用于P-SiC欧姆接触的界面过渡层复合结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于P-SiC欧姆接触的界面过渡层复合结构，该界面过渡层复合结构处于SiC衬底与金属层之间，包括富Al层和特定化学成分配比的碳化物混合层，其中，富Al层形成于SiC衬底之上，特定化学成分配比的碳化物混合层形成于富Al层之上，金属层形成于特定化学成分配比的碳化物混合层之上。本发明专利技术同时公开了一种制作界面过渡层复合结构的方法。利用本发明专利技术提出的界面过渡层复合结构，可有效调节接触势垒高度，提高接触层载流子浓度，增加载流子隧穿机率，有效实现P型SiC材料的良好欧姆接触，且本发明专利技术公开的界面过渡层复合结构制作方法简单、可重复性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及P型宽禁带材料欧姆接触形成技术和合金
，特别涉及一种。
技术介绍
宽禁带碳化硅(SiC)材料的良好欧姆接触质量的获得是实现SiC器件高温、高压、高频及大功率应用的关键因素。然而，由于空穴的隧穿质量远大于电子隧穿质量，且在SiC材料中P型杂质的离化能比η型杂质的离化能高，SiC材料P型掺杂浓度难于做到η型SiC的掺杂水平，特别是采用离子注入的方式形成P型掺杂时，即使掺杂浓度达lE20cm_3量级，但受激活退火、不完全离化等因素的影响，一般来说，激活的有效载流子浓度都在lE17-lE18cm_3范围之间，同时，受高温激活退火及合金退火等因素的影响，接触表面形貌及界面微结构的质量对欧姆接触的质量也造成很大影响，要形成良好的、可重复性高的P型 SiC材料欧姆接触仍然是一个相当大的挑战。目前，国内外已有很多关于SiC材料P型欧姆接触的研究，但主要的研究方法还是实验法，对工艺优化试验的依赖性很大，而在P型SiC欧姆接触机理和形成技术方面的研究比较少；有关这方面的专利，也都集中在多层欧姆接触金属结构的选择、改进，合金退火条件的改良方面(见专利CN201032635.卢嵩岳等.一种PIN结构4H_SiC紫外光电探测器；专利CN1195883.太田顺道等.欧姆电极的形成方法及半导体装置)。从欧姆接触形成技术角度出发的也只有有关镍-硅化物的欧姆接触方面(见专利CN101124660.国际公布2006-02-09 W02006/014346英.A·沃德三世；J*P·海宁等·用于SiC半导体器件的富硅的镍-硅化物欧姆接触)，在采用碳化物或硅化物层形成良好欧姆接触方面文章有报道过，但采用本专利技术提供的改良型复合结构形成良好欧姆接触方面的文章或专利都未见报道。因此，受衬底浓度、界面微结构及表面形貌、合金条件差异大的影响，国内外各文献中得到的欧姆接触比接触电阻率的结果参差不齐，可重复性差。采用本专利技术提供的界面过渡层复合结构，是一种改良的欧姆接触形成技术。这种改良的欧姆接触形成技术可在P型掺杂水平有限的条件下，利用半导体输运过程与半导体能谱理论作为指导，有效调节接触势垒高度，增加遂穿机率，并综合考虑欧姆接触的形成机理、界面成分及微结构、界面形态及连接方式、表面形貌、接触电极的热稳定性等方面对界面过渡层复合结构的影响，选择最优化的界面过渡层复合结构的制备条件，提高欧姆接触比接触电阻率结果获得的可重复性。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种，以解决在P型掺杂水平有限的条件下，P型SiC材料欧姆接触难问题，达到可重复性获得低比接触电阻率的目的。( 二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种界面过渡层复合结构，该界面过渡层复合结构处于SiC衬底与金属层之间，包括富Al层和特定化学成分配比的碳化物混合层，其中，富Al层形成于SiC衬底之上，特定化学成分配比的碳化物混合层形成于富Al层之上，金属层形成于特定化学成分配比的碳化物混合层之上。上述方案中，所述富Al层中含有游离态的Si，用于提高SiC衬底表面载流子浓度，增加遂穿机率。所述特定化学成分配比的碳化物混合层是一种或者两种碳化物的混合层结构，用于调节势垒高度，使高势垒变为阶梯势垒，形成良好欧姆接触。上述方案中，所述特定化学成分配比的碳化物混合层，其C与Si的比值高于SiC中的C与Si的比值。所述特定化学成分配比的碳化物混合层为Ti、Si、C三元化合物和Al、C 二元化合物的混合层结构，用于与SiC衬底表面反应生产界面过渡层。所述Ti、Si、C三元化合物中Ti原子的分数大于等于3小于等于4，Si原子的分数为1，C原子的分数为2。 所述A1、C 二元化合物中Al原子的分数为4，C原子的分数为3。所述特定化学成分配比的碳化物混合层中部分C来源于工艺过程中残留的C。所述特定化学成分配比的碳化物混合层，其功函数大于等于5eV小于6. 5eV。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种制作界面过渡层复合结构的方法，包括步骤I:清洗SiC衬底；步骤2:干燥SiC衬底；步骤3 :在SiC衬底上制备用于台面刻蚀的掩膜；步骤4 :对SiC衬底进行台面刻蚀；步骤5 :在刻蚀后的SiC衬底上匀胶光刻，形成金属剥离图形；步骤6 :对SiC衬底进行表面处理，活化表面性能，有利于形成界面过渡层；步骤7 :在进行了表面处理的SiC衬底上蒸发Ti/Al金属层；步骤8 :剥离沉积在光刻胶上的Ti/Al金属层；步骤9 :在蒸发了 Ti/Al金属层的SiC衬底上溅射Ni/Au盖层金属；步骤10:加温；步骤11 :高温合金退火，形成界面过渡层复合结构。上述方案中，步骤I中所述清洗SiC衬底，是使用丙酮、乙醇、去离子水依次冲洗SiC衬底表面，并用N2吹干；其中该SiC衬底从上到下有三个区域，从上到下依次为N+区、N-区和P区。上述方案中，步骤2中所述干燥SiC衬底是将SiC衬底放入120°C的烘箱中，在N2氛围下烘10分钟。上述方案中，步骤3中所述在SiC衬底上制备用于台面刻蚀的掩膜，是在SiC衬底表面涂敷厚度3 μ m的9920光刻胶作为台面刻蚀的掩膜，然后对光刻胶进行光刻形成台面隔离的图形。上述方案中，步骤4中所述对SiC衬底进行台面刻蚀，是以形成的台面隔离的图形为掩模，对SiC衬底进行ICP干法刻蚀，刻蚀至SiC衬底的N-区，SiC衬底的P区完全刻透。上述方案中，步骤5中所述在刻蚀后的SiC衬底上匀胶光刻，形成剥离图形，是使用AZ5214E光刻胶，在刻蚀后的SiC衬底表面涂敷一层厚度为2. 2 μ m的光刻胶，然后进行光刻显影。上述方案中，步骤6中所述对SiC衬底进行表面处理，活化表面性能，是采用HF H20(体积比为I : 10)的溶液腐蚀30秒，并用N2吹干。上述方案中，步骤7中所述在进行了表面处理的SiC衬底上蒸发Ti/Al金属层，是使用蒸发台，蒸发Ti/Al金属膜，其中Al原子在Ti/Al金属膜中的原子百分比为70-80at. %, Ti/Al 金属膜总厚度为 190nm 至 400nm。上述方案中，步骤8中所述剥离沉积在光刻胶上的Ti/Al金属层，是将蒸发完Ti/Al金属膜的SiC衬底浸没在丙酮溶液中，浸泡20分钟，然后在超声容器内超声3分钟，再将SiC衬底取出放入无水乙醇溶液中，超声3分钟，再用去离子水冲洗6遍，最后吹干。上述方案中，步骤9中所述在蒸发了 Ti/Al金属层的SiC衬底上溅射Ni/Au盖层金属，是使用溅射台，溅射Ni/Au盖层金属膜，其中Ni金属膜的厚度范围为55nm至150nm之间，Au层金属膜厚度小于Ni层金属厚度。上述方案中，步骤10中所述加温，是将具有Ni/Au盖层金属和Ti/Al金属层的SiC衬底放入高温炉中加热到一定温度，此温度低于Ti或Al元素与碳化硅发生反应的温度。上述方案中，步骤11中所述高温合金退火，是使用高温退火炉，采用高温合金技术进行退火，其中，退火温度为800°C -1000°C之间，时间2-10分钟。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果I、利用本专利技术，由于采用了界面过渡层复合结构，而不是金属与SiC衬底直接接触，使金属与SiC直接接触的高势垒分解为阶梯势垒，所以有效降低了接触势垒高度，是一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种界面过渡层复合结构，其特征在于，该界面过渡层复合结构处于SiC衬底与金属层之间，包括富Al层和特定化学成分配比的碳化物混合层，其中，富Al层形成于SiC衬底之上，特定化学成分配比的碳化物混合层形成于富Al层之上，金属层形成于特定化学成分配比的碳化物混合层之上。

【技术特征摘要】
1.一种界面过渡层复合结构，其特征在于，该界面过渡层复合结构处于SiC衬底与金属层之间，包括富Al层和特定化学成分配比的碳化物混合层，其中，富Al层形成于SiC衬底之上，特定化学成分配比的碳化物混合层形成于富Al层之上，金属层形成于特定化学成分配比的碳化物混合层之上。2.根据权利要求I所述的界面过渡层复合结构，其特征在于，所述富Al层中含有游离态的Si，用于提高SiC衬底表面载流子浓度，增加遂穿机率。3.根据权利要求I所述的界面过渡层复合结构，其特征在于，所述特定化学成分配比的碳化物混合层是一种或者两种碳化物的混合层结构，用于调节势垒高度，使高势垒变为阶梯势垒，形成良好欧姆接触。4.根据权利要求3所述的界面过渡层复合结构，其特征在于，所述特定化学成分配比的碳化物混合层，其C与Si的比值高于SiC中的C与Si的比值。5.根据权利要求3所述的界面过渡层复合结构，其特征在于，所述特定化学成分配比的碳化物混合层为Ti、Si、C三元化合物和Al、C 二元化合物的混合层结构，用于与SiC衬底表面反应生产界面过渡层。6.根据权利要求5所述的界面过渡层复合结构，其特征在于，所述Ti、Si、C三元化合物中Ti原子的分数大于等于3小于等于4，Si原子的分数为1，C原子的分数为2。7.根据权利要求5所述的界面过渡层复合结构，其特征在于，所述A1、C二元化合物中Al原子的分数为4，C原子的分数为3。8.根据权利要求4所述的界面过渡层复合结构，其特征在于，所述特定化学成分配比的碳化物混合层中部分C来源于工艺过程中残留的C。9.根据权利要求3所述的界面过渡层复合结构，其特征在于，所述特定化学成分配比的碳化物混合层，其功函数大于等于5eV小于6. 5eV。10.一种制作权利要求I至9中任一项所述的界面过渡层复合结构的方法，其特征在于，包括 步骤I:清洗SiC衬底； 步骤2 :干燥SiC衬底； 步骤3 :在SiC衬底上制备用于台面刻蚀的掩膜； 步骤4 :对SiC衬底进行台面刻蚀； 步骤5 :在刻蚀后的SiC衬底上进行匀胶光刻，形成金属剥离图形； 步骤6 :对SiC衬底进行表面处理，活化表面性能； 步骤7 :在进行了表面处理的SiC衬底上蒸发Ti/Al金属层； 步骤8 :剥离沉积在光刻胶上的Ti/Al金属； 步骤9 :在蒸发了 Ti/Al金属层的SiC衬底上溅射Ni/Au盖层金属； 步骤10 :加温； 步骤11 :高温合金退火，形成界面过渡层复合结构。11.根据权利要求10所述的界面过渡层复合结构的制作方法，其特征在于，步骤I中所述清洗SiC衬底，是使用丙酮、乙醇、去离子水依次冲洗SiC衬底表面，并用N2吹干；其中该SiC衬底从上到下有三个区域，从上到下依次为N+区、N-区和P区。12.根据权利要求10所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤益丹，刘可安，申华军，白云，李博，王弋宇，刘新宇，李诚瞻，史晶晶，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，株洲南车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：