【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件领域，具体涉及一种p型4h-sic的sic/al/ti欧姆接触电极、其制备方法及包含该电极的半导体器件。
技术介绍
1、碳化硅(sic)作为一种新型宽禁带半导体材料，具有比其他第三代半导体材料更高的热导率。近年来日益成熟的sic晶体生长、加工和器件制备技术，使其展现出了巨大的应用潜力。sic晶体具有许多种不同的晶体类型，这些晶体类型被称为多型结构。在常见的sic多型中，4h-sic具有最大的禁带宽度和最高的载流子迁移率。虽然4h-sic的制备难度大，制备成本高，它仍被认为是最有希望得到广泛应用的一种sic材料。
2、欧姆接触是指金属与半导体接触时形成的非整流接触，它不产生明显的附加阻抗，而且不会使半导体内部的平衡载流子浓度发生显著的改变(参见百度百科https://baike.baidu.com/item/％e6％ac％a7％e5％a7％86％e6％8e％a5％e8％a7％a6/10693839)。形成良好的欧姆接触有利于电流的输入和输出，欧姆接触质量的好坏将会对sic等半导体器件的性能产生重大影响。欧姆接触电极是指与半导体形成欧姆接触的金属电极。制备低电阻率、低成本、高稳定性、工艺简单可靠的sic欧姆接触电极是sic材料走向更大规模器件应用需要克服的困难之一。
3、金属与半导体接触时，通常会形成势垒。这是由金属与半导体的功函数不同引起的。所谓功函数，就是指将材料内部的电子转化成自由电子所需要的最小能量，用于衡量材料失去电子的难易程度。因此，相互接触的两种材料的功函数差别越大，电子
4、半导体欧姆接触的难易程度还跟半导体本身的掺杂浓度(即轻掺杂、中等掺杂、重掺杂)有关。目前实际使用的p型4h-sic的掺杂元素都是al(kimoto t,cooper j a,2014.fundamentals of silicon carbide technology[m/ol].p20.singapore:johnwiley&sons singapore pte.ltd.http://doi.wiley.com/10.1002/9781118313534.doi:10.1002/9781118313534.)，习惯上将al在4h-sic中掺杂浓度1×1014≤n＜1×1016cm-3称为轻掺杂，1×1016≤n＜1×1018cm-3称为中等掺杂，n≥1×1018cm-3的称为重掺杂。当半导体掺杂浓度足够高达到重掺杂浓度时，由于半导体与金属接触形成的耗尽层很薄，电子可以直接跨过势垒进行传输(隧穿效应)，形成欧姆接触的难度大大降低。因此轻掺杂和中等掺杂的p型4h-sic形成欧姆接触的难度比重掺杂大得多，轻掺杂和中等掺杂的p型4h-sic如何形成良好的欧姆接触是一个重大的研究问题。欧姆接触电极制备完成后，首先用半导体分析仪测试电极之间的电流-电压关系是否符合线性关系。若符合，则证明形成了欧姆接触，然后为了评价欧姆接触电极的质量可以用传输线模型法测得比接触电阻率。在实际应用中，比接触电阻率通常用来评估接触电阻的质量，接触电阻是指两个电极之间的电阻，它是由于电极表面的微小不平整和氧化物层等引起的，比接触电阻率越低，说明接触电阻越小，欧姆接触对器件电性能的影响越小，电路的性能和稳定性就越好。因此在欧姆接触已经形成的基础上，比接触电阻率越小对于器件越有利。
5、对于同一欧姆接触体系，欧姆触点的比接触电阻率随着基底掺杂浓度的提高迅速降低。因此对于不同掺杂浓度的基底，形成良好欧姆接触的难度相差巨大，评判欧姆接触好坏的比接触电阻率基准也不同。(donald a.neamen，2012.semiconductor physics&devices:basic principles,fourth edition[m].p352.new york:the mcgraw-hillcompanies,inc.)因此，对于欧姆接触质量好坏的评价应该基于同一欧姆接触体系、同一基底掺杂浓度的前提下，先检测确定是否形成了欧姆接触，在形成了欧姆接触的基础上再比较比接触电阻率才有意义，不同的基底掺杂浓度之间去比较比接触电阻率没有意义。本领域技术人员公知对于p型4h-sic形成欧姆接触质量的评价具体分为三步：(1)首先需要确认基底的掺杂浓度数值是否完全相同；(2)在同样数值的掺杂浓度前提下，用半导体分析仪检测电极是否形成了欧姆接触；(3)若检测电极的电流-电压关系符合线性关系即形成了欧姆接触，在满足第(1)步和第(2)步的前提下再去比较比接触电阻率的数值大小，数值越小欧姆接触质量越好，即使基底同样都是中等掺杂的范围，但在掺杂浓度数值不完全相同时去比较比接触电阻率的大小也没有意义，例如2个电极的基底掺杂浓度分别为1×1016cm-3、1×1017cm-3，虽然同属于中等掺杂，但掺杂浓度具体数值不同，就不能直接比较二者的比接触电阻率数值大小。能与轻掺杂、中等掺杂的p型4h-sic形成良好的欧姆接触的电极通常也能与重掺杂的p型4h-sic形成良好的欧姆接触，反之，能与重掺杂的p型4h-sic形成良好的欧姆接触的电极则不一定能与轻掺杂、中等掺杂的p型4h-sic形成良好的欧姆接触，甚至无法形成欧姆接触。
6、早在2014年，sic领域的领军人物kimoto先生就总结了在p型4h-sic上应用最为广泛sic/ti/al结构(即与sic基底直接接触的第一电极层为ti，随后第二电极层是al层)在p型4h-本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种p型4H-SiC的SiC/Al/Ti欧姆接触电极，其特征在于，包括依次沉积于p型4H-SiC基底上的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层材料为金属Al，所述第二电极层材料为金属Ti，所述第一电极层厚度与所述第一、第二电极层总厚度的比值为38％(±0.5％)～72％(±0.5％)；其中：
2.根据权利要求1所述的SiC/Al/Ti欧姆接触电极，其特征在于，所述SiC/Al/Ti欧姆接触电极还包括沉积于所述第二电极层之上的第三电极层，所述第三电极层的材料选自电阻率低于Ti，且其与Al/Ti形成的合金相在400℃大气环境下可以耐受氧化的材料；优选的，所述第三电极层的材料选自金属Ni、Au、W或Mo中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的SiC/Al/Ti欧姆接触电极，其特征在于，所述SiC/Al/Ti欧姆接触电极的表面均方根粗糙度≤20nm；优选的，所述SiC/Al/Ti欧姆接触电极的表面均方根粗糙度为2-20nm。
4.根据权利要求1或2所述的SiC/Al/Ti欧姆接触电极，其特征在于，所述第一电极层的厚度为70～120nm；优
5.根据权利要求2所述的SiC/Al/Ti欧姆接触电极，其特征在于，所述第三电极层的厚度为20nm以上，优选的，所述第三电极层的厚度为30～160nm。
6.根据权利要求1或2所述的SiC/Al/Ti欧姆接触电极，其特征在于，所述p型4H-SiC基底为轻掺杂、中等掺杂或重掺杂的p型4H-SiC；优选的，所述p型4H-SiC基底为轻掺杂、中等掺杂的p型4H-SiC。
7.权利要求1-6任一项所述的欧姆接触电极的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在权利要求7所述的制备方法步骤1)之后，还包括制备第三电极层的步骤，具体步骤为：将反应腔室抽至高真空后，持续通入惰性气体作为环境气体并保持腔室气压，在p型4H-SiC基底表面依次沉积所述第一电极层和所述第二电极层后，紧接着继续沉积第三电极层；所述反应腔室压强不高于5×10-6mbar，所述惰性气体流量为35～40sccm，通入惰性气体后腔室的稳定气压范围为4～6×10-3mbar；
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述制备金属电极可以采用掩模法或光刻法；所述掩模法或光刻法的具体步骤为：
10.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件结构中包含一个或多个所述权利要求1-6任一项所述的p型4H-SiC的SiC/Al/Ti欧姆接触电极或根据权利要求7-9任一项所述的制备方法制得的p型4H-SiC的SiC/Al/Ti欧姆接触电极；优选的，所述半导体器件包括二极管、场效应晶体管、MOS控制晶闸管、电子注入增强栅晶体管、超大功率晶闸管或绝缘栅双极型晶体管。
...【技术特征摘要】
1.一种p型4h-sic的sic/al/ti欧姆接触电极，其特征在于，包括依次沉积于p型4h-sic基底上的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层材料为金属al，所述第二电极层材料为金属ti，所述第一电极层厚度与所述第一、第二电极层总厚度的比值为38％(±0.5％)～72％(±0.5％)；其中：
2.根据权利要求1所述的sic/al/ti欧姆接触电极，其特征在于，所述sic/al/ti欧姆接触电极还包括沉积于所述第二电极层之上的第三电极层，所述第三电极层的材料选自电阻率低于ti，且其与al/ti形成的合金相在400℃大气环境下可以耐受氧化的材料；优选的，所述第三电极层的材料选自金属ni、au、w或mo中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的sic/al/ti欧姆接触电极，其特征在于，所述sic/al/ti欧姆接触电极的表面均方根粗糙度≤20nm；优选的，所述sic/al/ti欧姆接触电极的表面均方根粗糙度为2-20nm。
4.根据权利要求1或2所述的sic/al/ti欧姆接触电极，其特征在于，所述第一电极层的厚度为70～120nm；优选的，所述第二电极层的厚度为30～160nm；优选的，所述第一电极层的厚度为80～100nm；优选的，所述第二电极层的厚度为40～60nm。
5.根据权利要求2所述的sic/al/ti欧姆接触电极，其特征在于，所述第三电极层的厚度为20nm以上，优选的，所述第三电极层的厚度为30～1...
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