一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法
【专利摘要】本发明公开了一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，该方法是在SiC衬底背面上依次蒸发金属Ni、Ti和Ni，并对衬底-金属层进行高温退火处理。金属Ni、Ti和Ni的厚度分别为20nm、20nm和100nm。本发明可应用于SiC?JBS肖特基二极管的背面欧姆接触与SiC?MOSFET的背面欧姆接触的制备，以及其它类似SiC器件的背面欧姆接触。本发明采用Ni/Ti/Ni混合金属组分，采用高温退火的方式得到致密而且接触面比较平滑的欧姆接触，减小界面处空洞的存在，并且提高与加厚金属的粘附性，欧姆接触电阻率达到与采用纯Ni金属制备欧姆接触相当的水平。
【专利说明】一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及欧姆接触制备【技术领域】，特别是一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，可应用于SiC JBS肖特基二极管的欧姆接触，与SiC MOSFET的背面欧姆接触制备，以及其他类似的垂直结构的SiC器件欧姆接触制备。
【背景技术】
[0002]碳化硅(SiC)作为新一代宽禁带半导体材料，越来越引起人们的重视，它具有大禁带宽度、高临界击穿场强、高电子迁移率、高热导率等特点，在国际上受到广泛关注。目前SiC基JBS器件已经在电力电子领域得到广泛应用。
[0003]SiC基JBS器件中欧姆接触是影响器件性能的关键工艺，形成欧姆接触可以有效减掉导通电阻，减小大电流工作下的损耗。
[0004]目前常规欧姆接触制作的SiC基JBS器件，通常的工艺采取背面采用纯Ni金属制作欧姆接触。
[0005]本发明人在实践中发现虽然现有技术采用纯Ni金属能够得到欧姆接触，但存在以下缺陷，第一，形成欧姆接触之后会有大量的碳元素存在接触面与表面。第二，生成的欧姆接触接触面很粗糙。第三，界面处存在大量的空洞，并且界面处存在内部应力的问题。第四，Ni/SiC退火之后，表面也会变得很粗糙，甚至部分SiC衬底露出来。第五，由于碳元素运动到表面，金属加厚之后，加厚的金属粘附性不好，稳定性差，高温后容易脱落。第六，采用Ni/SiC形成欧姆接触，界面处会变宽，形成的欧姆接触成蓬松壮。
[0006]由此可见，上述现有的SiC上欧姆接触制备方法显然仍存在有缺陷，而亟待加以进一步改进。本发明人基于从事此类产品设计制造的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新的应用在SiC材料上的欧姆接触制备方法，能够改进一般现有的制备方法，使其更具有实用性。
[0007]本发明采用蒸发Ni/Ti/Ni多层金属，用N2氛围下的退火工艺进行欧姆合金，已达到与纯Ni金属合金相当水平的欧姆接触。
【发明内容】
[0008](一 )要解决的技术问题
[0009]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，制备的欧姆接触与纯Ni相当的欧姆接触，但欧姆接触接触面得到较大改善，提高与加厚金属的粘附性。
[0010](二)技术方案
[0011]为达到上述目的，本发明提供了一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，该方法是在SiC衬底背面上依次蒸发金属N1、Ti和Ni，并对衬底-金属层进行高温退火处理。
[0012]上述方案中，所述金属N1、Ti和Ni的厚度分别为20nm、20nm和lOOnm。
[0013]上述方案中，所述在SiC衬底背面上依次蒸发金属N1、Ti和Ni之前，还包括:去除SiC衬底背面的自然氧化层；以及对SiC衬底烘干以去除水汽。
[0014]上述方案中，所述去除SiC衬底背面的自然氧化层，首先采用缓冲氢氟酸腐蚀液，去除自然氧化层，然后进行清洗。
[0015]上述方案中，所述对SiC衬底烘干以去除水汽，是使用115摄氏度的热板，烘干时间10分钟。
[0016]上述方案中，所述对衬底-金属层进行高温退火处理，退火氛围采用N2气氛，采用阶段式快速升温和快速降温退火。
[0017]上述方案中，所述采用阶段式快速升温和快速降温退火，包括:常温升到300度，维持I分钟，经历100秒，升到1050度，维持2分钟，降温到500度，自然降温到室温取出。
[0018](三)有益效果
[0019]从上述技术方案可以看出，本发明至少具有下列优点:
[0020]1、本发明提供的这种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，由于采用Ni/Ti/Ni金属制备欧姆接触能达到3.32Χ10_5Ω.cm2，所以可以在SiC材料上制作良好的欧姆接触。
[0021]2、本发明提供的这种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，由于采用Ni/Ti/Ni合金制备欧姆接触，可以抑制碳元素石墨化的过程，所以有效降低了欧姆接触界面处的粗糙度。
[0022]3、本发明提供的这种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，由于采用Ni/Ti/Ni组分金属，中间Ti金属可以与C元素反应形成TiC。所以消除Ni/SiC形成欧姆接触时产生的自由碳元素。
[0023]4、本发明提供的这种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，由于采用Ni/Ti/Ni金属，Ti可以在一定程度上抑制Ni与SiC过于激烈的反应。所以有效的减少了 Ni/SiC接触面处的空洞。
[0024]5、本发明提供的这种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，由于没有自由形式的碳元素在表面，所以可以提高与加厚金属的粘附性。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1为本发明提供的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法流程图。
[0026]图2为本发明提供的欧姆接触退火工艺的升温降温曲线图。
[0027]图3为将本发明在SiC衬底背面制备的欧姆接触应用于SiC JBS肖特基二极管背面的示意图。
[0028]图4为将本发明在SiC衬底背面制备的欧姆接触应用于SiC MOSFET背面的示意图。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0030]本发明提供的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，是在SiC衬底背面上依次蒸发金属N1、Ti和Ni，并对衬底-金属层进行高温退火处理。其中，金属N1、Ti和Ni的厚度分别为20nm、20nm和lOOnm。在SiC衬底背面上依次蒸发金属N1、Ti和Ni之前，还包括:去除SiC衬底背面的自然氧化层；以及对SiC衬底烘干以去除水汽。所述去除SiC衬底背面的自然氧化层，首先采用缓冲氢氟酸腐蚀液，去除自然氧化层，然后进行清洗。所述对SiC衬底烘干以去除水汽，是使用115摄氏度的热板，烘干时间10分钟。所述对衬底-金属层进行高温退火处理，退火氛围采用N2气氛，采用阶段式快速升温和快速降温退火。所述采用阶段式快速升温和快速降温退火，包括:常温升到300度，维持I分钟，经历100秒，升到1050度，维持2分钟，降温到500度，自然降温到室温取出。
[0031]如图1所示，图1为本发明提供的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法流程图，该方法包括:
[0032]步骤1:清洗半导体芯片；
[0033]将半导体芯片依次用丙酮、乙醇、水清洗干净。
[0034]步骤2:去除自然氧化层；
[0035]采用缓冲氢氟酸腐蚀液，腐蚀液配比为NH4F: HF = 6: 1，去除自然氧化层，腐蚀时间30秒，使用去离子水冲洗干净，吹干。将芯片放到热板上，使用115摄氏度的烘箱，烘干时间10分钟。
[0036]步骤3:蒸发 Ni/Ti/Ni = 20/20/100nm ；
[0037]放入真空蒸发台蒸发Ni/Ti/Ni的厚度分别为20/20/100nm。
[0038]步骤4:欧姆合金退火；
[0039]将步骤3中蒸发好金属的芯片放入退火炉中，使用N2氛围退火，通入N2流量2.5L/min。欧姆合金的工艺过程如图2所示。
[0040]图2示出了本发明提供的欧姆接触退火的升温降温曲线图，主要包括:
[0041]步骤1:从常温升温至300摄氏度，升温速度为27°C /s，经历时间10s。
[0042]步骤2:温度达到300度后，维持Imin。
[0043]步骤3:从300摄氏度升温至1050摄氏度，升温速度7.5°C /s，经历时间100s.[0044]步骤4:温度达到1050度后，维持2min。
[0045]步骤5:从1000摄氏度降温至500摄氏度，降温速度1.8°C /s，经历时间300s.[0046]步骤6:从500摄氏度自然降温至100度以下，取出。
[0047]按照以上所述工艺制作出来的欧姆接触，退火后蒸发的金属由肖特基接触转变为欧姆接触，欧姆接触电阻率达到3.32Χ10_5Ω κπι2。形成的欧姆接触比电阻与纯Ni金属形成的欧姆接触达到了相同的数量级。能够满足SiC器件欧姆接触的要求。
[0048]实施例
[0049]一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，该方法包括以下步骤:
[0050]步骤1:清洗半导体芯片；将半导体芯片依次用丙酮、乙醇、水清洗干净。
[0051]步骤2:腐蚀自然氧化层，并烘干；首先采用缓冲氢氟酸腐蚀液，腐蚀液配比为NH4F: HF = 6: 1，去除自然氧化层，腐蚀时间30sec，然后进行常规清洗；使用115摄氏度的热板，烘干时间10分钟。
[0052]步骤3:蒸发Ni/Ti/Ni多层金属；SiC衬底蒸发Ni/Ti/Ni厚度为20/20/100nm的金属。蒸发台条件如下，温度:100摄氏度,压力:20mTorr。
[0053]步骤4:将蒸 发完金属层的衬底放入退火炉中；蒸发金属后的衬底放入退火炉中，使用N2氛围退火，通入N2流量2.5L/min。[0054]步骤5:升温至300度；从常温升温至300摄氏度，经历时间10s，升温速率为27 0C /s。
[0055]步骤6:300度保持Imin ;温度达到300度后，维持Imin。
[0056]步骤7:继续升温至1050度；从300摄氏度升温至1050摄氏度，升温速度7.5°C /s，经历时间IOOs0
[0057]步骤8:1050度保持2min ;温度达到1050度后，维持2min。
[0058]步骤9:降温至500度；从1050摄氏度降温至500摄氏度，降温速度1.8°C S，经历时间300s。
[0059]步骤10:自然降温，后取出；从500摄氏度自然降温至100度以下，取出。
[0060]基于本实施例制作的欧姆接触，退火后蒸发的金属由肖特基接触转变为欧姆接触，欧姆接触电阻率达到3.32Χ10_5Ω Mm2。形成的欧姆接触电阻率与纯Ni金属形成的欧姆接触电阻率达到了相同的数量级。
[0061]利用本发明在SiC衬底材料背面制备的欧姆接触，可应用于SiC JBS肖特基二极管的背面欧姆接触(如图3所示)与SiC MOSFET的背面欧姆接触(如图4所示)的制备，以及其它类似SiC器件的背面欧姆接触。该SiC JBS肖特基二极管与SiC MOSFET包括正面P+注入掺杂、衬底背面欧姆接触结构，所述的衬底为碳化硅衬底，所述的欧姆接触在碳化硅晶圆背面，该欧姆接触金属采用Ni/Ti/Ni混合金属组份，所述欧姆接触层与所述的衬底接触。本发明采用Ni/Ti/Ni混合金属组分，采用高温退火的方式，得到致密而且接触面比较平滑的欧姆接触，减小界面处空洞的存在，并且提高与加厚金属的粘附性，欧姆接触电阻率达到与采用纯Ni金属制备欧姆接触相当的水平。
[0062]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，该方法是在SiC衬底背面上依次蒸发金属N1、Ti和Ni，并对衬底-金属层进行高温退火处理。
2.根据权利要求1所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述金属N1、Ti和Ni的厚度分别为20nm、20nm和IOOnm0
3.根据权利要求1所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述在SiC衬底背面上依次蒸发金属N1、Ti和Ni之前，还包括: 去除SiC衬底背面的自然氧化层；以及 对SiC衬底烘干以去除水汽。
4.根据权利要求1所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述去除SiC衬底背面的自然氧化层，首先采用缓冲氢氟酸腐蚀液，去除自然氧化层，然后进行清洗。
5.根据权利要求1所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述对SiC衬底烘干以去除水汽，是使用115摄氏度的热板，烘干时间10分钟。
6.根据权利要求1所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述对衬底-金属层进行高温退火处理，退火氛围采用N2气氛，采用阶段式快速升温和快速降温退火。
7.根据权利要求6所述的在SiC衬底背面制备欧姆接触的方法，其特征在于，所述采用阶段式快速升温和快速降温退火，包括: 常温升到300度，维持I分钟，经历100秒，升到1050度，维持2分钟，降温到500度，自然降温到室温取出。
【文档编号】H01L21/28GK103578960SQ201310589191
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月20日 优先权日:2013年11月20日
【发明者】韩林超, 申华军, 白云, 汤益丹, 许恒宇, 王弋宇, 杨谦, 刘新宇 申请人:中国科学院微电子研究所