一种插入层复合结构及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种插入层复合结构及其制作方法，涉及宽禁带材料欧姆接触形成【技术领域】，解决了现有技术中欧姆接触电阻率测量可重复性差、器件稳定性不强以及在宽禁带半导体材料上欧姆接触形成难、欧姆接触电阻率高的问题。所述插入层复合结构位于SiC衬底与金属盖层之间，包括采用特殊材料形成的电流输运层和特定元素组分配比的欧姆接触金属层；所述电流输运层位于SiC衬底之上，所述欧姆接触金属层位于电流输运层之上；所述插入层复合结构由所述欧姆接触金属层通过合金退火方式形成的特定化学成分配比的碳化物和硅化物扩散进入所述电流输运层混合而成。本发明适用于在宽禁带半导体材料上同时形成P型和N型欧姆接触，或者单独形成P型或N型欧姆接触。
【专利说明】一种插入层复合结构及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及宽禁带材料欧姆接触形成【技术领域】，尤其涉及一种插入层复合结构及 其制作方法。
【背景技术】
[0002] 宽禁带碳化硅（SiC)材料的良好欧姆接触质量的获得是实现SiC器件高温、高压、 高频及大功率应用的关键因素。特别是对于SiC金属氧化物场效应晶体管（MOSFET)器件， 要求在η+源区和P阱区域同时形成欧姆接触，为保证MOSFET栅氧层表面的质量，对欧姆接 触金属体系的要求、合金退火条件的要求都非常高；同时，受高温激活退火及合金退火等因 素的影响，接触表面形貌及界面微结构的质量对欧姆接触的质量也造成很大影响，要同时 形成良好的、低欧姆接触电阻率的、可重复性高的P型和N型SiC材料欧姆接触仍然是一个 相当大的挑战。
[0003] 目前，受欧姆金属体系材料、组分、厚度的选择、合金条件差异、衬底浓度、界面 微结构及表面形貌的影响，国内外报道的欧姆接触比接触电阻率的结果参差不齐，且可 重复性差。国内外已在SiC材料上同时形成pn欧姆接触展开了一系列研究，一般处于 (KT4-KT6) cm2量级,具体如下表所示：
【权利要求】
1. 一种插入层复合结构，其特征在于，所述插入层复合结构位于SiC衬底与金属盖层 之间，包括采用特殊材料形成的电流输运层和特定元素组分配比的欧姆接触金属层；所述 电流输运层位于SiC衬底之上，所述欧姆接触金属层位于电流输运层之上；所述插入层复 合结构由所述欧姆接触金属层通过合金退火方式形成的特定化学成分配比的碳化物和硅 化物扩散进入所述电流输运层混合而成。
2. 根据权利要求1所述的插入层复合结构，其特征在于，所述电流输运层采用合金退 火过程中金属合金在其中易于扩散的材料。
3. 根据权利要求2所述的插入层复合结构，其特征在于，所述电流输运层采用的材料 的禁带宽度大于或等于SiC的禁带宽度。
4. 根据权利要求2所述的插入层复合结构，其特征在于，所述电流输运层采用电阻率 低至10_5Q cm2、禁带宽度大于或等于3. 54eV的ITO薄膜形成。
5. 根据权利要求4所述的插入层复合结构，其特征在于，所述电流输运层通过电子束 蒸发或者溅射的方式形成，形成温度为350°C ~400°C。
6. 根据权利要求5所述的插入层复合结构，其特征在于，所述ITO薄膜为通过氧空位和 Sn掺杂取代形成的高度简并的半导体材料。
7. 根据权利要求6所述的插入层复合结构，其特征在于，所述IT0薄膜的厚度范围为 80nnTl00nm。
8. 根据权利要求1所述的插入层复合结构，其特征在于，所述特定元素组分配比的欧 姆接触金属层包括Ti、Al、Ni和Pt元素；其中，Ti/Al体系中A1原子百分比为709T80%，Ni/ Ti/Al体系中Ni和A1原子百分比均为409T50%。
9. 根据权利要求1所述的插入层复合结构，其特征在于，所述通过合金退火方式形成 的特定化学成分配比的碳化物和硅化物为Ti、Si、C三元化合物，Al、C二元化合物和Ni、Si 二元化合物的混合层结构。
10. 根据权利要求9所述的插入层复合结构，其特征在于，所述Ti、Si、C三元化合物中， Ti原子的分数大于等于3且小于等于4, Si原子的分数为1，C原子的分数为2 ;所述A1、C 二元化合物中A1原子的分数为4, C原子的分数为3 ;所述Ni、Si二元化合物中Ni原子的 分数为大于等于2, Ni原子的分数为1。
11. 一种制作如权利要求1至10中任一项所述的插入层复合结构的方法，其特征在于， 包括： 清洗P型和N型SiC衬底； 干燥SiC衬底； 在SiC衬底上制备用于台面刻蚀的掩膜； 对SiC衬底进行台面刻蚀； 对SiC衬底进行表面处理，活化表面性能； 制作电流输运层； 在经过氮气氛围退火的IT0薄膜上，进行匀胶光刻，形成金属剥离图形； 在经过氮气氛围退火的IT0薄膜上，制作欧姆接触金属； 剥离沉积在光刻胶上的欧姆接触金属； 在蒸发欧姆接触金属层的SiC衬底上溅射Pt/Ni盖层金属； 对所有淀积膜进行加温； 高温合金退火，形成插入层复合结构。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述清洗P型和N型SiC衬底包括： 使用丙酮、乙醇、去离子水依次冲洗SiC衬底表面，并用氮气吹干；其中所述P型SiC衬 底从上到下有三个区域，从上到下依次为N+区、N-区和P+区；所述N型SiC衬底从上到下 有两个区域，从上到下依次为N-区和N+区。
13. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述干燥SiC衬底包括： 将SiC衬底放入120°C的烘箱中，在氮气氛围下烘10分钟。
14. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述在SiC衬底上制备用于台面刻蚀的 掩膜包括： 在SiC衬底表面涂敷厚度3 i! m的9920光刻胶作为台面刻蚀的掩膜，然后对光刻胶进 行光刻形成台面隔离的图形。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述对SiC衬底进行台面刻蚀包括： 以形成的台面隔离的图形为掩模，对SiC衬底进行感应耦合等离子体干法刻蚀，对于P 型SiC衬底刻蚀至SiC衬底的N-区，SiC衬底的P+区完全刻透；对于N型SiC衬底刻蚀至 SiC衬底的N-区，SiC衬底的N+区完全刻透。
16. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述对SiC衬底进行表面处理，活化表 面性能包括： 采用体积比为1:10的HF和H20的溶液腐蚀30秒，并用氮气吹干。
17. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述制作电流输运层包括： 在进行了表面处理的SiC衬底上，采用ITO蒸发设备，把衬底温度加热到 350°C?400°C，进行ITO薄膜蒸发，其厚度为80nnTl00nm;蒸发完成后，再使ITO薄膜经过 600°C?700°C，氮气氛围退火。
18. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述在经过氮气氛围退火的ITO薄膜 上，进行匀胶光刻，形成金属剥离图形包括： 使用AZ5214E光刻胶，在刻蚀后的SiC衬底表面涂敷一层厚度为2. 2 y m的光刻胶，然 后进行光刻显影。
19. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述在经过氮气氛围退火的ITO薄膜 上，制作欧姆接触金属包括： 在经过氮气氛围退火的ITO薄膜上，使用蒸发台，蒸发欧姆接触金属层，其总厚度为 190nnT400nm。
20. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述剥离沉积在光刻胶上的欧姆接触 金属包括： 将蒸发完欧姆接触金属膜的SiC衬底浸没在丙酮溶液中，浸泡20分钟，然后在超声容 器内超声3分钟，再将SiC衬底取出放入无水乙醇溶液中，超声3分钟，再用去离子水冲洗 6遍，最后吹干。
21. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述在蒸发欧姆接触金属层的SiC衬底 上溅射Pt/Ni盖层金属包括： 使用溅射台，溅射Pt/Ni盖层金属膜，其中Ni金属膜的厚度范围为55nnTl50nm之间， Pt层金属膜厚度小于Ni层金属厚度。
22. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述对所有淀积膜进行加温包括：将具有Pt/Ni盖层金属和欧姆接触金属层的SiC衬底放入高温炉中进行加热，加热温 度低于Ti或A1元素与碳化硅发生反应的温度。
23. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述高温合金退火，形成插入层复合结 构包括： 使用高温退火炉，采用高温合金技术进行退火，其中，退火温度为800°C ~1000°C之间， 时间为2~10分钟。
【文档编号】H01L29/45GK104393031SQ201410671215
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月21日 优先权日:2014年11月21日
【发明者】汤益丹, 申华军, 白云, 周静涛, 杨成樾, 刘新宇 申请人:中国科学院微电子研究所