碳化硅半導(dǎo)體器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種碳化娃半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002] 美國(guó)專利No. 7, 547, 578公開了一種技術(shù)，其中在制造碳化娃（SiC)半導(dǎo)體器件的 工藝過(guò)程中，通過(guò)研磨、拋光或蝕刻SiC襯底的背表面來(lái)減薄SiC襯底且隨后在研磨的表面 上形成背側(cè)電極。同時(shí)，日本專利公布No. 2011-171551公開了一種主要由儀（Ni)構(gòu)成的 背側(cè)電極。
[0003] 運(yùn)種背側(cè)電極在預(yù)定溫度下加熱時(shí)與SiC襯底歐姆接觸。運(yùn)時(shí)，認(rèn)為SiC中的 碳（C)會(huì)擴(kuò)散進(jìn)電極（參見(jiàn) L.化Ica即0 等人，"Effects of annealing temperature on the degree of inhomogeneity of nickel-si Iicide/SiC Schottky b曰rrier"，Journ曰I of Applied Physics,98,023713(2005) ;doi:10. 1063/1. 1978969，W 及 E. Kurimoto 等 人，"Raman study on the Ni/SiC interface reaction"，Journal of Applied Physics， 91,10215 (2002) ；doi:10. 1063/1. 1473226)〇

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 美國(guó)專利No. 7, 547, 578 W及日本專利公布No. 2011-171551公開了激光退火作為 使背側(cè)電極和SiC襯底彼此歐姆接觸的手段。而且，運(yùn)些文獻(xiàn)公開了適用的激光福照條件、 溫度條件等。
[0005] 但是，由于電極形成之前的預(yù)處理?xiàng)l件差異、激光施加表面的不均勻性差異或不 同的電極形成條件等，激光施加表面中的能量吸收每次都在改變。而且，激光退火與常規(guī)的 燈退火等相比，會(huì)提供短時(shí)間的局部加熱，因此不容易精確地測(cè)量加熱部分的溫度。因此， 僅通過(guò)簡(jiǎn)單的定義運(yùn)些條件，難W借助激光退火形成具有良好重復(fù)性的低電阻的歐姆電 極。
[0006] L. Calcagno等人建議在歐姆退火過(guò)程中，電極的金屬元素（例如Ni)與SiC反應(yīng) W形成娃化物，且C從SiC中分離并擴(kuò)散進(jìn)入電極。而且，E. Kurimoto等人報(bào)導(dǎo)擴(kuò)散的C形 成團(tuán)簇（W下也稱為"碳團(tuán)簇"或"C團(tuán)簇"）。
[0007] 但是，本發(fā)明人已經(jīng)全面檢驗(yàn)了激光退火之后的電極界面，并且發(fā)現(xiàn)借助激光退 火，從SiC分離的C不會(huì)擴(kuò)散進(jìn)電極且可能停留在SiC襯底和電極之間的界面處，并且小C 團(tuán)簇在界面處聚集成層，因此造成增大的接觸電阻。
[0008] 鑒于運(yùn)種當(dāng)前情況，其目的是提供一種使碳化娃半導(dǎo)體層和歐姆電極之間具有低 接觸電阻的碳化娃半導(dǎo)體器件。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的碳化娃半導(dǎo)體器件包括：碳化娃半導(dǎo)體層；W及與碳化 娃半導(dǎo)體層接觸的電極層。電極層的至少一部分包含碳。在電極層的厚度方向上的一個(gè)截 面中，該電極層在厚度方向上被二等分，W獲得面對(duì)碳化娃半導(dǎo)體層的第一區(qū)域W及與碳 化娃半導(dǎo)體層相反的第二區(qū)域的情況下，第一區(qū)域中包含碳的碳部分的面積比第二區(qū)域中 的碳部分的面積寬。在電極層的厚度方向上的一個(gè)截面中，在位于距碳化娃半導(dǎo)體層和電 極層之間的界面直到300nm的界面區(qū)域處，碳部分包括多個(gè)部分，所述多個(gè)部分被設(shè)置成 在該多個(gè)部分之間插入有間隔，并且由碳部分占據(jù)的面積的比率不大于40%。
[0010] 當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)，將使本發(fā)明的上述和其他目的、特征、方面W及優(yōu)點(diǎn)從本發(fā)明的W 下詳細(xì)說(shuō)明中更加顯而易見(jiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的碳化娃半導(dǎo)體器件的構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例的截 面示意圖。
[0012] 圖2是示出碳化娃半導(dǎo)體層和電極層之間界面的構(gòu)造的一個(gè)實(shí)例的局部截面示 意圖。
[0013] 圖3是示出碳化娃半導(dǎo)體層和電極層之間界面的構(gòu)造的另一實(shí)例的局部截面示 意圖。
[0014] 圖4示出顯示樣本1中的碳化娃半導(dǎo)體層和電極層之間的界面的HAADF圖像。
[0015] 圖5示出圖4的界面區(qū)域中的亮度的頻率分布。
[0016] 圖6示出圖4中的Si的元素分布像（element mapping)。
[0017] 圖7示出圖4中的Ni的元素分布像。
[001引圖8示出圖4中的C的元素分布像。
[0019] 圖9示出顯示樣本2中的碳化娃半導(dǎo)體層和電極層之間的界面的HAADF圖像。
[0020] 圖10示出圖9的界面區(qū)域中的亮度的頻率分布。
[0021] 圖11示出圖9中的Si的元素分布像。
[0022] 圖12示出圖9中的Ni的元素分布像。
[0023] 圖13示出圖9中的C的元素分布像。
[0024] 圖14示出顯示樣本3中的碳化娃半導(dǎo)體層和電極層之間的界面的HAADF圖像。 [00巧]圖15示出圖14的界面區(qū)域中的亮度的頻率分布。
[0026] 圖16示出圖14中的Al的元素分布像。
[0027] 圖17示出圖14中的Si的元素分布像。
[0028] 圖18示出圖14中的C的元素分布像。
[0029] 圖19示出顯示樣本4中的碳化娃半導(dǎo)體層和電極層之間的界面的HAADF圖像。
[0030] 圖20示出圖19的界面區(qū)域中的亮度的頻率分布。
[0031] 圖21示出圖19中的Si的元素分布像。
[0032] 圖22示出圖19中的Ni的元素分布像。
[0033] 圖23示出圖19中的C的元素分布像。
[0034] 圖24是用于說(shuō)明樣本1的構(gòu)造的示意圖。
[0035] 圖25是用于說(shuō)明樣本2的構(gòu)造的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] [本發(fā)明的實(shí)施例的說(shuō)明]
[0037] 首先，列舉并說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例。在W下說(shuō)明中，相同或相應(yīng)的元件由相同的參 考符號(hào)指定且不再寶述。
[0038] [1]根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的碳化娃半導(dǎo)體器件包括：碳化娃半導(dǎo)體層100 ; W及 與碳化娃半導(dǎo)體層100接觸的電極層101。電極層101的至少一部分包含碳。在電極層101 的厚度方向上的一個(gè)截面中將電極層101在厚度方向上二等分W獲得面對(duì)碳化娃半導(dǎo)體 層100的第一區(qū)域rl W及與碳化娃半導(dǎo)體層100相反的第二區(qū)域r2的情況下，第一區(qū)域 rl中包含碳的碳部分2的面積比第二區(qū)域r2中的碳部分2的面積寬。在電極層101的厚 度方向上的一個(gè)截面中，在位于距碳化娃半導(dǎo)體層100和電極層101之間的界面直到300nm 的界面區(qū)域IR處，碳部分2包括設(shè)置成其間插入有間隔的多個(gè)部分，且由碳部分2占據(jù)的 面積的比率不大于40%。
[0039] 碳部分代表由碳構(gòu)成并具有可在電極層的厚度方向上的一個(gè)截面中被測(cè)量的面 積的區(qū)域。
[0040] 在上述說(shuō)明中，碳部分2大部分分布在電極層101的厚度方向上的一個(gè)截面中的 SiC半導(dǎo)體層100側(cè)上。但是，碳部分2包括設(shè)置成其間插入有間隔的多個(gè)部分。目P，碳部 分?jǐn)U散而沒(méi)有聚集成層。因此，通過(guò)碳部分2,電極層101和SiC半導(dǎo)體層100可彼此歐姆 接觸。
[0041] 當(dāng)從另一透視圖觀察本發(fā)明時(shí)，碳化娃半導(dǎo)體器件包括：碳化娃半導(dǎo)體層100 ; W 及與碳化娃半導(dǎo)體層100歐姆接觸的電極層101。在碳化娃半導(dǎo)體器件中，碳團(tuán)簇1可包含 在位于距碳化娃半導(dǎo)體層100和電極層101之間的界面直到300nm的界面區(qū)域IR處的電 極層101中。在界面區(qū)域IR中由碳團(tuán)簇1占據(jù)的面積的比率不小于10%且不大于40%。
[0042] 在上述碳化娃半導(dǎo)體器件中，從SiC分離的C包含在電極層101中作為C團(tuán)簇1， 而不是W層的形式聚集。而且，在電極層101的厚度方向上的截面中，由位于距SiC半導(dǎo)體 層100和電極層101之間的界面直到SOOnm的界面區(qū)域IR中的C團(tuán)簇1占據(jù)的面積不小 于10 %且不大于40%。
[004引運(yùn)里，"碳似團(tuán)簇"是指團(tuán)簇形式的碳部分。C團(tuán)簇是由約100個(gè)W上的碳原子構(gòu) 成的聚集體且在電極層101的厚度方向上的截面中具有不小于1且不大于5的縱橫比（較 長(zhǎng)的直徑/較短的直徑）。
[0044] 可W認(rèn)為由C團(tuán)簇1占據(jù)的面積的比率是表示C團(tuán)簇1在電極層101中擴(kuò)散的程 度的指數(shù)。根據(jù)本發(fā)明人的研究，當(dāng)面積的比率小于10%時(shí)，C團(tuán)簇1不充分?jǐn)U散，在SiC半 導(dǎo)體層100和電極層101之間的界面處形成為層形式的聚集體，且分隔開，由此會(huì)妨礙SiC 半導(dǎo)體層100和電極層101之間的歐姆接觸。而且，當(dāng)面積的比率大于40%時(shí)，作為電阻分 量的C團(tuán)簇1在電極層101中過(guò)度分布，由此增加了電極層101的電阻。為此，在上述碳化 娃半導(dǎo)體器件中，由C團(tuán)簇1占據(jù)的面積的比率設(shè)定為在界面區(qū)域IR中不大于40%。
[0045] 運(yùn)里，根據(jù)W下過(guò)程（a)至（d)得到"由C團(tuán)簇1占據(jù)的面積的比率"。而且，W相 同方式得到"由碳部分占據(jù)的面積的比率"。
[0046] (a)首先，從碳化娃半導(dǎo)體器件獲取用于測(cè)量的樣本（將被觀察的部分）。在運(yùn)種 情況下，可從任何位置獲取樣本，但是從至少包括W下=點(diǎn)的所選的五個(gè)點(diǎn)獲取是期望的： 當(dāng)從平面圖觀察時(shí)的電極層101的中央部分；W及在W中央部分置于其間的情況下彼此面 對(duì)的其端部。運(yùn)里，"當(dāng)從平面圖觀察時(shí)"的表述是指當(dāng)在其法線方向觀察電極層101的主 表面時(shí)的視野。
[0047] (b)對(duì)于獲取樣本來(lái)說(shuō)，微采樣駁方法是合適的。目P，采用FIB(聚焦離子束）設(shè) 備，通過(guò)處理該部分的周邊W作為樣本，在該部分上附接探針且切割該部分的底部而獲得 樣本。隨后，與探針一起獲取樣本，通過(guò)FIB隔離探針，且隨后通過(guò)FIB將樣本形成為薄片。
[0048] (C)隨后，在由此獲取的各個(gè)樣本中，利用STEM(掃描透射電子顯微鏡）捕捉電極 層101和SiC