一種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，該方法是在SiC襯底背面上依次蒸發(fā)金屬Ni、Ti和Ni，并對襯底-金屬層進行高溫退火處理。金屬Ni、Ti和Ni的厚度分別為20nm、20nm和100nm。本發(fā)明可應用于SiC?JBS肖特基二極管的背面歐姆接觸與SiC?MOSFET的背面歐姆接觸的制備，以及其它類似SiC器件的背面歐姆接觸。本發(fā)明采用Ni/Ti/Ni混合金屬組分，采用高溫退火的方式得到致密而且接觸面比較平滑的歐姆接觸，減小界面處空洞的存在，并且提高與加厚金屬的粘附性，歐姆接觸電阻率達到與采用純Ni金屬制備歐姆接觸相當?shù)乃健?br> 【專利說明】一種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及歐姆接觸制備【技術領域】，特別是一種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，可應用于SiC JBS肖特基二極管的歐姆接觸，與SiC MOSFET的背面歐姆接觸制備，以及其他類似的垂直結構的SiC器件歐姆接觸制備。
【背景技術】
[0002]碳化硅(SiC)作為新一代寬禁帶半導體材料，越來越引起人們的重視，它具有大禁帶寬度、高臨界擊穿場強、高電子遷移率、高熱導率等特點，在國際上受到廣泛關注。目前SiC基JBS器件已經(jīng)在電力電子領域得到廣泛應用。
[0003]SiC基JBS器件中歐姆接觸是影響器件性能的關鍵工藝，形成歐姆接觸可以有效減掉導通電阻，減小大電流工作下的損耗。
[0004]目前常規(guī)歐姆接觸制作的SiC基JBS器件，通常的工藝采取背面采用純Ni金屬制作歐姆接觸。
[0005]本發(fā)明人在實踐中發(fā)現(xiàn)雖然現(xiàn)有技術采用純Ni金屬能夠得到歐姆接觸，但存在以下缺陷，第一，形成歐姆接觸之后會有大量的碳元素存在接觸面與表面。第二，生成的歐姆接觸接觸面很粗糙。第三，界面處存在大量的空洞，并且界面處存在內(nèi)部應力的問題。第四，Ni/SiC退火之后，表面也會變得很粗糙，甚至部分SiC襯底露出來。第五，由于碳元素運動到表面，金屬加厚之后，加厚的金屬粘附性不好，穩(wěn)定性差，高溫后容易脫落。第六，采用Ni/SiC形成歐姆接觸，界面處會變寬，形成的歐姆接觸成蓬松壯。
[0006]由此可見，上述現(xiàn)有的SiC上歐姆接觸制備方法顯然仍存在有缺陷，而亟待加以進一步改進。本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設計制造的實務經(jīng)驗及專業(yè)知識，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設一種新的應用在SiC材料上的歐姆接觸制備方法，能夠改進一般現(xiàn)有的制備方法，使其更具有實用性。
[0007]本發(fā)明采用蒸發(fā)Ni/Ti/Ni多層金屬，用N2氛圍下的退火工藝進行歐姆合金，已達到與純Ni金屬合金相當水平的歐姆接觸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008](一 )要解決的技術問題
[0009]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，制備的歐姆接觸與純Ni相當?shù)臍W姆接觸，但歐姆接觸接觸面得到較大改善，提高與加厚金屬的粘附性。
[0010](二)技術方案
[0011]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，該方法是在SiC襯底背面上依次蒸發(fā)金屬N1、Ti和Ni，并對襯底-金屬層進行高溫退火處理。
[0012]上述方案中，所述金屬N1、Ti和Ni的厚度分別為20nm、20nm和lOOnm。
[0013]上述方案中，所述在SiC襯底背面上依次蒸發(fā)金屬N1、Ti和Ni之前，還包括:去除SiC襯底背面的自然氧化層；以及對SiC襯底烘干以去除水汽。
[0014]上述方案中，所述去除SiC襯底背面的自然氧化層，首先采用緩沖氫氟酸腐蝕液，去除自然氧化層，然后進行清洗。
[0015]上述方案中，所述對SiC襯底烘干以去除水汽，是使用115攝氏度的熱板，烘干時間10分鐘。
[0016]上述方案中，所述對襯底-金屬層進行高溫退火處理，退火氛圍采用N2氣氛，采用階段式快速升溫和快速降溫退火。
[0017]上述方案中，所述采用階段式快速升溫和快速降溫退火，包括:常溫升到300度，維持I分鐘，經(jīng)歷100秒，升到1050度，維持2分鐘，降溫到500度，自然降溫到室溫取出。
[0018](三)有益效果
[0019]從上述技術方案可以看出，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點:
[0020]1、本發(fā)明提供的這種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，由于采用Ni/Ti/Ni金屬制備歐姆接觸能達到3.32Χ10_5Ω.cm2，所以可以在SiC材料上制作良好的歐姆接觸。
[0021]2、本發(fā)明提供的這種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，由于采用Ni/Ti/Ni合金制備歐姆接觸，可以抑制碳元素石墨化的過程，所以有效降低了歐姆接觸界面處的粗糙度。
[0022]3、本發(fā)明提供的這種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，由于采用Ni/Ti/Ni組分金屬，中間Ti金屬可以與C元素反應形成TiC。所以消除Ni/SiC形成歐姆接觸時產(chǎn)生的自由碳元素。
[0023]4、本發(fā)明提供的這種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，由于采用Ni/Ti/Ni金屬，Ti可以在一定程度上抑制Ni與SiC過于激烈的反應。所以有效的減少了 Ni/SiC接觸面處的空洞。
[0024]5、本發(fā)明提供的這種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，由于沒有自由形式的碳元素在表面，所以可以提高與加厚金屬的粘附性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明提供的在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法流程圖。
[0026]圖2為本發(fā)明提供的歐姆接觸退火工藝的升溫降溫曲線圖。
[0027]圖3為將本發(fā)明在SiC襯底背面制備的歐姆接觸應用于SiC JBS肖特基二極管背面的示意圖。
[0028]圖4為將本發(fā)明在SiC襯底背面制備的歐姆接觸應用于SiC MOSFET背面的示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0030]本發(fā)明提供的在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，是在SiC襯底背面上依次蒸發(fā)金屬N1、Ti和Ni，并對襯底-金屬層進行高溫退火處理。其中，金屬N1、Ti和Ni的厚度分別為20nm、20nm和lOOnm。在SiC襯底背面上依次蒸發(fā)金屬N1、Ti和Ni之前，還包括:去除SiC襯底背面的自然氧化層；以及對SiC襯底烘干以去除水汽。所述去除SiC襯底背面的自然氧化層，首先采用緩沖氫氟酸腐蝕液，去除自然氧化層，然后進行清洗。所述對SiC襯底烘干以去除水汽，是使用115攝氏度的熱板，烘干時間10分鐘。所述對襯底-金屬層進行高溫退火處理，退火氛圍采用N2氣氛，采用階段式快速升溫和快速降溫退火。所述采用階段式快速升溫和快速降溫退火，包括:常溫升到300度，維持I分鐘，經(jīng)歷100秒，升到1050度，維持2分鐘，降溫到500度，自然降溫到室溫取出。
[0031]如圖1所示，圖1為本發(fā)明提供的在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法流程圖，該方法包括:
[0032]步驟1:清洗半導體芯片；
[0033]將半導體芯片依次用丙酮、乙醇、水清洗干凈。
[0034]步驟2:去除自然氧化層；
[0035]采用緩沖氫氟酸腐蝕液，腐蝕液配比為NH4F: HF = 6: 1，去除自然氧化層，腐蝕時間30秒，使用去離子水沖洗干凈，吹干。將芯片放到熱板上，使用115攝氏度的烘箱，烘干時間10分鐘。
[0036]步驟3:蒸發(fā) Ni/Ti/Ni = 20/20/100nm ；
[0037]放入真空蒸發(fā)臺蒸發(fā)Ni/Ti/Ni的厚度分別為20/20/100nm。
[0038]步驟4:歐姆合金退火；
[0039]將步驟3中蒸發(fā)好金屬的芯片放入退火爐中，使用N2氛圍退火，通入N2流量2.5L/min。歐姆合金的工藝過程如圖2所示。
[0040]圖2示出了本發(fā)明提供的歐姆接觸退火的升溫降溫曲線圖，主要包括:
[0041]步驟1:從常溫升溫至300攝氏度，升溫速度為27°C /s，經(jīng)歷時間10s。
[0042]步驟2:溫度達到300度后，維持Imin。
[0043]步驟3:從300攝氏度升溫至1050攝氏度，升溫速度7.5°C /s，經(jīng)歷時間100s.[0044]步驟4:溫度達到1050度后，維持2min。
[0045]步驟5:從1000攝氏度降溫至500攝氏度，降溫速度1.8°C /s，經(jīng)歷時間300s.[0046]步驟6:從500攝氏度自然降溫至100度以下，取出。
[0047]按照以上所述工藝制作出來的歐姆接觸，退火后蒸發(fā)的金屬由肖特基接觸轉變?yōu)闅W姆接觸，歐姆接觸電阻率達到3.32Χ10_5Ω κπι2。形成的歐姆接觸比電阻與純Ni金屬形成的歐姆接觸達到了相同的數(shù)量級。能夠滿足SiC器件歐姆接觸的要求。
[0048]實施例
[0049]一種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，該方法包括以下步驟:
[0050]步驟1:清洗半導體芯片；將半導體芯片依次用丙酮、乙醇、水清洗干凈。
[0051]步驟2:腐蝕自然氧化層，并烘干；首先采用緩沖氫氟酸腐蝕液，腐蝕液配比為NH4F: HF = 6: 1，去除自然氧化層，腐蝕時間30sec，然后進行常規(guī)清洗；使用115攝氏度的熱板，烘干時間10分鐘。
[0052]步驟3:蒸發(fā)Ni/Ti/Ni多層金屬；SiC襯底蒸發(fā)Ni/Ti/Ni厚度為20/20/100nm的金屬。蒸發(fā)臺條件如下，溫度:100攝氏度,壓力:20mTorr。
[0053]步驟4:將蒸 發(fā)完金屬層的襯底放入退火爐中；蒸發(fā)金屬后的襯底放入退火爐中，使用N2氛圍退火，通入N2流量2.5L/min。[0054]步驟5:升溫至300度；從常溫升溫至300攝氏度，經(jīng)歷時間10s，升溫速率為27 0C /s。
[0055]步驟6:300度保持Imin ;溫度達到300度后，維持Imin。
[0056]步驟7:繼續(xù)升溫至1050度；從300攝氏度升溫至1050攝氏度，升溫速度7.5°C /s，經(jīng)歷時間IOOs0
[0057]步驟8:1050度保持2min ;溫度達到1050度后，維持2min。
[0058]步驟9:降溫至500度；從1050攝氏度降溫至500攝氏度，降溫速度1.8°C S，經(jīng)歷時間300s。
[0059]步驟10:自然降溫，后取出；從500攝氏度自然降溫至100度以下，取出。
[0060]基于本實施例制作的歐姆接觸，退火后蒸發(fā)的金屬由肖特基接觸轉變?yōu)闅W姆接觸，歐姆接觸電阻率達到3.32Χ10_5Ω Mm2。形成的歐姆接觸電阻率與純Ni金屬形成的歐姆接觸電阻率達到了相同的數(shù)量級。
[0061]利用本發(fā)明在SiC襯底材料背面制備的歐姆接觸，可應用于SiC JBS肖特基二極管的背面歐姆接觸(如圖3所示)與SiC MOSFET的背面歐姆接觸(如圖4所示)的制備，以及其它類似SiC器件的背面歐姆接觸。該SiC JBS肖特基二極管與SiC MOSFET包括正面P+注入摻雜、襯底背面歐姆接觸結構，所述的襯底為碳化硅襯底，所述的歐姆接觸在碳化硅晶圓背面，該歐姆接觸金屬采用Ni/Ti/Ni混合金屬組份，所述歐姆接觸層與所述的襯底接觸。本發(fā)明采用Ni/Ti/Ni混合金屬組分，采用高溫退火的方式，得到致密而且接觸面比較平滑的歐姆接觸，減小界面處空洞的存在，并且提高與加厚金屬的粘附性，歐姆接觸電阻率達到與采用純Ni金屬制備歐姆接觸相當?shù)乃健?br> [0062]以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，其特征在于，該方法是在SiC襯底背面上依次蒸發(fā)金屬N1、Ti和Ni，并對襯底-金屬層進行高溫退火處理。
2.根據(jù)權利要求1所述的在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，其特征在于，所述金屬N1、Ti和Ni的厚度分別為20nm、20nm和IOOnm0
3.根據(jù)權利要求1所述的在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，其特征在于，所述在SiC襯底背面上依次蒸發(fā)金屬N1、Ti和Ni之前，還包括: 去除SiC襯底背面的自然氧化層；以及 對SiC襯底烘干以去除水汽。
4.根據(jù)權利要求1所述的在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，其特征在于，所述去除SiC襯底背面的自然氧化層，首先采用緩沖氫氟酸腐蝕液，去除自然氧化層，然后進行清洗。
5.根據(jù)權利要求1所述的在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，其特征在于，所述對SiC襯底烘干以去除水汽，是使用115攝氏度的熱板，烘干時間10分鐘。
6.根據(jù)權利要求1所述的在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，其特征在于，所述對襯底-金屬層進行高溫退火處理，退火氛圍采用N2氣氛，采用階段式快速升溫和快速降溫退火。
7.根據(jù)權利要求6所述的在SiC襯底背面制備歐姆接觸的方法，其特征在于，所述采用階段式快速升溫和快速降溫退火，包括: 常溫升到300度，維持I分鐘，經(jīng)歷100秒，升到1050度，維持2分鐘，降溫到500度，自然降溫到室溫取出。
【文檔編號】H01L21/28GK103578960SQ201310589191
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年11月20日 優(yōu)先權日:2013年11月20日
【發(fā)明者】韓林超, 申華軍, 白云, 湯益丹, 許恒宇, 王弋宇, 楊謙, 劉新宇 申請人:中國科學院微電子研究所