势垒金属结构及势垒金属结构的制造方法与流程

本发明涉及半导体器件，特别是涉及一种势垒金属结构及势垒金属结构的制造方法。

背景技术：

钛(ti)是碳化硅(sic)结势垒肖特基二极管(jbs)器件中最常用的势垒金属，在势垒合金时为防止铝(al)迁移到钛(ti)中还会增加一层氮化钛(tin)，这样就形成了sicjbs器件中常见的势垒金属结构：ti+tin+al。势垒金属结构淀积后，紧接着就会对势垒金属结构进行光刻和腐蚀，腐蚀工艺有干法刻蚀工艺和湿法腐蚀工艺两种，采用湿法腐蚀时，tin层的腐蚀速率不稳定，有时甚至不能被腐蚀掉，sicjbs器件最终的性能不能保证。因此现有的势垒金属结构的腐蚀不得不采用干法刻蚀，但是干法刻蚀只能采用定时刻蚀，无法精确控制刻蚀量，过刻时会损伤sic晶圆的表面区域，并且干法刻蚀的金属侧壁形貌较为陡直，不利于后续的钝化层覆盖。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种势垒金属结构及势垒金属结构的制造方法。

一种势垒金属结构，设于衬底上，包括：

第一金属钛层，设于所述衬底上；

金属氮化钛层，设于所述第一金属钛层上；

第二金属钛层，设于所述金属氮化钛层上；

铝金属层，设于所述第二金属钛层上。

在其中一个实施例中，所述衬底为碳化硅衬底。

在其中一个实施例中，所述第二金属钛层的厚度范围为[20nm，500nm]。

在其中一个实施例中，所述第一金属钛层的厚度范围为[100nm，500nm]，所述金属氮化钛层的厚度范围为[20nm，300nm]，所述铝金属层的厚度范围为[300nm，5000nm]。

在其中一个实施例中，所述铝金属层是纯铝金属层或掺杂铝金属层。

在其中一个实施例中，所述掺杂铝金属层为掺杂硅和/或铜的掺杂铝金属层，所述掺杂铝金属层中铝的摩尔分数大于95％。

另一方面，本发明还提出一种势垒金属结构的制造方法，包括：

形成第一金属钛层；

在所述第一金属钛层上形成金属氮化钛层；

在所述金属氮化钛层上形成第二金属钛层；

在所述第二金属钛层上形成铝金属层，所述第一金属钛层、金属氮化钛、第二金属钛层及铝金属层组成所述势垒金属结构；

湿法腐蚀所述势垒金属结构，形成所需的势垒金属结构图案。

在其中一个实施例中，所述形成第一金属钛层的步骤之前还包括形成碳化硅衬底的步骤，所述第一金属钛层是形成在所述碳化硅衬底上。

在其中一个实施例中，所述在所述第一金属钛层上形成金属氮化钛层的步骤包括：通过通入氮气并第一次磁控溅射钛靶的方式，在所述第一金属钛层上淀积金属氮化钛层；所述在所述金属氮化钛层上形成第二金属钛层的步骤包括：

通过第二次磁控溅射钛靶的方式，在所述金属氮化钛层上淀积第二金属钛层。

在其中一个实施例中，所述湿法腐蚀所述势垒金属结构的步骤，是使用醋酸、磷酸及硝酸的混合液腐蚀所述铝金属层，并使用氨水和双氧水的混合液腐蚀所述第一金属钛层、金属氮化钛层及第二金属钛层。

上述势垒金属结构，由于在金属氮化钛层和铝金属层之间设有第二金属钛层，可阻止铝金属层和金属氮化钛层在常温下反应生成氮化铝(aln)，采用湿法腐蚀时，能有效稳定金属氮化钛层的腐蚀速率，保证金属氮化钛层能被完全腐蚀掉，保证了sicjbs器件最终的性能；该势垒金属结构支持使用湿法腐蚀，可有效解决干法刻蚀过程中带来的过刻和刻蚀完成后金属侧壁形貌较为陡直，不利于后续的钝化层覆盖的问题。

附图说明

图1是一实施例中势垒金属结构的结构示意图；

图2为一实施例中势垒金属结构的制造方法的流程图；

图3为一实施例中势垒金属结构的制造方法的工序示意图；

图4为一实施例中势垒金属结构的制造方法的工序示意图；

图5为一实施例中势垒金属结构的制造方法的工序示意图；

图6为一实施例中势垒金属结构的制造方法的工序示意图。

具体实施方式

图1是一实施例中势垒金属结构的结构示意图。

在本实施例中，该势垒金属结构设于衬底10上，包括：第一金属钛层20、金属氮化钛层30、第二金属钛层40、以及铝金属层50。第一金属钛层20设于肖特基二极管的衬底10上，金属氮化钛层30设于第一金属钛层上20，第二金属钛层40设于金属氮化钛层30上，铝金属层50设于第二金属钛层40上。该势垒金属结构可用于结势垒肖特基二极管(jbs)器件。

金属氮化钛层30可阻止铝金属层50的铝向第一金属钛层20中迁移，第二金属钛层40可阻止铝金属层50和金属氮化钛层30在常温下反应生成氮化铝(aln)。氮化铝(aln)在势垒金属结构采用湿法腐蚀的过程中不会被腐蚀掉，影响湿法腐蚀的腐蚀速率，导致腐蚀不稳定。

上述势垒金属结构，由于在金属氮化钛层30和铝金属层50之间设有第二金属钛层40，可阻止铝金属层50和金属氮化钛层30在常温下反应生成氮化铝(aln)，采用湿法腐蚀时，能有效稳定金属氮化钛层30的腐蚀速率，保证金属氮化钛层30能被完全腐蚀掉，保证了sicjbs器件最终的性能；该势垒金属结构支持使用湿法腐蚀，可有效解决干法刻蚀过程中带来的过刻和刻蚀完成后金属侧壁形貌较为陡直，不利于后续的钝化层覆盖的问题。

在一个实施例中，衬底10可为sic衬底，在其他实施例中，也可为硅衬底。

在一个实施例中，湿法腐蚀铝金属层50使用的腐蚀液是醋酸：磷酸：硝酸：纯水的摩尔比为16：1：1：2的混合液；湿法腐蚀第一金属钛层20、金属氮化钛层30以及第二金属钛层40使用的腐蚀液是氨水：双氧水：纯水的摩尔比为1：2：5的混合液。在其他实施例中也可以使用本领域习知的其他可以用于腐蚀铝、钛(和氮化钛)的腐蚀液来分别腐蚀铝金属层50及第一金属钛层20、金属氮化钛层30以及第二金属钛层40。

在一个实施例中，第一金属钛层20的厚度范围为[100nm，500nm]。

在一个实施例中，金属氮化钛层30的厚度范围为[20nm，300nm]。

在一个实施例中，第二金属钛层40的厚度范围为[20nm，500nm]。

在一个实施例中，铝金属层50的厚度范围为[300nm，5000nm]。

在其他实施例中，第一金属钛层20的厚度、金属氮化钛层30厚度、第二金属钛层40的厚度以及铝金属层50的厚度可根据实际需要进行调整。

在一个实施例中，铝金属层50是纯铝金属层或掺杂铝金属层，在其中一个实施例中，掺杂铝金属层为掺杂硅和/或铜的掺杂铝金属层，具体的，掺杂铝金属层可为硅掺杂铝金属层、铜掺杂铝金属层或者硅铜掺杂铝金属层，掺杂铝金属层中铝的摩尔分数大于95％，即在掺杂铝金属层中铝的含量占主要部分。

参见图2，图2为一实施例中势垒金属结构的制造方法的流程图。

在本实施例中，该势垒金属结构的制造方法包括：

s100，形成第一金属钛层。

参见图3，在衬底10上淀积形成第一金属钛层20，在一个实施例中，通过第一次磁控溅射钛靶的方式，在衬底10正面上淀积第一金属钛层20，第一金属钛层20与衬底10直接接触，第一金属钛层20的厚度范围为[100nm，500nm]，在其他实施例中，厚度可根据实际需要进行调整，在其中一个实施例中，第一金属钛层20的厚度为200nm。

在一个实施例中，步骤s100之前，还包括形成碳化硅衬底的步骤，第一金属钛层20是形成在碳化硅衬底上。碳化硅材料具有优良的物理和电学特性，以其宽的禁带宽度、高的热导率、大的饱和漂移速度和高的临界击穿电场等独特优点，成为制作高功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想半导体材料。在其他实施例中，衬底10也可为硅衬底。

s200，在第一金属钛层上形成金属氮化钛层。

参见图4，在上述工艺的基础上，在第一金属钛层20上淀积形成金属氮化钛层30。在一个实施例中，通过在磁控溅射腔体通入氮气(n2)，继续使用钛靶溅射，氮气与钛靶反应形成氮化钛后继续溅射，最后在第一金属钛层20上面形成金属氮化钛层30。金属氮化钛层30的厚度范围为[20nm，300nm]，在其他实施例中，厚度可根据实际需要进行调整，在其中一个实施例中，金属氮化钛层30的厚度为50nm。

s300，在金属氮化钛层上形成第二金属钛层。

参见图5，在金属氮化钛层30上淀积形成第二金属钛层40，在一个实施例中，通过第二次磁控溅射钛靶的方式，在金属氮化钛层30上淀积第二金属钛层40。在其中一个实施例中，如果步骤s200中是通过在磁控溅射腔体通入氮气(n2)溅射钛靶来淀积形成金属氮化钛层30，该步骤中，需要关闭氮气，继续使用钛靶二次溅射，在金属氮化钛层30上淀积第二金属钛层40。钛靶二次溅射可保证下一次钛靶溅射时的靶材纯净度，即保证钛靶没有混入其他的杂质，从而不影响下一次钛靶溅射的使用。因为如果步骤s200中是通过在磁控溅射腔体通入氮气(n2)溅射钛靶来淀积形成金属氮化钛层30，那么在步骤s200完成后钛靶表层也会被氮化，而该步骤中使用钛靶二次溅射，钛靶表层被氮化的氮化层就会被消耗掉，保证下一次钛靶溅射的靶材纯净度。

在一个实施例中，第二金属钛层40的厚度范围为[20nm，500nm]，在其他实施例中，厚度可根据实际需要进行调整，在其中一个实施例中，第二金属钛层40的厚度为100nm。

s400，在第二金属钛层上形成铝金属层。

参见图6，通过磁控溅射的方式，在第二金属钛层40上形成铝金属层50，第一金属钛层20、金属氮化钛层30、第二金属钛层40、以及铝金属层50组成势垒金属结构。铝金属层50是纯铝金属层或掺杂铝金属层，在其中一个实施例中，掺杂铝金属层为掺杂硅和/或铜的掺杂铝金属层，具体的，掺杂铝金属层可为硅掺杂铝金属层、铜掺杂铝金属层或者硅铜掺杂铝金属层，掺杂铝金属层中铝的摩尔分数大于95％，即在掺杂铝金属层中铝的含量占主要部分。如果铝金属层50是纯铝金属层，则通过磁控溅射纯铝靶的方式，在第二金属钛层40上形成纯铝金属层，如果铝金属层50是硅掺杂铝金属层，则通过磁控溅射硅掺杂靶的方式，在第二金属钛层40上形成硅掺杂铝金属层，以此类推。

在一个实施例中，铝金属层50的厚度范围为[300nm，5000nm]，在其他实施例中，厚度可根据实际需要进行调整，在其中一个实施例中，铝金属层50的厚度为1000nm。

s500，湿法腐蚀势垒金属结构，形成所需的势垒金属结构图案。

湿法腐蚀铝金属层50使用的腐蚀液是醋酸：磷酸：硝酸：纯水的摩尔比为16：1：1：2的混合液；湿法腐蚀第一金属钛层20、金属氮化钛层30以及第二金属钛层40使用的腐蚀液是氨水：双氧水：纯水的摩尔比为1：2：5的混合液。利用腐蚀液腐蚀势垒金属结构，形成所需的势垒金属结构图案。在其他实施例中也可以使用本领域习知的其他可以用于腐蚀铝、钛(和氮化钛)的腐蚀液来分别腐蚀铝金属层50及第一金属钛层20、金属氮化钛层30以及第二金属钛层40。

上述势垒金属结构的制造方法，通过第二次磁控溅射钛靶的方式，在金属氮化钛层30上淀积形成第二金属钛层40，可阻止铝金属层50和金属氮化钛层30在常温下反应生成氮化铝(aln)，这种情况下，采用湿法腐蚀势垒金属结构，形成所需的势垒金属结构图案时，能有效稳定金属氮化钛层30的腐蚀速率，保证金属氮化钛层30能被完全腐蚀掉，保证了sicjbs器件最终的性能，钛靶二次溅射可保证下一次钛靶溅射时的靶材纯净度，即保证钛靶没有混入其他的杂质，不影响下一次钛靶溅射的使用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。