其上有碳化硅功率器件的半导体晶圆的处理方法

专利名称：其上有碳化硅功率器件的半导体晶圆的处理方法
专利说明本申请要求2005年9月16日提交的标题为"其中有碳 化硅功率器件的半导体晶圓以及这样形成的碳化硅功率器件的处理 方法"的美国临时专利申请No.60/718140的权益和优先权，通过引用 将其公开内容如同完整阐述地结合到本文。 10
本发明涉及微电子器件，具体而言，涉及碳化硅功率器件的制作。
背景技术：
基于碳化硅(SiC)的功率半导体器件中的SiC村底的厚 15 度，可能影响在给定电流电平上操作器件所需的正向电压。具体而言， 诸如SiC肖特基二极管、MOSFET、 BJT、 PiN二极管、n沟道IGBT、 闸流管和/或垂直JFET之类的SiC器件的性能和/或操作可能受到厚 SiC衬底的较高电阻的影响。例如，n型4H-SiC衬底可为各器件具有 约1 mohm-cm2的导通电阻率的原因。这可能构成600 V SiC肖特基二 20 极管的导通电阻的约50%和/或30OV SiC肖特基二极管的导通电阻的 约90%。 P型4H-SiC衬底可能对器件的导通电阻增加约50-100 mohm-cm2。因此，在p型SiC村底上开发诸如GTO和n沟道IGBT 之类的垂直器件是不可行的。
目前的SiC器件制作工艺通常采用较厚的(300-400微米) 25衬底。包括后侧欧姆接触层退火在内的制作处理可在衬底上生长的外 延层上进行。由于在欧姆接解层形成后可能存在后续处理步骤，所以 衬底通常厚到足以提供对外延层的充分机械支撑。但是，用作机械支 撑的厚衬底可能会增加器件的电祖和/或热阻。
通过将离子注入在其上形成接触的SiC晶圓的表面，可 在低温/室温下在SiC村底上形,成欧姆接触层。在一些传统方法中，欧 姆接触层可通过将掺杂剂注入SiC晶圆的后侧来形成。但是，如果注 入的掺杂了 SiC的衬底在形成欧姆接触层之前减薄，则掺杂区可能在 5 减薄期间被去除，这会使注入变得多余。因此，为最终形成欧姆接触 层而淀积的金属在淀积到衬底时可能不具有欧姆性质，因为注入可能 在后续步骤进行。例如，美国专利申请序号09/787189以及美国专利 公开No.2002/0179910中论述了用以形成欧姆接触层的离子注入，其 公开内容通过引用完整地结合到本文中。10发明内容
本发明的 一些实施例的形成碳化硅半导体器件的方法 包括在具有第一厚度的碳化硅村底的第一表面形成半导体器件；以 及将承载村底固定到碳化硅村底的第 一表面。承载村底提供对碳化硅15 村底的机械支撑。这些方法还包括将碳化硅衬底减薄到小于第一厚 度的厚度；在与碳化硅衬底的第一表面相对的减薄的碳化,圭衬底上形 成金属层；以及对金属层进行局部退火，以在与碳化硅衬底的第一表 面相对的减薄的碳化磅衬底上形成欧姆接触层。将碳化硅村底分割， 以提供分割为单个的半导体器件。20
将碳化硅衬底减薄的步骤可包括在承载衬底提供对碳化硅衬底的机械支撑的同时，对碳化硅衬底进行磨削和/或研磨。具体 而言，将碳化硅衬底减薄的步骤可包括在承载衬底提供对^ 友化硅衬底 的机械支撑的同时，采用切入进给(in-feed)和/或緩进给(creep feed) 磨床对碳化硅衬底进行磨削。在一些实施例中，将碳化硅村底减薄的25 步骤可包括在承载村底提供对碳化硅衬底的机械支撑的同时，对碳化 》圭村底进行蚀刻。
形成电子器件的步骤可包括在碳化硅衬底的第 一表面 上形成钝化层，将承载衬底固定到碳化硅衬底的第一表面的步骤可包 括将承载村底附着到钝化层上。
对金属层进行局部退火的步骤可包括将所淀积的金属 层局部加热到足以-使该金属层对于碳化硅衬底与笫一表面相对的表 面形成欧姆接触层的某个温度，但该温度低于使承载衬底与碳化硅衬 底分离的温度。具体而言，局部加热所淀积金属层的步骤可包括对所5 淀积的金属层进行激光退火和/或对所淀积的金属层进行电子束退火。激光退火可包括照射具有高于SiC衬底的带隙的光子能量的激光，且 激光退火可包括照射脉冲或连续波激光。
SiC衬底可包括4H SiC和/或6H SiC,激光退火可包括 对所淀积的金属层施加激光。该激光可具有约248纳米到约308纳米 10 的波长。
SiC衬底可包括6H SiC，可用约30纳秒持续时间的单 ^K冲来施加激光。可用约2.8焦耳/cm2的能量来施加激光。
SiC衬底可包括4HSiC，可用多个脉冲来施加激光。例 如，可用各具约30纳秒持续时间的约五个脉冲来施加激光，并且可 15用约4.2焦耳/cm2的能量来施加.激光。
这些方法还包括在欧姆接触层面上形成金属重叠层。金 属重叠层可包括含Ti的粘合层、含Ni和/或Ti/W的阻挡层以及含Ag 和/或Au的接，层。
将衬底减薄的步骤可包括将村底减薄到约120微米或以 20下的厚度。在一些实施例中，将村底减薄的步骤可包括将衬底减薄到 约80微米到约100微,的厚度。
本发明的其它实施例的形成碳化硅半导体器件的方法 包括如下步骤在碳化硅村底的表面形成外延层；在与碳化硅衬底相 对的外延层的第一表面形成半导体器件；以及将承载村底固定到外延 25 层的第一表面。承载衬底可形成对外延层的机械支撑。这些方法还包 括如下步骤去除碳化硅村底，以露出与第一表面相对的外延层的第 二表面；在外延层的第二表面上形成金属层；对该金属层进行局部退 火，以在外延层的第二表面上形成欧姆接触层；以及将该外延层与承 载村底分离。
去除碳化硅衬底的步骤可包括在承载衬底形成对外延 层的机械支撑的同时，对碳化硅衬点进行磨削和/或研磨。具体而言， 去除碳化硅衬底的步骤可包括在承载衬底形成对外延层的机械支撑 的同时，用切入进给和/或緩进给磨床对碳化硅村底进行磨削。在一些 5 实施例中，去除碳化硅衬底的步骤可包括在承载村底形成对外延层的机械支撑的同时，对^^化/圭衬底进行蚀刻。
形成电子器件的步骤可包括在外延层的第 一表面形成 钝化层，将承载村底固定到外延层的第 一表面的步骤可包括将承载衬 底附着到钝化层上。10
对金属层进行局部退火的步骤可包括将所淀积的金属层局部加热到足以使金属层对于碳化硅衬底与第一表面相对的表面 形成欧姆接触层的某个温度，但该温度低于承载村底与外延层分离的 温度。
本发明的其它实施例的形成碳化硅半导体器件的方法 15 包括如下步骤在具有大于约300微米的笫一厚度的碳化硅衬底的第 一表面形成半导体器件；以.及将承载村底固定到碳化硅村底的第 一表 面。该承载衬底提供对碳化硅衬底的机械支撑。这些方法还包括如下 步骤将碳化硅衬底减薄到小于约150微米的厚度；以及在与减薄的 碳化硅衬底的第 一表面相对的减薄妁碳化硅衬底上形成欧姆接触层。 20
形成欧姆接触层的步骤可包括在与碳化硅村底的笫一表面相对的减薄的碳化硅衬底上形成金属层；以及对金属层进行局部 退火，以在与碳化硅衬底的第一表面相对的减薄的碳化硅衬底上形成 欧姆接触层。
对金属层进行局部退火的步骤可包括将所淀积的金属 25 层局部加热到可足以使金属层对于碳化硅衬底与笫一表面相对的表 面形成欧姆接触层的某个温度，但该温度低于承载衬底与碳化硅衬底 分离的温度。
局部加热所淀积金属层的步骤可包括对所淀积的金属 层进行激光退火和/或用电子束照射金属层。


本申请包含用以进一步理解本发明的附图，

本 发明的某些实施例，作为其组成部分结合到本申请中。附图包括 5
图1A 1F是截面图，说明本发明的一些实施例的处理半导体晶圓的方法；
图2A 2D是截面图，说明本发明的一些实施例的处理 半导体晶圆的方法；
图3A 3J是截面图，说明本发明的一些实施例的处理 10半导体晶圆的方法；以及
图4是传统SiC肖特基器件以及本发明的一些实施例的 形成的SiC肖特基器件的电流对电压的曲线图。
具体实施方式
15
现在参照附图更全面地描述本发明，附图中表示本发明的实施例。但是，本发明不应当理解为限制于本文所述的实施例。提 供这些实施例是为了使本公开全面和完整，对本领域的技术人员全面 传达本发明的范围。附图中，为了清楚而放大了层和区域的厚度。类 同的标记始终表示类同的部分。文中用"和/或"表示包括关联列举项目20 的一个或多个的任何或全部组令。
本文所使用的术语仅用于描述具体实施例，而不是要限 制本发明。本文所使用的单数形式"一个(a、 an)，，和"该(the)"也用 来包含复数形式，除非上下文明确说明。还要理解，在本说明中使用 时，术语"包括(comprises和/或comprising)"表示存在所述特征、整25数、步骤、操作、部分和/或组件；但并不排除存在或添加一个或多个 其它特征、整数、步骤、操作、部分、组件和/或上述各项的组群。
不难理解.，，当例如层、区或村底等部分^皮说成"在另一 个部分上"或者"延伸到另一部分上"时，它可直接处于或者直接延伸到 另外的部分上，或者也可存在中介的部分。相反，当某个部分被说成是"直接在另 一个部分上"或者"直接延伸到另 一部分上，，时，则不存在 中介部分。还要理解，当某个部分说成是"连接到"或"结合到"另一部 分时，它可直接连接或结合到另外的部分，或者可存在中介部分。相 反，当某个部分说成是"直接连接到"或者"直接结合到"另 一部分时， 5 则不存在中介部分。在整个说明'中，类同的标记表示类同的部分。
参照示意说明本发明的理想化实施例的截面图(和/或平 面图)来描述本发明的实施例。因此，例如由于制造工艺和/或公差引 起的与图示的偏差是可能发生的。因此，本发明的实施例不应理解为 限制到本文所示的区域的具体形状，而是将包括例如由制造引起的形 10 状偏差。例如，表示为或描述为矩形的蚀刻区域通常具有圓形或弯曲特征。因此，图中所示的区域实际上是示意的，并且它们的形状不是 要说明器件的区域的准确形状，也不是要限制本发明的范围。
除非另有说明，本文所用的所有术语(包括科技术语)都 具有与本发明所属领域的技术人员普遍理解的同样的含义。还会理相干领域的上下文中的含义相一致的含义，并且不会以理想化或过分 正式意义来理解，除非文中有明确定义。本领域的技术人员还会理解， 某个结构或特征与另一个特征"相邻"固定的说法可具有位于该相邻特 征之下或与其重叠的部分。20
以下，参照半导体层和/或区来描述本发明的一些实施例，这些半导体层和/或区的特征在于具有诸如n型或p型之类的导电 型，它表示层和/或区中的多数截流子浓度。因此，n型材料具有带负 电荷的电子的多数平衡浓度，而p型材料则具有带正电荷的空穴的多 数平衡浓度。某种材料可采用"+"或"-"来表示(如n+、 n-、 p+、 p-、25 n++、 n- - 、.p++、 p等那样)，以奉明与另一个层或区相比的多数截 流子的较大("+")或较小("-")浓度。但是，这种表示不意味着在层或 区中存在多数或少数截流子的特定浓度。
本文所用的术语"欧姆"l妻触层，，表示具有与其关3f关的阻抗 的才矣触，实质上在所有预计工作频率上，阻抗实质上由阻抗-V/I的关系来给出(即，与欧姆接触层关联的阻抗实质上在所有工作频率上相 同)，其中V是接触层两端的电压，I是电流。例如，在本发明的一些实施例中，欧姆接触层可能具有小于约l(T3 ohm-cm2,在一些实施例 具有小于约l(T4 ohm-6n^的接触电阻率的接触。 5
如本文详细描述，本发明的实施例可才是供通过例如^v晶圓后侧来处理晶圓，以减少其中形成了碳化硅半导体器件的碳化硅晶 圆的厚度，来处理半导体器件的半导体晶圆的方法。半导体晶圆一般 具有两个平行的主表面。本文所巧的术语晶圆的"后侧"意指与晶圆上 形成了 一个或多个半导体器件的表面相对的晶圓的主表面。10
如图1A所示，晶圓(即衬底)100通常可具有约300微米至约400微米的厚度(tl)。多个半导体器件110在与晶圓100的后侧 103相对的晶圆100的前侧102上形成。不难理解，多个半导体器件 110可为碳化硅功率,导体器件，例如PIN二极管、MOSFET、 IGBT 等。半导体器件110可包括在晶圆100的前侧102形成的一个或多个15 碳化硅外延层/区。例如可通过外延生长和/或通过离子注入来形成该 等层/区。器件110可包括具有用于双极动作的p-n结的激活区。在本 发明的一些实施例中，器件110可包括不包含p-n结的多数截流子器 件、如肖特基二极管。 '，
在本发明的一些实施例中，晶圆和/或关联的外延层包括20 4H、 6H、 15R或3C多型的碳化硅，或者包括本领域的技术人员已知 的另一种材料，例、,口硅、砷化镓、氮化镓、氮化铝、氮化铝镓、氧化 镁(MgO)、铝酸镁(MgAl204)、镓酸锂(LiGa02)、铝酸锂(LiA102)、氧 化锌(ZnO)、铝酸镍(NiAl^)4)和/或蓝宝石。虽然器件110在图1A中 表示为包括台面，但是不难理解，这些器件可不包括台面，必要时的25 器件隔离可通过例如结隔离、沟槽隔离和/或注入隔离等其它方法来实 现。
器件110可包括例如基于碳化硅的功率半导体器件，例 如SiC肖特基二极管、MOSFET、 BJT、 PiN二极管、n沟道IGBT、 闸流管和/或垂直JFET。器件110还可包括p型衬底上的基于碳化硅的GTO以及n沟道IGBT。器件110也可包括其它类型的器件，因此， 前面列出各器件不是为了限制。
图1A还说明在其上固定了粘合表面120的承载衬底 105。粘合表面120可包括例如蜡和/或胶带。图1A中的箭头表明， 5 使晶圓100(包括器件110)的前侧102与承载衬底105上的粘合表面 120接触。承载村底105可包括能够在后续处理步骤中对包括其上的 器件110在内的晶圆100提供机械支撑的任何适当的材料。承载衬底 105可包括例如蓝宝石、硅、铝、氧化铝和/或其它任何适当的材料。
如图1B所示，在本发明的一些实施例中，晶圆IOO(包10括多个半导体器件IIO)同承载衬底105经由与多个半导体器件110接 触的粘合层120结合在一起，使得可通过例如将承载村底105装在磨 床(未示出)中以可接近晶圆100的，侧103来进行加工。不难理解， 包括其上的多个半导体器件110的晶圆IOO可利用本领域的技术人员 已知的任何技术、如涂蜡来与承载衬底105结合，粘合层120可贴在15 多个半导体器件110上或贴在承载衬底105上。还会理解，术语"接触" 包括直接接触和间接接触，例如， 一个或多个中介部分(例如以上所述 的粘合层)存在于晶圓100与承载衬底105之间，使得这两个部分可结 合在一起，并且可在晶圆100由承载村底105支撑的同时来处理晶圆 100的后侧103。20
参照图1C的实施,，在本发明的一些实施例中，晶圆100的后侧103被加工，以将晶圆100的厚度减小到小于tl的厚度t2， /人而形成减薄的晶圓100，。
在本发明的一些实施例中，晶圆100的厚度用诸如切入 进给或缓进给磨床等磨床来减薄。在本发明的其它实施例中，晶圆10025 的厚度用带或不带磨削的研磨、化学或反应性离子蚀刻或者这些方法 的组合来减小。在本发明的又一些实施例中，蚀刻可用来处理减薄的 晶圓的后侧，以降低可能由减薄操作而产生的对晶圆的损坏。例如在 以下专利申请中描述了使晶圆减薄的方法共同转让的美国专利申请 序号10/987135，由Slater等人于2004年11月12日提交，标题为"处理其上具有发光器件(LED)的半导体晶圓后侧的方法以及这样形成的LED"("Methods of Processing Semicondutor Wafer Backsides Having Light Emitting Devices (LEDs) There on and LEDs so Formed"); 美国专 利申请序号11/064798，由Edmond等人于2005年2月23日提交，标 5 题为"高亮度抽取LED的衬底去除过程"("Substrate Removal Process for High Light Extraction LEDs");"'美国专利申请序号10/951042,由 Edmond等人于2004年9月22日提交，标题为"高效III族氮化物-碳 化硅发光二极管，，("High Efficiency Group III Nitride-Silicon Carbide Light Emitting Diode");美国专利申请序号11/037965，由Edmond等10 人于2005年1月18日提交，标题为"高输出小面积III族氮化物 LED，，("High Output Small Area Group III Nitride LEDs");这些公开内容 通过引用而结合到本文。
在本发明的一些'宗施例中，将晶圆100减薄到小于约150 微米的厚度。在本发明的其它实施例中，将晶圆100减薄到小于约12015 微米的厚度。在本发明的又一些实、施例中，将晶圆100减薄到从约80 微米到约100微米或以下的厚度。在本发明的一些实施例中，采用切 入进给磨床或緩进给磨床将晶圓100减薄。
—旦后侧103被加工而使晶圓100减到足够薄(得到减薄 的晶圓100，)，例如可通过加热粘合层120从组合件中去除承载衬底20 105,以可移开减薄的晶圆100，及其上的多个半导体器件110，如图 ID所示。在本发明的其它实施例中，可采用适当的溶剂和/或通过将 该结构露出于紫外光，从组合件中去除承载衬底105。例如，可溶解 或熔化粘合层120，以使承载村尿105与晶圓100，分离。
参照图1E的实施例；可采用例如以下专利申请中论述25 的局部退火在晶圆100，的后侧103形成欧姆接触层107:美国专利申 请序号10/916113,标题为"金属-碳化硅欧姆接触层的局部退火以及这 才羊形成的器件，，("Localized Annealing of Metal-Silicon Carbide Ohmic Contacts and Cevices《o Formed"),该案共同转让给本受让人，其^>开 内容通过引用而结合到本文中。不难理解，欧姆接触层可在晶圆100，结合到承载村底105时在减薄的晶圆IOO，上形成。在本发明的一些实 施例中，在从晶圓载具移开晶圆之后，在减薄的晶圆IOO，上形成欧姆 接触层，如图1E所示。可在与欧姆接触层107相对的多个半导体器 件110上形成欧姆接触层和/或焊接区(未示出)。 5
为了形成欧姆接触层107，在SiC村底IOO，的与半导体器件IIO相对的后侧形成金属层。具体而言，可形成为约400埃至约 IIO埃厚度的铂、钛或镍层。
然后采用局部退火技术、如激光退火来对金属层进行退 火。在激光退火中，本文所述的用于对金属-SiC欧姆接触层进行退火10 的激光可为具有足以在金属层与减薄的SiC衬底IOO，的界面上形成金 属硅化物材料的波长和强度的激光。例如，在使用6H SiC作为衬底 的实施例中，可通过牟具有约30纳秒持续时间的单脉冲中、以约2.8 焦耳每平方厘米的能壹来照射具有约248纳米至约308纳米波长的激 光，来进行激光退火。在例如SiC衬底是4H SiC的本发明的其它实15 施例中，激光可具有约248纳冬至约308纳米的波长，并在5个脉冲 中施加的约4.2焦耳每平方厘米的能量，其中各脉沖具有约30纳秒的 持续时间。在本发明的又一些实施例中，其它波长和能量可用于通过 包含高于SiC衬底的带隙的光子能量的光吸收来提供金属层与SiC衬 底的界面部位的退火。不难理解，也可采用脉冲和/或连续的环形激光20 器(loop laser)。
电子束退火可用作激光的备选方案。因此，电子束可用 于对金属层与SiC村底的界面部位进行退火，以在其上形成金属-SiC 材料。
参照图1F的实施例，可通过例如剥落减薄的晶圓100， 25 和/或采用划片机来部分或完全割穿整个晶圆100，使多个半导体器件 110相互分离。例如，可用锯条130来割穿晶圆100，，以分离多个半 导体器件110来进行封装。不难理解，锯条130可割穿整个晶圓100，， 以在分离的多个半导体器件110之间的减薄晶圆100，上形成直边，或 者基本上割穿减薄的晶圆100，，从而可通过沿锯条所形成的划线施加压力，使半导体器件110相互分离。
在本发明的一些实施例中， 一层或多层可在衬底上形成 到某个厚度，以可从这些层整体去除衬底。在一些实施例中，这些层 可包括在衬底上生长的外延层。但是，这些层也可包括注入层。例如， 5在参照图2A-2D的实施例中，在其上形成了一个或多个外延层140的 衬底100可通过粘合层120固定到承载衬底105上，如图2A所示。
如图1A~ 1F的实施例中那样，承载衬底105可包括蓝 宝石、硅、氧化铝或者其它任何适当的材料，而粘合层120则可包括 蜡、胶带或者其它任何适当的粘合材料。为了提供足够的机械稳定性， 10外延层140可生长到至少约3微米至约10微米或以上的厚度。
可采用诸如切入进给或緩进给磨床之类的磨床将衬底 100从外延层140去除。在本发明的其它实施例中，可通过采用带或 不带磨削的研磨、化学或反应性离子蚀刻或者这些方法的组合来去除 晶圆100。磨削或其它减薄处理的选择能力，可使从衬底100到外延 15层140的过渡成为减薄的终止点。
可用例如上述的激光退火，在外延层140上形成欧姆4妄 触层107。欧姆接触层107可在外延层140结合到承载衬底105时在 外延层140上形成，如图2C所示。但是，在本发明的一些实施例中， 可在从承载衬底105移开外延层140之后，在外延层140上形成欧姆 20 4妄触层107。
外延层140然后可从承载村底105移开，并进行切割(例 如釆用划片机130)，以形成分割为单个的器件150,如图2D所示。 在一些实施例中，器件150可用作为对锯切的替代或补充的划裂工艺 (scribe-and-break propess )来分割(即分为单个器件)。 25
本发明的其它实施例如图3A-3J所示，其中说明本发明的一些实施例的肖特基二极管的形成。但是，不难理解，本发明的实 施例的方法可用来制作许多不同类型的功率半导体器件，包括例如 SiCMOSFET、 BJT、 PiN二极管、n沟道IGBT、闸流管和垂直JFET 以及p型村底上的GTO和n沟道IGBT。
参照图3A的实施例，外延层220在衬底210上形成， 村底210可具有约300微米至约400微米的初始厚度。在所示实施例 中，外延层220包括具有从约3 .微米至约10微米厚度的n型碳化硅。 但是，外延层220可具有其它厚度和/或导电类型。外延层220可包括 5 用于所要得到的器件的多个外延层。衬底210可包括任何适当的碳化 硅村底。在一些实施例中，衬底210可包括对(0001)平面离轴8。切割 的n+4H碳化硅衬底。
器件可在外延层220中如下地确定。首先，如图3B所 示，可在外延层220中注入边缘终止区225,以将有效器件区227限10 定在终止区225内。在有效器件区227上形成包括肖特基接触层230 的金属接触层(图3C)。在该结构的表面淀积场钝化层235。在本发明 的一些实施例中，该钝化层可图秉化为将肖特基接触层230露出，如 图3D所示。但是，不难理解，在本发明的一些实施例中，钝化层235 可不^fe图案化，直至下一处理步骤为止，例如在已去除晶圆载具之后。15
现在参照图3E的实施例，晶圓载具250通过粘合层240固定到衬底210的前侧。如上所述，晶圆载具250可包括蓝宝石、硅、 氧化铝或者其它任何适当的材料，而粘合层240则可包括蜡、胶带或 者其它任何适当的粘合材料。
然后通过如上所述的磨削、研磨、化学或反应性离子蚀20 刻或者以上各项的组合，来使衬底210的后侧212减薄和/或去除。在 图3A-3J所示的实施例中，衬底210具有初始厚度tl，随后减薄到小 于tl的第二厚度t2，如图3F所示。在一些实施例中，初始厚度tl是 从约300微米至约400微米，而幕二厚度则是从约80微米至约100 微米。在一些实施例中，村底210可从外延层220完全去除。25
参照图3G，欧姆接触层255可在减薄的晶圆210，的后侧形成。如图3H所示，可按上述方式对欧姆接触层255进行局部退 火。可局部退火方式对减薄的晶圓210'的后侧的欧姆接触层255进行 退火，而基本上不加热减薄的晶圓的前侧及关联的器件结构。例如， 可采用激光退火对减薄的晶圆210，的后侧的欧姆接触层255进行退火，而不使晶圆栽具250与外延层220分离。
不难理解，本文所述的用于对金属-SiC欧姆接触层进行 退火的激光可为具有足以在金属层与SiC衬底的界面上形成金属硅化 物材料的波长和强度的激光。例如，在使用6H SiC作为衬底的实施 5 例中，可通过在具有约30纳秒持续时间的单脉冲中、以约2.8焦耳每 平方厘米的能量照射具有约248纳米至约308纳米的波长的激光，来 进行激光退火。在例如SiC衬底是4H SiC的本发明的其它实施例中， 激光可具有约248纳米至约308纳米的波长以及在约5个脉冲中施加 的约4.2焦耳每平方厘米的能量，其中各脉冲具有约30纳秒的持续时10 间。在本发明的义一些实施例中，其它波长和能量可用于通过包含高 于SiC衬底的带隙的光子能量的光吸收来提供金属层与SiC衬底的界 面部位的退火。不难理解，也可采用脉冲和/或连续的环形激光器。
电子束退火可用作激光的备选方案。因此，电子束可用 于对金属层与SiC衬底的界面部位进行退火，以在其上形成金属-SiC15 材料。
后侧金属重叠层可贴在欧姆接触层255上，如图3I所示。 后侧金属重叠层265可包括例如粘合、阻挡和接合层、如Ti/Ni/Ag和 /或Ti/TiW/Au的.叠层。
最后，如图3J所示，可通过加热粘合层240、采用适当 20的溶剂来溶解粘合层.240和/或通过将粘合层240露出于紫外光，从外 延层220中去除晶圓载具250。
根据本发明的实施例形成的器件可能呈现减小的导通 电阻。具体而言，本发明的一些实施例可用于针对给定导通电阻减小 器件面积，这样，对于碳化硅功率器件可产生更高的器件产量和/或更 25 低的成本。
导通电阻的减小对于低压器件可能更为显著。例如，图 4表示根据本发明的一些实施例形成的器件的300 V4H-SiC肖特基二 极管(曲线302)和传统SiC肖特基二极管(曲线300)的正向电流-电压 (I-V)特性。具体而言，传统器件具有约400微米厚的衬底，而本发明的一些实施例的形成的器件仅为约IOO微米厚的村底。二极管的额定 电流为IOA。电流-电压测量在室温下进行。如图4所示，在10A的 正向电流上，传统二极管的正向电压降约为1.3 V。相反，根据本发 明的实施例形成的二极管的正向电压降在IOA上约为1.02 V，这表明 了约23%的正向电压降低。从膝点电压(约0.7 V)计算的电阻性压降从 约0.6V减小到约0.3V,降低约50%。
以上，通过附图和说明公开了本发明的典型实施例，虽 然采用了具体术语，但它们仅用于普通描述，而不是加以限制，本发 明的范围在后附的权利要求书中规定。
权利要求
1.一种形成碳化硅半导体器件的方法，包括在具有第一厚度的碳化硅衬底的第一表面上形成半导体器件；将承载衬底固定到所述碳化硅衬底的第一表面上；使所述碳化硅衬底减薄到小于所述第一厚度的第二厚度；在与所述碳化硅衬底的第一表面相对的减薄的碳化硅衬底上形成金属层；对所述金属层进行局部退火，以在与所述碳化硅衬底的第一表面相对的所述减薄的碳化硅衬底上形成欧姆接触层；以及分割所述碳化硅衬底，以提供分割为单个的半导体器件。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，使所述碳化硅衬底减 薄的步骤包括在所述承载村底提供对所述碳化硅衬底的机械支撑的同时，对所述碳化硅村底进行磨削和/或研磨。 15
3.如权利要求,2所述的方法，其特征在于，使所述碳化硅衬底减薄的步骤包括在所述承载衬底提供对所述碳化硅衬底的机械支撑的同 时，用切入进给和/或緩进给磨床对所述石友化硅衬底进行磨削。
4. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，使所述碳化硅衬底减 薄的步骤包括在所述承载村底提供对所述碳化硅衬底的机械支撑的同20 时，对,灰化^圭衬底进行蚀刻。
5. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，形成电子器件的步骤 包括在所述碳化硅衬底的笫 一表面形成钝化层；将所述承载村底固定 到所述^ 友化硅衬底的第 一表面上的步骤包括将所述承载衬底附着到所 述钝化层上。25
6.如权利要求l所述的方法，其特征在于，对所述金属层进行局部退火的步骤包括将所淀积的金属层局部加热到足以使所述金属层对于与所述第一 表面相对的所述碳化硅衬底的表面形成欧姆接触层的某个温度，但该温度低于所述承载村底从所述碳化硅衬底分离的温度。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，局部加热所淀积金属 层的步骤包括对所淀积的金属层进行激光退火
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述SiC衬底包括4H 5SiC和/或6H SiC;所述激光退火包^^将激光照射在所淀积的金属层上，所述激光具有约248纳米至约308纳米的波长。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述SiC衬底包括6H SiC，且所述激光以单脉冲施加。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述单脉冲具有约 1030纳秒的持续时间。
11. 如权利要求9所i4的方法，其特征在于，所述激光以约2.8焦 耳/0112的能量施加。
12. 如权利要求8所述的方、法，其特征在于，所述SiC村底包括 4H SiC，且所述激光以多个脉冲施加。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述激光以各具约30纳秒持续时岡的约五个脉冲施加。
14. 如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述激光以约4.2焦耳/0112的能量施加。
15. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，激光退火包括照射 20具有高于所述SiC衬底的带隙的光子能量的激光。
16. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，激光退火包括照射 脉冲或连续波激光。
17. 如权利要求6所述的方蜂，其特征在于，局部加热所淀积金 属层的步骤g括用电子束照射所述金属层。
18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述欧姆接触层上形成金属重叠层，其中，所述金属重叠层包括含Ti的粘合层、 含Ni和/或Ti/W的阻挡层以及含Ag和/或Au的接合层。
19.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述村底减薄的步骤包括使所述衬底减薄到约120微米或以下的厚度。
20. 如权利^求19所述的方法，其特征在于，使所述衬底减薄的 步骤包括使所述村底减薄到约80微米至约IOO微米的厚度。》
21. —种形成碳4硅半导体器件的方法，包括 5
22. 在,友化硅衬底的表面形成外延层；在与所述碳化硅衬底相对的所述外延层的第 一表面形成半导体器件；将承载村底固定到所述外延层的第 一表面； 去除所述碳化硅衬底，以露出与所述第 一表面相对的所述外延层 io 的笫二表面；在所述外延為的第二表面上形成金属层；对所述金属层进.行局部退火，以在所述外延层的第二表面上形成 欧姆接触层；以及将所述外延层从所述承载村底分离。 15 22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，去除所述碳化硅衬底的步骤包括在所述承载衬底提供对所述外延层的机械支撑的同时， 对所述碳化硅衬底进行磨削和/或研磨。
23. 如权利要求22所述的方法，其特征在于，去除所述碳化硅衬 底的步骤包括在所述承载衬底提供对所述外延层的机械支撑的同时，加用切入进给和/或缘进给磨床对所述碳化硅衬底进行磨削。
24. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，去除所述碳化硅衬 底的步骤包括在所述未载衬底提供对所述外延层的机械支撑的同时， 对所述^f友化硅衬底进行蚀刻。
25. 如权利要求21所述的方法，其特征在于，形成电子器件的步 25骤包括在所述外延层的第一表面形成钝化层；将所述承载衬底固定到所述外延层的第 一表面的步骤包括将所述承载村底附着到所述钝化层上。
26. 如权利秀求21所述的方法，'其特征在于，对所述金属层进行局部退火的步骤包括将所淀积的金属层局部加热到足以使所述金属层对于与所述第一温度低于所述承载村底从所述外延层分离的温度。 5
27. —种形成碳化硅功率半导体器件的方法，包括在具有大于约300微米的第一厚度的碳化硅衬底的第一表面上形 成半导体器件；将承载衬底固定到所述,化硅衬底的第 一表面； 使所述碳化硅村底减薄到小,于约150微米的第二厚度；以及 10 在与所述减薄的碳化硅衬底的第一表面相对的所述减薄的碳化硅 衬底上形成欧姆接触层。
28. 如权利要求27所述的方法，其特征在于，形成所述欧姆接触 层的步骤包括在与所述碳化硅衬底的第一表面相对的所述减薄的碳化硅衬底上 15形成金属层；以及对所述金属层进行局部退火，以在与所述碳化硅衬底的第 一表面 相对的所述减薄的> 友化硅衬底上形成欧姆接触层。
29. 如权利要求28所述的方法，其特征在于，对所述金属层进行 局部退火的步骤包括 将所淀积的金属层局部加热到足以使所述金属层对于与所述第一 表面相对的所述碳化硅衬底的表面形成欧姆接触层的某个温度，但该 温度低于所述承载衬底从所述碳化硅衬底分离的温度。
30. 如权利要求29所述的方法，其特征在于，局部加热所淀积金 属层的步骤包括对所淀积的金属层进行激光退火
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述SiC衬底包括4H SiC和/或6H SiC;所述激光退火包括将激光照射在所淀积的金属 层上，所述激光具有约248纳米至约308纳米的波长。
32.如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述SiC村底包括6HSiC,所述激光以具有约30纳秒持续时间的单脉冲来施加，并且所 述激光以约2.8焦耳/cn^的能量来施加。
33. 如权利要求31所述的方法，其特征在于，所述SiC衬底包括 4H SiC,所述激光以各具有约30纳秒持续时间的约五个脉沖来施加， 并且所述激光以约4.2焦耳/cn^的能量来施加。
34. 如权利要求29所述的方法，其特征在于，局部加热所淀积金 属层的步骤包括用电子束照射所述金属层。
全文摘要
公开了形成碳化硅半导体器件的方法。这些方法包括在具有第一厚度的碳化硅衬底的第一表面上形成半导体器件；以及将承载衬底固定到碳化硅衬底的第一表面。承载衬底提供对碳化硅衬底的机械支撑。这些方法还包括将碳化硅衬底减薄到小于第一厚度的厚度；在与碳化硅衬底的第一表面相对的减薄的碳化硅衬底上形成金属层；以及对金属层进行局部退火，以在与碳化硅衬底的第一表面相对的减薄的碳化硅衬底上形成欧姆接触层。碳化硅衬底经过分割，以提供分割为单个的半导体器件。
文档编号H01L21/306GK101263581SQ200680033369
公开日2008年9月10日 申请日期2006年9月12日 优先权日2005年9月16日
发明者A·阿加瓦尔, M·多诺弗里奥, S·-H·睿 申请人:克里公司