本發(fā)明涉及一種摻鍺碳化硅歐姆接觸形成方法，屬于半導(dǎo)體器件制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

碳化硅(sic)半導(dǎo)體材料是自第一代元素半導(dǎo)體材料硅(si)和第二代化合物半導(dǎo)體材料砷化鎵、磷化鎵、磷化銦(gaas、gap、inp)之后發(fā)展起來的第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料之一。第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料主要包括碳化硅(sic)、立方氮化硼(c-bn)、氮化鎵(gan)、氮化鋁(aln)、硒化鋅(znse)以及金剛石薄膜等。

隨著對碳化硅晶體材料研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)通過摻雜不同的元素可以對碳化硅晶體材料造成不同的影響。在碳化硅材料中摻入鍺元素會改變其能帶結(jié)構(gòu)，降低其禁帶寬度，這將會拓展碳化硅晶體材料在可見光和紅外光波段的應(yīng)用前景。由于鍺元素的存在可以降低電子器件接觸電阻,提高電子遷移率和壽命,因此摻鍺碳化硅基底的異質(zhì)結(jié)晶體管(hbt)中的電流增益提高了50％,并且初期電壓增加了33％。因此我們可以通過調(diào)整鍺的摻雜量來調(diào)節(jié)碳化硅的能帶結(jié)構(gòu)和晶格常數(shù)，可以更好的將碳化硅材料在器件上加以應(yīng)用。

碳化硅器件中的一個關(guān)鍵技術(shù)是歐姆接觸的形成。歐姆接觸的質(zhì)量直接關(guān)系到器件導(dǎo)通電阻的大小和長期可靠性。歐姆接觸作為半導(dǎo)體制造中的一種關(guān)鍵工藝技術(shù)，它的目的是使得半導(dǎo)體材料施加電壓時接觸處的壓降足夠小以至于不影響器件的性能。如果歐姆接觸電阻的可靠性差，會使得器件的開態(tài)電阻升高，嚴(yán)重時會影響器件的性能。通過沉積金屬，諸如鎳，以及在高溫對金屬進(jìn)行退火來形成金屬歐姆接觸已經(jīng)公知。cn105244266a公開了一種sic晶圓的歐姆接觸形成方法，該方法在沉積有金屬層的sic晶圓進(jìn)行退火的過程中通入了co2氣體，從而在退火過程中實現(xiàn)了碳單質(zhì)的有效去除，因此無需額外增加除碳工藝，簡化了sic晶圓歐姆接觸工藝的處理流程。但該無法有效提高歐姆接觸效果。cn106024597a公開了一種碳化硅歐姆接觸形成方法，在形成歐姆接觸區(qū)域進(jìn)行離子注入，在碳化硅表面沉積一層碳層，退火后再去除所述碳層，沉積歐姆接觸金屬，保留歐姆接觸區(qū)域內(nèi)金屬，最后快速退火形成歐姆接觸。本方法同時形成n型和p型歐姆接觸，雖然減少了工藝步驟，但同樣無法提高歐姆接觸的實際效果，形成高質(zhì)量、低接觸電阻的高性能歐姆接觸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種摻鍺碳化硅歐姆接觸的形成方法，旨在提高歐姆接觸性能，通過改變摻雜鍺元素的濃度來形成高質(zhì)量、低接觸電阻的高性能歐姆接觸。

術(shù)語說明：

摻鍺碳化硅：指在sic生長中摻入鍺元素而形成的三元合金化合物單晶。目前普遍采用物理氣相傳輸法生長碳化硅單晶，摻雜劑為金屬鍺粉。

電子束蒸發(fā)：電子束蒸發(fā)是真空蒸鍍的一種方式，是在真空條件下利用電子束進(jìn)行直接加熱蒸發(fā)材料，使蒸發(fā)材料氣化并向基板輸運(yùn)，在基底上凝結(jié)形成薄膜的方法。

快速退火爐(rtp)：快速退火爐是以碘鎢燈管為發(fā)熱元件，升溫速度極快，采用s型熱電偶測溫并采用模糊pid控制，具有很高的控溫精度〈±5℃〉，快速退火爐具有真空裝置，可在多種氣氛下工作?？焖偻嘶馉t為現(xiàn)有技術(shù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種摻鍺碳化硅歐姆接觸形成方法，包括：

-提供摻鍺碳化硅晶片；

-在所述摻鍺碳化硅晶片上通過電子束蒸發(fā)形成金屬電極；

-升溫階段：將以上形成電極后的摻鍺碳化硅晶片放入快速退火裝置中進(jìn)行快速退火形成歐姆接觸，所述快速退火裝置的加熱面為爐腔內(nèi)四周面，升溫的同時向爐腔內(nèi)通入氬氣；

所述快速退火分為兩個升溫階段，第一階段溫度升高到300-500℃，持續(xù)保溫3-5分鐘，第二階段退火溫度為600-800℃，持續(xù)保溫5-10分鐘；

-降溫階段：將溫度降至不高于60℃。取樣品。

本發(fā)明的方法通過改變摻雜鍺的濃度，制備出歐姆接觸性能更加優(yōu)異的摻鍺碳化硅。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述摻鍺碳化硅的摻鍺濃度為10¹⁷-10¹⁹atoms/cm³。進(jìn)一步優(yōu)選，所述摻鍺碳化硅的摻鍺濃度為10¹⁹atoms/cm³。

為了便于進(jìn)行霍爾測試，所述摻鍺碳化硅晶片尺寸為邊長小于10mm的正方形。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述金屬電極為ti、pt、au依次生長在摻鍺碳化硅晶片上形成的ti/pt/au三層結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步優(yōu)選，其中ti、pt、au金屬層的厚度分別為60-80nm、50-70nm和600-700nm。本發(fā)明采用ti/pt/au結(jié)構(gòu)來形成歐姆接觸，pt/au層可以在高溫時有效的鈍化ti層的氧化傾向，且au層在高溫時可以滲透過ti層進(jìn)入sic中，降低接觸電阻，pt層也能在退火過程中維持歐姆接觸性能的穩(wěn)定。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述金屬電極為邊長不大于1mm的正方形ti/pt/au電極。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述快速退火裝置為快速退火爐(rtp)?，F(xiàn)有技術(shù)，可市購。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第一階段升溫速率不大于20℃/秒，所述第二階段升溫速率不大于10℃/秒。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述第一階段升溫速率11～20℃/秒，所述第二階段升溫速率為5～10℃/秒。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述第一階段溫度升高到300-500℃，持續(xù)保溫4-5分鐘，第二階段退火溫度為600-800℃，持續(xù)保溫7-10分鐘。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述降溫階段的降溫速率為10℃-20℃/秒。本發(fā)明的方法最后一步降溫階段，是將樣品由最高退火溫度降至室溫，降溫速率不大于20℃/秒。在此過程中，降溫速率過慢會影響退火效果，導(dǎo)致歐姆接觸效果不佳，降溫速率過快又會提高降溫的成本，適當(dāng)?shù)奶囟ń禍厮俾适且粋€退火過程中的一個重要技術(shù)手段。降溫階段所述降溫降至不高于60℃是指使樣品的溫度降至不高于60℃。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述降溫階段是將退火裝置的溫度降至室溫。所述室溫為本領(lǐng)域公知的含義，一般為20-26℃。

本發(fā)明所述的摻鍺碳化硅可以按現(xiàn)有技術(shù)制備。本發(fā)明優(yōu)選提供以下方法：

一種采用物理氣相傳輸法生長摻鍺碳化硅單晶的方法，在放置于爐室內(nèi)的生長坩堝內(nèi)，提供碳化硅源粉和鍺摻雜劑，以及與源粉呈間隔關(guān)系的碳化硅籽晶；鍺摻雜量為碳化硅源粉的3-7％質(zhì)量百分比。將摻雜劑置于生長坩堝底部，并與碳化硅源粉混合。爐室內(nèi)抽真空，感應(yīng)加熱所述生長坩堝建立溫度梯度，提供生長環(huán)境；在晶體生長過程中向生長氣氛中注入氮氣，氮氣流量為15-30sccm，生長溫度為2100-2300℃，生長壓力為50-80mbar。生長周期為30-60小時。

將生長得到的摻鍺碳化硅晶錠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的切割、研磨和拋光后得到摻鍺碳化硅晶片。

本發(fā)明的技術(shù)特點及優(yōu)良效果：

1、本發(fā)明以摻鍺碳化硅為基底形成ti/pt/au結(jié)構(gòu)的電極，通過特定的退火方法形成了歐姆接觸性能好的高質(zhì)量摻鍺碳化硅器件。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，不同摻雜濃度的摻鍺碳化硅樣品，其形成的歐姆接觸性能會有明顯的不同；采用本發(fā)明的方法，可以通過改變摻雜鍺的濃度，制備出不同歐姆接觸性能的摻鍺碳化硅。利用摻鍺碳化硅制備電子器件時，可以通過改變摻雜鍺的濃度實現(xiàn)控制器件上電極的歐姆接觸性能。另一方面，經(jīng)過對本發(fā)明制得的形成歐姆接觸的摻鍺碳化硅電極進(jìn)行霍爾(hall)測試，對不同摻鍺濃度的碳化硅電極的伏安特性曲線進(jìn)行分析，可知通過提高摻鍺碳化硅中鍺摻雜濃度制備出歐姆接觸性能好的摻鍺碳化硅器件。

2、本發(fā)明采用ti/pt/au結(jié)構(gòu)來形成歐姆接觸，pt/au層可以在高溫時有效的鈍化ti層的氧化傾向，且au層在高溫時可以滲透過ti層進(jìn)入sic中，降低接觸電阻，pt層也能在退火過程中維持歐姆接觸性能的穩(wěn)定。

3、本發(fā)明采用電子束蒸發(fā)制備ti/pt/au結(jié)構(gòu)的電極，避免了金屬膜與蒸鍍源材料直接接觸容易互混的問題。

4、本發(fā)明快速退火升溫階段分為兩部分，該退火方式可以在保證峰值熱處理溫度的控制精度前提下，提高升溫速率。第一階段的加熱過程升溫速率不大于20℃/秒，然后保持在所述的加熱溫度上，防止在快速退火過程中有氧化物的形成，影響了歐姆接觸性能。第二階段的加熱過程，升溫速率不大于10℃/秒，加熱到最高溫度時進(jìn)行穩(wěn)定過程。第二階段溫度設(shè)定為不大于800℃，以防止形成其他氧化物影響歐姆接觸的形成。

5、本發(fā)明可以采用任何熱源，不需要對快速退火設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改變，簡單易操作，降低了成本。本發(fā)明整個電極制備過程環(huán)保，無污染。

附圖說明

圖1是本發(fā)明制備的摻鍺碳化硅上金屬電極示意圖。其中，1、摻鍺碳化硅晶片，2、ti金屬層，3、pt金屬層，4、au金屬層。

圖2是實施例1的樣品在退火過程中的溫度與時間示意圖。

圖3是實施例1中，通過霍爾測試測得摻鍺碳化硅鍺元素濃度為10¹⁹atoms/cm³電極樣品的伏安特性曲線示意圖。

圖4是實施例2中，通過霍爾測試測得摻鍺碳化硅鍺元素濃度為10¹⁸atoms/cm³電極樣品的伏安特性曲線示意圖。

圖5是實施例3中，通過霍爾測試測得摻鍺碳化硅鍺元素濃度為10¹⁷atoms/cm³電極樣品的伏安特性曲線示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。

實施例中所用的摻鍺碳化硅單晶的制備，采用物理氣相傳輸法生長，步驟如下：

在生長爐室內(nèi)的生長坩堝內(nèi)放置碳化硅粉料300g和摻雜劑鍺粉10-20g；將摻雜劑置于坩堝底部，并與碳化硅粉料混合，將碳化硅籽晶固定在坩堝頂部的籽晶座上。在晶體生長過程中向生長氣氛中注入氮氣，氮氣流量為20sccm，生長溫度為2100-2300℃，生長壓力為50-80mbar。生長周期為40-60小時。

根據(jù)以上方法，按以下配比加料，得到不同鍺摻雜濃度的摻鍺碳化硅單晶：

碳化硅粉料300g和摻雜劑鍺粉20g，鍺摻雜濃度為10¹⁹atoms/cm³，用于實施例1；

碳化硅粉料300g和摻雜劑鍺粉15g，鍺摻雜濃度為10¹⁸atoms/cm³，用于實施例2；

碳化硅粉料300g和摻雜劑鍺粉10g，鍺摻雜濃度為10¹⁷atoms/cm³，用于實施例3。

將生長得到的晶錠進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的切割、研磨和拋光后得到10×10mm²的摻鍺碳化硅晶片。

實施例1、一種摻鍺碳化硅歐姆接觸形成方法，包括：

(1)提供鍺摻雜濃度為10¹⁹atoms/cm³量級的的摻鍺碳化硅晶片，用電子束蒸發(fā)法制備1×1mm²的鈦鉑金電極，其中ti、pt、au金屬層的厚度分別為70nm、60nm和650nm。得到摻鍺碳化硅電極樣品。電極結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

(2)升溫階段，將樣品放入快速退火爐(rtp)中，進(jìn)行快速熱退火，快速升溫階段分為兩個階段，第一階段：按16℃/秒的升溫速率將溫度升高到400℃，持續(xù)保溫4分鐘。第二階段：按8℃/秒的升溫速率將溫度升高到700℃，持續(xù)保溫7.5分鐘?？焖偻嘶鹧b置的加熱面為腔體內(nèi)四周，升溫的同時充入保護(hù)氣體氬氣。

(3)降溫階段，按降溫速率15℃/秒進(jìn)行降溫，使摻鍺碳化硅歐姆接觸樣品由最高溫度降至室溫。取出樣品。

實施例1的樣品在退火過程中的溫度與時間示意圖如圖2。在該實施例條件下制備的摻鍺碳化硅電極樣品經(jīng)過hall測試，測得的伏安特性曲線圖如圖3所示。伏安特性曲線為線性，說明在此制備條件下已形成歐姆接觸。伏安特性曲線的斜率約等于1，說明制備的摻鍺碳化硅電極樣品歐姆接觸效果非常好。

實施例2

一種摻鍺碳化硅歐姆接觸形成方法，包括：

提供鍺摻雜濃度為10¹⁸atoms/cm³量級的的摻鍺碳化硅晶片，用電子束蒸發(fā)法制備1×1mm²的鈦鉑金電極，其中ti、pt、au金屬層的厚度分別為80nm、70nm和700nm。得到摻鍺碳化硅電極樣品。電極結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

升溫階段，將樣品放入快速退火爐(rtp)中，進(jìn)行快速熱退火，快速升溫階段分為兩個階段。第一階段按18℃/秒的升溫速率將溫度升高到500℃，持續(xù)保溫5分鐘。第二階段：按9℃/秒的升溫速率將溫度升為800℃，持續(xù)保溫10分鐘?？焖偻嘶馉t的加熱面為腔體內(nèi)四周，加熱同時充入保護(hù)氣體氬氣。

降溫階段：按降溫速率20℃/秒進(jìn)行降溫，使摻鍺碳化硅歐姆接觸樣品由最高退火溫度降至室溫。取出樣品。

在該實施例條件下制備的摻鍺碳化硅電極樣品經(jīng)過hall測試，測得的伏安特性曲線圖如圖4所示。伏安特性曲線為線性，說明在此制備條件下已形成歐姆接觸。伏安特性曲線的斜率約等于0.8。

實施例3

一種摻鍺碳化硅歐姆接觸形成方法，包括：

(1)提供鍺摻雜濃度為10¹⁷atoms/cm³量級的的摻鍺碳化硅晶片，用電子束蒸發(fā)法制備1×1mm²的鈦鉑金電極，其中ti、pt、au金屬層的厚度分別為60nm、50nm和600nm。得到摻鍺碳化硅電極樣品。電極結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

(2)升溫階段，將樣品放入快速退火爐(rtp)中，進(jìn)行快速熱退火，快速升溫階段分為兩個階段。第一階段按14℃/秒的升溫速率將溫度升高到300℃，持續(xù)保溫3分鐘。第二階段按6℃/秒的升溫速率將溫度升為600℃，持續(xù)保溫5分鐘?？焖偻嘶馉t的加熱面為腔體四周，加熱同時充入保護(hù)氣體氬氣。

(3)降溫階段，按降溫速率10℃/秒進(jìn)行降溫，使摻鍺碳化硅歐姆接觸樣品由最高溫度降至室溫。取出樣品。

在該實施例條件下制備的摻鍺碳化硅電極樣品經(jīng)過hall測試，測得的伏安特性曲線圖如圖5所示。伏安特性曲線為線性，說明在此制備條件下已形成歐姆接觸。伏安特性曲線的斜率約等于0.5。

以上實施例中所述的制備摻鍺碳化硅電極如附圖1所示，鈦鉑金3種金屬按順序依次通過電子束蒸發(fā)法生長在摻鍺碳化硅晶片上。附圖2為實施例1的樣品在退火過程中的溫度與時間示意圖，此退火過程為所有實施例中的形成歐姆接觸效果最佳的退火條件。鍺濃度每升高一個量級的電極樣品，形成的歐姆接觸曲線的斜率會隨之升高，歐姆接觸效果有顯著的提高。因此，采用本發(fā)明方法可以成功的制備出高摻鍺濃度且歐姆接觸效果較好的碳化硅電極樣品。也可以制備出不同摻鍺濃度的不同歐姆接觸效果的樣品，可滿足不同應(yīng)用需要。