专利名称：：用于SiC半导体器件的富硅的镍-硅化物欧姆接触的制作方法用于SiC半导体器件的富硅的镍-硅化物欧姆接触发明背景本发明涉及在碳化硅(SiC)中形成的半导体器件，且具体涉及与碳化硅的改良欧姆接触以及形成这种改良欧姆接触的方法。与硅和其它较常见的半导体材料相比，碳化硅衬底对于半导体目的具有多个优势。这些包括宽带隙、高饱和漂移速率、高热传导和高击穿电压。碳化硅还是"抗辐射的"，物理上相当坚固，并且在非常高的温度下保持稳定。这些性能使得碳化硅特别适合用于功率半导体器件。如所熟知的，在几乎所有的半导体器件中，欧姆接触是基本的设计组元。欧姆接触的目的是当向接触上施加偏压(电压)时向半导体材料提供无阻电流。欧姆接触是在其预期使用限度内具有线性和对称的电流电压关系的界面(并且其可以用恒定电阻表示)。这里以其传统理解的意义使用术语欧姆接触。传统的与SiC的欧姆接触典型由金属-硅化物组合物形成，其中镍-硅化物是常用和希望的选择。一般而言，已经发现由与硅可以很好反应的金属形成的欧姆接触可以形成与碳化硅的良好欧姆接触。这些金属包括Ni，Co，W，Ta，Ti，Cr，Mo和Zr。然而，硅化物倾向于"在界面上产生复杂的冶金行为，，(美国专利No.5442W0第三栏第64-65行)。该，200专利描述了使用牺牲性硅层作为碳化硅表面和接触金属之间的化学计量限制元素，然后是相对高温度(900-10501C)的退火以产生欧姆特性。其它研究者已经尝试釆用化学计量的NiSi，但只在6HSiC上，而没有在4HSiC上取得成功，Deeb等人的ALowTemperatureRouteToThermodynamicallyStableOhmicContactsTon-Type6H-SiC，Appl.Phys.Lett.,第84巻，第7期(2004),第1117-1119页。而其它人已经尝试采用化学计量的NiSi2，然后进行高温退火，Nakamura等人的NiSi2OhmicContactton-type4H-SiC，MaterialsScienceForum，第389—393巻(2002)，第889—892页。此外，目前的镍-硅化物接触在表现欧姆特性之前往往需要高于800'C(有时优选高达1050。C的温度)的处理("退火")温度。这些退火温度通常引起接触中的空隙、接触内和临近的碳区、不希望的镍与硅的结合，使金属-SiC界面展宽，以及使界面形貌粗糙化。进而，这些问题导致表面粗糙度，接触中和周围的扩散路径，以及潜在的接触从碳化硅上的分层。这些情况会在实施任何随后淀积的层时引起问题，并还倾向于更易促使器件和其周围环境之间发生不希望的化学反应，典型为与气氛(氧)或者湿气之间的反应。当然，这些潜在的问题可能因最初使碳化硅成为引人关注的候选材料的高温和环境挑战的情形而恶化。实际上，一些研究者指出当在更极端的操作条件下使用或者测试SiC基器件时，它们的欧姆接触(而非SiC本身)的劣化就变成了限制因素，例如接触劣化以及引线接合失效。Cole等的EnhancedPerformanceAndReliabilityofSiCHighPowerSwitchComponents:AnEnablingTechnologyForElectricWeaponsAndPropulsionSystems,第23届ArmyScienceConference,2002年12月2-5曰。如其中所述，在SiC基器件中，欧姆接触应该是"热稳定、组分惰性、机械坚固、(并呈现出)低电阻。"发明简述一方面，本发明是制作与碳化硅的欧姆接触的方法，包括在碳化硅表面上在一定温度下形成镍和硅的淀积膜，该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅发生反应的温度，并且以各自的比例使得淀积膜中的硅原子分数大于镍原子分数，并在低温热处理中在一定温度下加热镍和硅的淀积膜，在该温度下可以形成硅原子分数大于镍原子分数的镍-硅化合物，但该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅发生反应的温度。作为另一个优点，通过进行高温退火步骤，可以提高所得接触的欧姆特性。另一方面，本发明是碳化硅表面上的包括镍层和硅层的硅与镍的淀积膜，其中硅膜厚度与镍膜厚度的比值在约1.81和3.65之间。又一方面，本发明是包括碳化硅层和该碳化硅层上的呈现出欧姆特性的接触的半导体结构，该接触由化学式为Ni卜xSix的组合物构成，其中0.5<x<0.67。又一方面，本发明是将欧姆接触结构与欧姆接触上的镀覆金属层结合的半导体器件。基于下面与附图结合的详细描述，本发明的前述和其它目的和优势，以及它们的实现方式将变得更清楚。附图简述图1和2是依据本发明的欧姆接触的横截面扫描隧道电子显微镜(STEM)照片。图3是镍和硅体系在700。C至150(TC的温度范围上的相图。图4是镍(Ni)、硅(Si)和碳(C)体系在850。C的温度下的三元相图。图5是依据本发明的预接触结构的截面示意图。图6是依据本发明的欧姆接触结构的横截面示意图。发明详述本发明是制造与碳化硅的欧姆接触的方法，其基于现有技术并对其进行了改良。该方法包括在碳化硅表面上在一定温度下淀积镍和硅的膜，该温度低于二者中的任何一个(镍或硅)与碳化硅发生反应的温度，并且镍和硅的各自存在比例使淀积膜中的硅原子分数大于镍原子分数。这种组合物可以被称为是"富硅的"。而且，该方法包括在一定温度下加热镍和硅的淀积膜，在该温度下可以形成硅原子分数大于镍原子分数的镍-硅("镍硅化物")化合物，但该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅发生反应的温度。作为另一个优点，如下文更详细描述的，可以通过执行第二个较高温度的退火步骤提高所得接触的欧姆特性。图l和2是依据本发明的欧姆接触的STEM照片。在图l和2中的接触是竖直取向的。从左到右，第一个暗区是空的区域，亮"层"是镍-硅化物的表面(样品略微向观察者倾斜)，下一层是镍-硅化物的主体(在这层内部存在的小球代表NiSh团聚)，然后在镍-硅化物膜和SiC表面之间存在非常薄的几乎黑色的界面，剩下的直到右边的大区域是SiC村底。这里所用的术语"镍硅化物"在广义上指任何由镍和硅形成的化合物或者组合物，并不局限于NiSi或者NiSi2的化学计量合成物。本发明利用了通过图3中的相图所示的镍，硅和镍-硅化合物的几种特性。考虑图3时，应该明白，该相图在700X:以下的特征对于多数部分与700'C的特征相同。换句话说，由于镍-硅体系的相在0-700x:之间是相同的，因此可以参照图3中的700x:线理解700。c以下的镍-珪体系的组合物和相。因此，如图3所示，当硅的重量百分比大于约32%时，其原子百分比将大于50%(硅的原子量为28.1，镍的原子量为58.7)。类似地，从硅的原子百分比为约67%(可适当理解为每个镍原子两个硅原子)开始，这些元素将形成NiSh化合物。该化合物是富硅的，但并不一定形成与4H或者6H多型体碳化硅的低阻欧姆接触。类似地，硅原子百分比低于50原子％的镍与硅的组合物将形成欧姆接触，但会导致发明背景中所提到的问题。因而，在优选的实施方案中，本发明包括形成硅原子分数大于50原子％且低于约67原子％的淀积膜，然后在一个低温加热步骤中加热该淀积膜形成硅原子分数大于50原子％且不超过约67原子％的镍硅化合物。该低温步骤的优选加热温度在约200。C和50(TC之间。在高于约500X:的温度下，镍或硅或二者都会开始与碳化硅发生反应。如上文所解释的，本发明试图避免所导致的这些问题。类似地，尽管对于该加热温度没有理论下限，然而在约200。C以下，反应进行的非常慢，因而这对于实用的生产目的来讲形成实际的下限。在优选的实施方案中，该方法进一步包括退火步骤将镍-硅淀积物退火到高于淀积膜加热温度的温度，并且处于不存在游离碳的相图区域内。通常，较高的温度产生较低电阻的接触。因而，在优选的实施方案中，该退火温度尽可能高，但典型为约850°C,因为本发明人已经观察到在约875。C会开始发生可能以前没有观察到且不希望的相变，并且因为可用的资源在这些温度下不能提供温度控制的小幅增加或者测量。为了区分这里所描述的两个步骤，将形成淀积膜的步骤称为"加热"步骤，其代表较低温度的热处理。将对化合物进行退火的步骤称为"退火"步骤，其代表较高温度的工艺。这两步之间的差异在上下文中也是明显的。图4进一步说明了加入富硅淀积物的目的，该图是硅-镍-碳体系在850。C下的三元相图。如那些熟悉三元相图的人所知，每个标注的顶点代表那种元素100%的组成。穿过该三角形的线被称为"结线"，且这些结线限定了其中两个相共存的部分具有标注在这些结线末端的组成。沿着这些结线，没有其它的组合物或者化合物出现。在另一个考虑中，整个相图内的结线还定义了单独的三元相图。因而，由硅、NiSL和SiC限定的左下方三角形限定了可以存在这三种组成中的一个或者多个的区域，但在其中，不存在游离的镍和游离的碳。在由NiSi2、NiSi和SiC所限定的三角形中也是如此。在图4的富硅区中不存在游离碳代表了本发明的一个特别的优点。具体地，可以看到在其中硅原子百分比大于镍的Ni-Si-C体系(还是在850°C)的所有情形中，不存在游离碳。因而，由于本发明方法中的第一步骤是形成富硅的组合物，因此将这种组合物在850'C下退火将排除碳的存在。通过消除碳，本发明消除了与碳化硅上的较常规的金属-硅化物接触相关的大量基于碳或者与碳有关的问题(例如空隙)。本发明的方法适用于许多有用变换。本方法可以包括以有助于降低电阻的足够数量来将碳化硅掺杂成p型或者n型的步骤。较高的掺杂浓度有利于降低接触的电阻，并且在淀积镍和硅的步骤之前，目前优选约1019每立方厘米(cm—3)的浓度，之后在碳化硅表面上淀积镍和硅。施加镍和硅以形成淀积膜的步骤可以通过多种方式进行。在一种技术中，该步骤包括基于材料的密度，以各自比例的厚度淀积镍层和硅层，在淀积膜中产生所希望的较大的硅原子分数。在优选的实施方案中，硅层厚度与镍层厚度之间的比值在约1.81:1和3.65:1之间。以类似的方式，形成该淀积膜的步骤可以包括以各自比例的厚度淀积多个镍层和多个硅层，在淀积膜中总体上产生较大的硅原子分数。在这样的情况下，硅层总厚度与镍层总厚度的比值仍然在约1.81:1和3.65:1之间。在这些方法的每一个中，优选首先在碳化硅表面上施加硅层，之后将镍层施加在硅层上。而在另一个可选方案中，可以通过在碳化硅表面上以期望的镍与硅的比例賊射镍-硅层来形成淀积膜。最常见地，可将欧姆接触形成在碳化硅体单晶或者碳化硅外延层上，但可以将其添加到任何其它合适的碳化硅表面上。类似地，镍-硅体系的特性是其优选用在具有4H或者6H多型体的碳化硅上。在本文的实验部分中给出与4HSiC的接触的实施例。在另一个实施方案中，本发明是碳化硅表面上的包括镍层和硅层的淀积膜，其中硅膜厚度与镍膜厚度之间的比值在约1.81:1和3.65:1之间。进而，这个实施方案还可以包括多个硅层和多个镍层(包括交替层)，其中硅膜层的总厚度与镍膜层的总厚度的比值在约1.81:1和3.65:1之间。图5是该淀积膜的示意图解(不按比例)，包括SiClO，硅层11，和镍层12。如在该方法的实施方案中，淀积可以制作在掺杂碳化硅的表面，且硅层优选在碳化硅的表面上，镍层在硅层上。在这种结构的实施方案中，碳化硅表面可以包括外延层或者体单晶，并且优选选自4H和6H多型体的碳化硅。另一方面，本发明是包括碳化硅层和碳化硅层上的呈现出欧姆特性的接触的半导体结构，该接触由化学式为NihSL的组合物形成，其中0.5〈x〈0.67。在优选的实施方案中，该接触的化学式为Ni。.48Si。.52。图6说明了这个实施方案(还是不按比例)，具有碳化硅IO，欧姆接触13，以及SiClO中与接触13相邻的相互作用区14。相互作用区14代表镍-硅组合物占优势的区域，由此最小化或者消除石墨的形成。在这个实施方案中，欧姆接触还是优选制作在具有4H或者6H多型体的碳化硅上，并且最典型是制作在碳化硅的外延层或体单晶上。如上文所述以及在实验部分中要进一步描述的，本发明为p型和n型碳化硅产生欧姆特性。进而，在另一方面，本发明因而包括含有这里所描述的欧姆接触的半导体器件，且典型具有与该欧姆接触的镀覆金属连接。如这里所使用的(与本领域一致)，术语"镀覆金属"指连接欧姆接触以及因此该器件与其它器件和电路的方法以及所得到的结构。镀覆金属的代表性特征在本领域是熟知的，并且Zetterling，PROCESSTECHNOLOGYFORSILICONCARBIDEDEVICES,2002INSPEC，第134-135页中对此进行了讨论。由于欧姆接触在半导体器件中几乎是普遍存在的，列出这些器件只能使本发明不清楚，而不会使其突出，因此，本领域技术人员应明白，无论何时在碳化硅上制作欧姆接触，本发明都为此目的提供优势。实验首先通过将碳化硅材料掺杂成P或者n型预备期望的欧姆接触区域，优选掺杂至载流子浓度至少约为1x1015cm—3，且如上所述，更优选1019cm—3。可以使用标准光刻技术对期望的欧姆接触区域进行图形化。然后向注入区的表面上淀积任意形貌的硅薄膜。然后向硅膜上淀积镍薄膜，使硅膜厚度与镍膜厚度之间的比值在约1.81:1和3.65:1之间。在第一次加热(20(TC到500。C的低温热处理)之后，这个膜厚比范围将形成最终的均匀膜中硅原子分数在约O.50和0.67之间的膜，并且优选O.52。如其它地方所注，还可以通过不会对所得接触产生有害影响的'溅射淀积技术或者任何其它的PVD或者CVD技术来得到这个原子比。约200。C与500。C之间的温度范围是足够高的，可以在硅和镍膜之间提供大的扩散，但低于镍或硅与碳化硅表面之间发生任何显著反应的温度。依据镍-硅二元相图(图3)，富硅的镍硅化物化合物应产生于硅和镍膜在这些条件下的反应。这种富硅的镍硅化物膜在掺杂的碳化硅表面上呈现出欧姆行为。所得到的欧姆接触的典型电阻率对于p型接触为10—3ohm-cm2的量级，对于n型接触为l(T5ohm-cm2的量级，这据期适合于大量现在和将来的电子应用，并且因此，除了向预期的半导体器件的金属上淀积金属互连之外不需要再对该接触作进一步的处理。更低电阻率的接触。在互连淀积之前，通过进一步处理该欧姆接触可以形成更低电阻率(1(T6ohm-cm2)的欧姆接触。依据850。C下的镍-硅-碳相图(图4)，富硅相区域中不存在碳的平衡相。因此，应当通过使富硅的镍硅化物膜与碳化硅衬底在850。C或者接近85(TC下反应(高温退火)，排除平衡的碳相(例如石墨)，由此提高硅化物接触的形貌一致性。如上所述，图6的示意图表示镍硅相在相互作用区14中占优势，具有过剩的硅使石墨形成最小化以获得低阻欧姆特性。本发明人已经确定，当在500。C至90(TC的温度范围内进行退火步骤时呈现出这种行为，随着退火温度的升高，接触电阻通常连续降低。作为另外的优点，由于化学计量上过剩的硅，避免了镍聚集的倾向，由此进一步改良了期望的硅化物接触的形貌一致性。所得接触与那些由更常规方法形成的接触相比是相对平滑，由此使得在器件制作过程中，与后续淀积的材料层具有更好的相容性。这进而带来改良的电场击穿电阻、改良的器件品质、改良的器件可靠性以及更高的制作产量。由于欧姆接触是大量半导体器件的组成部分，本发明可广泛应用于几乎所有在金属和碳化硅外延或者体材料之间需要欧姆接触的电子器件。依据本发明的4HSiCn型材料上的富硅的镍硅化物欧姆接触呈现出的比接触电阻为3.4xl(T6ohm-cm2，标准偏差为1.4x10—7,并且对传输线模型(TLM)的"R平方(R-squared)"拟合为0.99999。依据本发明的在4HSiCp型材料上的富硅的镍硅化物欧姆接触呈现出的比接触电阻为2.4xl(T3ohm-cm2，标准偏差为1.0xi(T4，并且对TLM模型的"R平方"拟合为0.99985。因而，与p型材料的接触比与n型材料的接触的电阻略大，但在需要欧姆行为而不必低接触电阻的应用中是有用的。在附图和说明书中，已经描述了本发明的优选实施方案，尽管使用了具体的术语，但它们仅用作一般和描述性的意义，而并非为了限制目的，本发明的范围在权利要求中限定。权利要求1.制备与碳化硅的欧姆接触的方法，包括在碳化硅表面上在一定温度下形成镍和硅的淀积膜，该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅反应的温度，并且它们各自的比例使得淀积膜中的硅原子分数大于镍原子分数；并且将镍和硅的淀积膜加热到一定温度，该温度下将形成硅原子分数大于镍原子分数的镍-硅化合物，但该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅反应的温度。2.依据权利要求l的方法，包括形成硅原子分数大于0.50并且不超过约0.67的淀积膜；以及加热该淀积膜以形成硅原子分数大于0.50并且不超过约0.67的镍-硅化合物。3.依据权利要求1的方法，进一步包括将镍-硅化合物退火到高于上述淀积膜的加热温度的温度，并且在其中不存在游离碳的相图区域中。4.依据权利要求l的方法，其中加热淀积膜的步骤包括加热淀积物以形成化学式为Ni卜xSL的化合物，其中0.5<x<0.6乙5.依据权利要求1的方法，包括在约200。C与500。C之间的温度下加热淀积膜。6.依据权利要求3的方法，包括将镍-硅化合物退火到约400°C与850'C之间的温度。7.依据权利要求l的方法，其中，形成淀积膜的步骤包括以各自比例的厚度淀积镍层和硅层，以便在淀积膜中产生较大的硅原子分数。8.依据权利要求l的方法，其中形成淀积膜的步骤包括以各自比例的厚度淀积多个镍层和多个硅层，以便在淀积膜中产生较大的硅原子分数。9.依据权利要求7或者8的方法，包括以约1.81和3.65之间的硅层厚度与镍层厚度之比淀积镍和硅。10.依据权利要求7的方法，包括在碳化硅表面上淀积硅层，之后在硅层上淀积镍层。11.依据权利要求l的方法，其中形成淀积膜的步骤包括以期望的镍和硅的比例在碳化硅表面上溅射淀积镍-硅层。12.依据权利要求1的方法，包括在掺杂的碳化硅表面上形成淀积膜。13.依据权利要求l的方法，包括在选自碳化硅体单晶或者碳化硅外延层的碳化硅表面上形成淀积膜。14.依据权利要求1的方法，包括在具有的多型体选自4H和6H碳化硅多型体的碳化硅表面上形成淀积膜。15.碳化硅表面上的包括镍层和硅层的硅与镍的淀积膜，其中硅膜厚度与镍膜厚度之比在约1.81和3.65之间。16.依据权利要求15的硅与镍的淀积膜，包括多个硅层和多个镍层，其中硅膜层的总厚度与镍膜层的总厚度之比在约1.81到3.65之间。17.依据权利要求15的硅与镍的淀积膜，包括掺杂的碳化硅表面。18.依据权利要求15或者17的硅与镍的淀积膜，其中，第一硅层在碳化硅表面上，而第一镍层在第一硅层上。19.半导体结构，包括碳化硅层；以及所述碳化硅层上并且呈现出欧姆特性的接触，所述接触由化学式为NihSL的组合物形成，其中0.5<x<0.67。20.依据权利要求19的半导体结构，其中所述接触具有的化学式为Ni。.4sSio.52。21.依据权利要求15或者19的半导体结构，其中所述碳化硅具有的多型体选自4H和6H碳化硅多型体。22.依据权利要求15或者19的半导体结构，其中所述碳化硅包括外延层或者体单晶。23.依据权利要求19的半导体结构，其中所述碳化硅是p型或者n型。24.依据权利要求19的半导体结构，具有的电阻率在约10〈和10_5ohm—cm2之间。25.依据权利要求19的半导体结构，具有的电阻率在约10_5和l(T7ohm-cm2之间。26.依据权利要求19的半导体器件，进一步包括所述欧姆接触上的镀覆金属层；以及所述欧姆接触具有的电阻率至少为约10"ohm-cm2。27.依据权利要求26的半导体器件，其中所述欧姆接触具有的电阻率在约l(T和10—6ohm-cm2之间。28.依据权利要求19的半导体结构，其中所述接触是n型碳化硅表面上的欧姆接触，所述欧姆接触具有的比接触电阻在约3xl(T和4x10-6ohm-cm2之间。29.依据权利要求28的欧姆接触，具有的比接触电阻为约3.4xl(T6ohm-cm2，标准偏差为1.4xl(T,并且对TLM模型的R平方拟合为0.99999。30.依据权利要求19的半导体结构，其中所述接触是p型碳化硅表面上的欧姆接触，所述欧姆接触具有的比接触电阻在约2x10—3和3xl0—3ohra-cm2之间。31.依据权利要求30的欧姆接触，具有的比接触电阻为约2.4x10—3ohm-cm2，标准偏差为1.0xl0-4，并且对TLM模型的R平方拟合为0.99985。全文摘要公开了一种形成欧姆接触的方法以及所得的欧姆接触结构。该方法包括步骤在碳化硅表面上形成镍和硅的淀积膜，形成温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅发生反应的温度，并且它们各自的比例使得淀积膜中的硅原子分数大于镍原子分数，并将这种镍与硅的淀积膜加热到一定温度，该温度下将形成硅原子分数大于镍原子分数的镍-硅化合物，但该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅发生反应的温度。该方法可以进一步包括将该镍-硅化合物退火到高于上述淀积膜加热温度的温度，并处在其中不存在游离碳的相图区域中。文档编号H01L29/45GK101124660SQ200580029690公开日2008年2月13日申请日期2005年6月30日优先权日2004年7月6日发明者A·沃德三世,H·哈格尔伊特纳,J·P·海宁,K·D·威伯尔申请人:克里公司