硅的淀积膜加热到一定温度，该温度下将形成硅原子分数 大于镍原子分数的镍-硅化合物，但该温度低于这两种元素中的任何一 个与碳化硅反应的温度。2. 依据权利要求l的方法，包括形成硅原子分数大于0. 50并且不超过约0. 67的淀积膜；以及 加热该淀积膜以形成硅原子分数大于0. 50并且不超过约0. 67的 镍-硅化合物。3. 依据权利要求1的方法，进一步包括将镍-硅化合物退火到高 于上述淀积膜的加热温度的温度，并且在其中不存在游离碳的相图区 域中。4. 依据权利要求l的方法，其中加热淀积膜的步骤包括加热淀 积物以形成化学式为Ni卜xSL的化合物，其中0.5<x<0. 6乙5. 依据权利要求1的方法，包括在约200。C与500。C之间的温度 下加热淀积膜。6. 依据权利要求3的方法，包括将镍-硅化合物退火到约400°C 与850'C之间的温度。7. 依据权利要求l的方法，其中，形成淀积膜的步骤包括以各 自比例的厚度淀积镍层和硅层，以便在淀积膜中产生较大的硅原子分 数。8. 依据权利要求l的方法，其中形成淀积膜的步骤包括以各自 比例的厚度淀积多个镍层和多个硅层，以便在淀积膜中产生较大的硅 原子分数。9. 依据权利要求7或者8的方法，包括以约1. 81和3. 65之间 的硅层厚度与镍层厚度之比淀积镍和硅。10. 依据权利要求7的方法，包括在碳化硅表面上淀积硅层，之 后在硅层上淀积镍层。11. 依据权利要求l的方法，其中形成淀积膜的步骤包括以期望 的镍和硅的比例在碳化硅表面上溅射淀积镍-硅层。12. 依据权利要求1的方法，包括在掺杂的碳化硅表面上形成淀 积膜。13. 依据权利要求l的方法，包括在选自碳化硅体单晶或者碳化 硅外延层的碳化硅表面上形成淀积膜。14. 依据权利要求1的方法，包括在具有的多型体选自4H和6H 碳化硅多型体的碳化硅表面上形成淀积膜。15. 碳化硅表面上的包括镍层和硅层的硅与镍的淀积膜，其中硅 膜厚度与镍膜厚度之比...
【专利技术属性】
技术研发人员：A沃德三世，JP海宁，H哈格尔伊特纳，KD威伯尔，
申请(专利权)人：克里公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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