专利名称：：P型碳化硅器件及提高其欧姆接触性能的方法
技术领域：
：本发明涉及一种半导体制作工艺，尤其涉及一种P型碳化硅器件及提高其欧姆接触性能的方法。
背景技术：
：P型碳化硅器件是常用的半导体器件。如图la所示，目前通常的针对P型碳化硅器件，解决其欧姆接触的方法是，先用Al金属直接作为接触材料，淀积在所制备的P型碳化硅基板上，通过调节合金温度等，获得不同退火条件下Al/SiC/Si样品，但Al与P型碳化硅的接触势垒较高。现有技术中，解决的主要办法是寻找一种合适的金属，使其与P型碳化硅接触时的势垒较低。上述现有技术至少存在以下缺点由于金属与P型碳化硅的接触势垒本身较高，很难找到一种与P型碳化硅接触时的势垒较低的金属。
发明内容本发明的目的是提供一种欧姆接触性能较好的P型碳化硅器件及提高其欧姆接触性能的方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明的P型碳化硅器件，包括硅基层、P型碳化硅层，所述P型碳化硅层的上方设有金属层，所述的P型碳化硅层与金属层之间设有多晶硅层。本发明的提高上述的P型碳化硅器件欧姆接触性能的方法，包括步骤首先，对包括硅基层和P型碳化硅层的基板进行清洗；然后，在所述P型碳化硅层上淀积多晶硅层；之后，在所述多晶硅层上进行金属层淀积。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的P型碳化硅器件及提高其欧姆接触性能的方法，由于在P型碳化硅层与金属层之间设有多晶硅层，能使P型碳化硅器件具有较好的欧姆接触性能。图la为现有技术中样品A的P型碳化硅器件的结构示意图；图lb为本发明中样品B的P型碳化硅器件的结构示意图；图2为本发明的具体实施例中测量P型碳化硅器件欧姆接触的TLM结构版图；图3为现有技术中p-pSi-SiC异质结的平衡能带图；图4为本发明中p-pSiC多晶硅异质结的平衡能带图；图5a为用TLM方法测量现有技术中样品A不同接触间距的I_V特性曲线；图5b为用TLM方法测量本发明中样品B不同接触间距的I_V特性曲线。具体实施例方式本发明的P型碳化硅器件，其较佳的具体实施方式如图lb所示，包括硅基层、P型碳化硅层，P型碳化硅层的上方设有金属层，在P型碳化硅层与金属层之间设有多晶硅层。多晶硅层可以为重参杂多晶硅层或其它的过渡层。金属层可以包括铝或其它的金属或合金。本发明中，考虑到P-SiC之所以不能很好地与Al形成欧姆接触的主要原因，在金属与P-SiC之间，加一个碳化硅过渡层，这个过渡层既不能影响载流子的运动，同时有降低与金属接触势垒的作用。用Al/多晶硅复合层结构作为P型SiC外延层，提高其欧姆接触性能。本发明的提高上述述的P型碳化硅器件欧姆接触性能的方法，其较佳的具体实施方式是，包括步骤首先，对包括硅基层和P型碳化硅层的基板进行清洗；然后，在所述P型碳化硅层上淀积多晶硅层；之后，在所述多晶硅层上进行金属层淀积。其中淀积多晶硅层的工艺条件可以包括用LPCVD(低压化学气相淀积)法淀积，SiH4的流量为3sccm;掺杂气体为B2H6，流量为1.25sccm;生长压力为110Torr;以H2作为载气，流量为3000sccm;反应室温度为625"。多晶硅的厚度可以为100nm，也可以选用其它的厚度。金属层淀积的步骤可以包括蒸镀A1、涂胶、光刻等。Al金属层淀积后可以包括三步退火工艺；所述三步退火工艺的退火温度分别为45(TC、60(TC、71(rC，退火时间分别为10分钟、10分钟、8分钟，退火时的保护气体为N2。Al金属层的厚度可以为2iim.对基板进行清洗的步骤可以包括首先，把所述基板依次在无水乙醇、丙酮、三氯乙烯、丙酮、无水乙醇有机溶剂中煮沸，之后用水进行冲洗；然后，在质量比为朋4011:h2o2:h2o=i:i:5的溶液中煮沸5分钟，之后用水进行冲洗；之后，在质量比为HCL:H202:H20=1:1:5溶液中煮沸5分钟，之后用水进行冲洗；最后，进行烘干。下面通过具体实施例对本发明的具体的实现工艺、测量结果和工作原理进行详细介绍，并对同样退火条件下的两种Al/P-SiC样品的欧姆接触特性进行对比分析4在制备接触电极之前，先清洗样品，步骤如下1)把样品依次在无水乙醇_丙酮_三氯乙烯_丙酮_无水乙醇有机溶剂中煮沸，之后用水冲洗干净。2)在比例为朋4011:h2o2:h2o=i:i:5溶液中煮沸5分钟，之后用水冲洗干净。3)在比例为HCL:H202:H20=1:1:5溶液中煮沸5分钟，用水冲洗干净，然后烘干。Hall测量SiC外延层载流子浓度为p=1.33X1017cm-3。为进行对比性实验，在制备欧姆接触时，分成两部分。样品A只蒸镀金属Al(图la中所示，为现有技术中的结构)，而样品B(图lb中所示，为本发明的结构)先淀积一层多晶硅，然后再执行与样品A相同的铝淀积工艺。淀积多晶硅的实验条件如下用LPCVD法，SiH4的流量为3sccm，掺杂气体为B2H6，流量为1.25sccm，生长压力为110Torr，以H2作为载气，流量为3000sccm，反应室温度为625t:，生长完成后多晶硅的厚度估计为100nm。两组样品的金属A1电极的制备采取相同的工艺，采用蒸Al-涂胶-光刻的步骤进行；A1电极的厚度为2iim，退火温度分别为450、600、71(TC，退火时间分别为10、10、8分钟，退火时保护气体为^。原理分析碳原子中电子的三种杂化状态sp1、sp2和邓3，在CVD过程中主要竞争发生在碳的邓2和邓3杂化态之间。在碳化硅的晶格结构里，邓3碳原子与其相邻的四个碳原子形成四面体配位且很强的共价键，彼此之间的键角均为109028，。每个四面体与四个其它的四面体结合在一起，形成很强且统一的三维全共价键晶体结构，其键长为0.154nm，键能为711kJ/mol。通常CVD碳化硅膜的生长过程一般表现为几个不同的阶段(i)潜伏期或孵化期；(ii)在衬底表面三维晶体的成核；(iii)表面成核停止，单个晶体开始三维生长；(iv)单个晶体晶面取向的形成和聚集，以及连续膜的形成；(v)连续膜的生长.在成核开始之前，孵化期可能需要几分钟到数小时，这取决于衬底材料、表面预处理和沉积参数.在成核过程中形成的分离的晶核或微晶呈现出球状，随着时间的增加，成核密度增加到一定值时，表面成核便停止，分离的晶体同相生长，当这些分离的晶体聚结在一起时，便形成了连续膜。以上这些现象，特别是成核和早期生长阶段，对薄膜特性、形貌、均匀性、缺陷的形成、粘附性和可涂敷的衬底材料类型都起着至关重要的作用。例如，表面成核密度的增加可能会减小碳化硅膜的形貌不稳定性和表面粗糙度，高的表面成核密度同样也会改善膜的均匀性和减小衬底与涂敷表面之间缺陷的形成，进而提高膜与衬底的粘附性。对本系统而言，为了保证一定的成核密度，可以认为，表面碳浓度的饱和是保证碳化硅薄膜质量的必要条件。通过实验用TLM(transferlengthmeasurement)方法测量欧姆接触电阻。TLM结构如图2所示，先制备成如图1所示的模板，接触电极的面积为100iimX150iim，接触电极的间距从左至右依次为5、10、15、20、25、30和35ym。实验结果分析采用探针测试法在显微镜下测量了所制备样品在退火前后的I-V特性曲线。样品A和B结构分别如图la、图lb所示，其中样品A为现有技术中通用的结构，而本发明中提出的结构如样品B所示，在金属和碳化硅之间加了一层多晶硅对于图la所示的样品A，p-SiC禁带宽度为3eV，淀积到单晶硅衬底上时，在理想情况下认为形成了突变同型异质结，禁带宽度较大的p-SiC—侧的费米能级要比禁带宽度小的Si—侧的费米能级低，所以空穴从SiC—侧流向Si的一边。这样，Si的一侧出现空穴的积累；同时，因为Si衬底是高掺杂，在SiC和Si相接触后，也有从Si向SiC—侧流动的扩散电流。两种电流共同作用的结果，近似认为两侧的空穴浓度维持不变，则平衡后其能带图如图3所示。可以看出，p-pSi-SiC异质结对多子的传输没有带来明显的阻碍，对样品A，决定其导电性能的主要因素是Al/SiC金-半接触势垒和Si/SiC界面等。在理想情况下，p-pSi-SiC异质结对导电影响不大，但实际淀积SiC材料时，不同材料接触时的晶格畸变等带来的应力会对载流子的输运产生影响；实际中，通过退火等可以消除掉一些。表l给出了不同退火条件下Si/SiC的应力情况。表i在不同退火温度下薄膜的应力(其中负号表示压应力，正号表示张应力)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>从表1中的测量结果可以看出，薄膜的应力通过一定温度下的退火可以减小甚至消失；同时整个样品的应力随退火温度的升高会由压应力向张应力方向转化，应力随退火温度的变化可看做是碳化硅薄膜在退火时再结晶等过程的反映。所以，通过退火可以把Si/SiC界面对样品导电性能的影响降低；相比较而言，Al/SiC金半接触势垒的存在是影响样品A导电性能的主要因素。因为SiC的禁带宽度较宽，而且所生长的p型SiC的掺杂浓度又不高，所以，Al/SiC形成的是肖特基势垒，样品A没能形成欧姆接触。对于图lb所示的样品B，在p-SiC和金属Al之间，加了一薄层多晶硅，影响其导电性能的因素要比样品A显得复杂，主要有金属/多晶硅接触、SiC/Si界面、SiC/多晶硅界面等。对于SiC/Si界面，其由于晶格畸变等带来的影响同样可以采用与样品A—致的方法消除；对于SiC/多晶硅，通过C-V测试证实在碳化硅上淀积多晶硅所构成的结构可以表现出理想的半导体结特性。在多晶硅重掺杂时，其能带可近似认为是连续的，总体说来，p-pSiC-多晶硅的能带图如图4所示。从图4可以看出，对电子来说，仍然存在较大的势垒，但是对于空穴，情况就完全不同了。由于接触两边都是P型掺杂，能带的偏移主要在电子一侧，此时，空穴在电场作用下，可以非常容易地从碳化硅一侧漂移到多晶硅侧，可以认为SiC/多晶硅对载流子运动的阻碍作用很小；在碳化硅表面淀积多晶硅，由于碳化硅、多晶硅性质相对都比较稳定，所以，其界面发生反应的可能较小，碳化硅/多晶硅界面较稳定；另外，由于多晶硅重掺杂，且多晶硅晶界密度非常高，容易和A1形成欧姆接触，降低了金-半接触势垒，所以，此时，在多加一薄层多晶硅的情况下，空穴的运动受到的阻碍比样品A的结构小的多，在I-V特性上，样品B表现出较低的电阻。在60(TC下退火10分钟后样品A、B的I-V特性曲线分别如图5a、图5b所示，接触间距分别为5、10、15、20、25、30和35ym。样品A呈现出不规则变化，而样品B的I-V曲线呈线性，表明为欧姆接触。根据所测的i-v关系可看出，接触电阻随着间距的增加而增大。从以上实验结果可以看出，在单晶硅表面生长的p-SiC表面直接淀积金属Al，不易形成理想的欧姆接触，而同样条件下，在SiC与Al之间加了一层高掺杂的p型多晶硅薄膜作为过渡层，获得了理想的欧姆接触。本发明针对硅上外延中等掺杂p型3C-SiC薄膜的欧姆接触特性，通过对比性实验和实际测量表明在外延碳化硅上先采用LPCVD法淀积一层重掺杂多晶硅，再淀积金属Al的方法，可以获得较理想的欧姆接触特性。测得Al-多晶硅/p-SiC欧姆接触的特征电阻率为Pc=3.5X10-4Qcm2，比相同工艺下未加多晶硅的条件下，特征电阻率降低近50倍。用Al/多晶硅复合结构作为外延生长p型碳化硅层的欧姆接触，一方面多晶硅与碳化硅接触界面稳定，可以克服界面态对外延生长薄膜材料的影响；同时多晶硅材料其能带偏移量等可以通过掺杂等工艺调节，可适合于不同导电类型和电导率碳化硅的要求，具有普适性；并且用Al/多晶硅材料工艺成熟，适合工业上的深入开发和大规模生产。所以说，用Al-多晶硅复合层结构可以在p型3C-SiC薄膜上实现较理想的欧姆接触。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
技术领域：
的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。权利要求一种P型碳化硅器件，包括硅基层、P型碳化硅层，所述P型碳化硅层的上方设有金属层，其特征在于，所述的P型碳化硅层与金属层之间设有多晶硅层。2.根据权利要求1所述的P型碳化硅器件，其特征在于，所述的多晶硅层为重参杂多晶硅层。3.根据权利要求1所述的P型碳化硅，其特征在于，所述的金属层包括铝。4.一种提高权利要求1、2或3所述的P型碳化硅器件欧姆接触性能的方法，其特征在于，包括步骤首先，对包括硅基层和P型碳化硅层的基板进行清洗；然后，在所述P型碳化硅层上淀积多晶硅层；之后，在所述多晶硅层上进行金属层淀积。5.根据权利要求4所述的提高P型碳化硅器件欧姆接触性能的方法，其特征在于，所述淀积多晶硅层的工艺条件包括用LPCVD法淀积，SiH4的流量为3sccm;掺杂气体为B^e，流量为1.25sccm;生长压力为110Torr;以H2作为载气，流量为3000sccm;反应室温度为625°C。6.根据权利要求5所述的提高P型碳化硅器件欧姆接触性能的方法，其特征在于，所述多晶硅的厚度为lOOnm。7.根据权利要求4所述的提高P型碳化硅器件欧姆接触性能的方法，其特征在于，所述金属层淀积的步骤包括蒸镀A1、涂胶、光刻。8.根据权利要求7所述的提高P型碳化硅器件欧姆接触性能的方法，其特征在于，所述Al金属层淀积后包括三步退火工艺；所述三步退火工艺的退火温度分别为45(TC、60(TC、71(rC，退火时间分别为10分钟、10分钟、8分钟，退火时的保护气体为N2。9.根据权利要求8所述的提高P型碳化硅器件欧姆接触性能的方法，其特征在于，所述Al金属层的厚度为2iim。10.根据权利要求4所述的提高P型碳化硅欧姆接触性能的方法，其特征在于，所述的对基板进行清洗的步骤包括首先，把所述基板依次在无水乙醇、丙酮、三氯乙烯、丙酮、无水乙醇有机溶剂中煮沸，之后用水进行冲洗；然后，在质量比为M^OH:H202:H20=1:1:5的溶液中煮沸5分钟，之后用水进行冲洗；之后，在质量比为HCL:H202:H20=1:1:5的溶液中煮沸5分钟，之后用水进行冲洗；最后，进行烘干。全文摘要本发明公开了一种P型碳化硅器件及提高其欧姆接触性能的方法，在P型碳化硅器件的P型碳化硅层与金属层之间设有多晶硅层，在P型碳化硅层上先采用LPCVD法淀积一层重掺杂多晶硅，再淀积金属Al的方法，用Al/多晶硅复合结构作为外延生长P型碳化硅层的欧姆接触，能使P型碳化硅器件具有较好的欧姆接触性能。多晶硅与碳化硅接触界面稳定，可以克服界面态对外延生长薄膜材料的影响；同时多晶硅材料其能带偏移量等可以通过掺杂等工艺调节，可适合于不同导电类型和电导率碳化硅的要求，具有普适性；并且Al/多晶硅材料工艺成熟，适合工业上的深入开发和大规模生产。文档编号H01L23/482GK101777544SQ20101003392公开日2010年7月14日申请日期2010年1月6日优先权日2010年1月6日发明者姜岩峰申请人:北方工业大学