一种SiC欧姆接触结构的制作方法

本实用新型属SiC器件制造领域，特别涉及一种SiC欧姆接触结构。

背景技术：

目前，相比于硅，SiC具有优异的物理特性，包括禁带宽、临界击穿电场高、热导率高、电子饱和速度高、抗辐照，因此适合制作高温、高频、高功率和抗辐照电子器件。

欧姆接触作为半导体制造中的一种关键工艺技术，它的目的是使得半导体材料施加电压时接触处的压阵足够小以至于不影响器件的性能。如果欧姆接触电阻的可靠性差，会使得器件的开态电阻升高，严重时会影响器件的性能。SiC欧姆接触制备，由于需要高的退火温度，在器件的制备过程中，需要提前制备，以防止高温退火工艺对后续工艺的影响。但是后续工艺中的一些化学、物理作用，也会形成对SiC欧姆接触的破坏。

欧姆接触是SiC器件应用于高温、易氧化等极端环境中的关键影响因素之一，它的目的在于实现当电极处在施加正向电压时能承载尽可能小的压降，以此，来保证器件的性能。假设欧姆接触退化或者失效，势必影响器件的开启电阻，严重时会影响器件性能，乃至令器件失效。所以设计热稳定性良好，抗氧化的欧姆接触电极显得尤为必要。

目前，SiC欧姆接触金属或者合金层面临问题包括抗氧化能力弱，在空气中即被氧化；热稳定性差，高温下出现退化或者失效；硬度低，容易被机械损伤等缺点，这些缺点会使得欧姆接触电极可靠性降低，严重限制其应用环境与范围，进而令SiC器件的应用范围与可靠性受到诸多影响与限制。

技术实现要素：

鉴于以上背景，本实用新型旨在实现一种耐高温、抗氧化的欧姆接触结构。

具体地，本实用新型提供了一种SiC欧姆接触结构，包括：

SiC衬底11；

第一Ni层12，设置于所述SiC衬底11上；

Ti层13，设置于所述第一Ni层12上；

第二Ni层14，设置于所述Ti层13上；

TaSi₂层15，设置于所述第二Ni层14上；

Pt层16，设置于所述TaSi₂层15上。

在本实用新型的一个实施例中，所述SiC衬底11为4H-SiC衬底或者6H-SiC衬底。

在本实用新型的一个实施例中，所述SiC衬底11为N型或者P型衬底。

在本实用新型的一个实施例中，所述SiC衬底11包括重掺杂的N型区和P型区。

在本实用新型的一个实施例中，所述N型区的掺杂源为Al，掺杂浓度为1.0×10²⁰cm^-3。

在本实用新型的一个实施例中，所述P型区的掺杂源为N，掺杂浓度为3.0×10²⁰cm^-3。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一Ni层12厚度为所述Ti层13厚度为所述第二Ni层14厚度为所述TaSi₂层15厚度为以及所述Pt层16厚度为

与现有技术相比，本实用新型提供了一种Pt/TaSi₂/Ni/Ti/Ni/SiC欧姆接触结构，该结构提高了欧姆接触的热稳定性和抗氧化性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种SiC欧姆接触结构剖面图；

图2为本实用新型实施例提供的一种Pt/Ti/SiC结构退火前后的XRD元素图；

图3为本实用新型实施例提供的一种退火之后器件表面的扫描电子显微镜图像；

图4为本实用新型实施例提供的一种Pt/TaSi₂/Ni/Ti/Ni/SiC结构退火前后的XRD元素图；

图5为本实用新型实施例提供的一种Pt/TaSi₂/Ni/Ti/Ni/SiC、Ti/Pt结构N、P型欧姆接触975℃退火之后的I-V曲线图；

图6为本实用新型实施例提供的一种Pt/TaSi₂/Ni/Ti/Ni/SiC、Ti/Pt结构N、P型欧姆接触特征导通电阻随老化时间的变化曲线图；

图7为本实用新型实施例提供的一种CTLM结构版图；

图8为本实用新型实施例提供的一种剥离之后金属结构显微镜图片。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

请参见图1，图1为本实用新型实施例提供的一种SiC欧姆接触结构剖面图，包括：

SiC衬底11；

第一Ni层12，设置于所述SiC衬底11上；

Ti层13，设置于所述第一Ni层12上；

第二Ni层14，设置于所述Ti层13上；

TaSi₂层15，设置于所述第二Ni层14上；

Pt层16，设置于所述TaSi₂层15上。

优选地，所述SiC衬底11为4H-SiC衬底或者6H-SiC衬底。

进一步地，所述SiC衬底11为N型或者P型衬底。

优选地，所述SiC衬底11可以包括水平方向依次排列的N型掺杂区和P型掺杂区。

优选地，所述SiC衬底11还可以包括N型掺杂区或P型掺杂区。

其中，所述N型掺杂区的掺杂源为Al，掺杂浓度为1.0×10²⁰cm^-3；所述P型掺杂区的掺杂源为N，掺杂浓度为3.0×10²⁰cm^-3。

优选地，所述第一Ni层12厚度为所述Ti层13厚度为所述第二Ni层14厚度为所述TaSi₂层15厚度为以及所述Pt层16厚度为

其中，第一Ni层与SiC产生反应，Ti层可以结合由于Ni与SiC反应产生的C，以免游离态的C原子在表面集聚，而使表面粗糙或者失效。如图2所示，图2为本实用新型实施例提供的一种Pt/Ti/SiC结构退火前后的XRD元素图，退火后Ti的比例明显减少，而TiC合金比例明显上升。

第二Ni层作为Ti层与TaSi₂层之间的粘附层，能有效降低退火温度，以便同时进行N/P型的退火，同时它能改进接触表面样貌；如图3所示，图3为本实用新型实施例提供的一种退火之后器件表面的扫描电子显微镜图像，可以看出Ni层还对Ti的向上扩散起到了阻挡作用。

进一步地，TaSi₂层是防止欧姆接触电极氧化的关键，它能有效阻挡O向下扩散，在500℃下，空气中进行300h退火条件后，TaSi₂层以下O的比例并没有增大，表明TaSi₂层对O的阻挡作用显著。除此之外，TaSi₂的分解符合指数形式使得此结构能够长时间有效，因此，令此结构能够暴露在空气中进行老化测试。如图4所示，图4为本实用新型实施例提供的一种Pt/TaSi₂/Ni/Ti/Ni/SiC结构退火前后的XRD元素图，各元素基本保持原来的合金结构，即TaSi₂的缓慢分解使得各金属层结构基本维持不变。

本实用新型中单纯的Ni/Pt、Ti/Pt结构在高温空气环境下，短时间内即失效。Ni/TaSi₂/Pt、Ti/TaSi₂/Pt结构难以形成良好的P型欧姆接触电极。Pt/TaSi₂/Ni/Ti/Ni/SiC结构同时实现了N、P衬底上的欧姆接触特性，相比于真空或惰性范围内性能较优异的Ti/Pt结构，其特性如图5所示，图5为本实用新型实施例提供的一种Pt/TaSi₂/Ni/Ti/Ni/SiC、Ti/Pt结构N、P型欧姆接触975℃退火之后的I-V曲线图；欧姆接触特性良好。对此结构在空气中进行高温、老化测试，300小时时并未出现严重退化。同时，如图6所示，图6为本实用新型实施例提供的一种Pt/TaSi₂/Ni/Ti/Ni/SiC、Ti/Pt结构N、P型欧姆接触特征导通电阻随老化时间的变化曲线图；在室温与500℃高温条件下，测量其特征导通电阻与Ti/Pt结构作对比。即Pt/TaSi₂/Ni/Ti/Ni/SiC在高温、老化条件下有着良好性能，对比于以上其余结构有着很大优势。

实施例二

本实施例在上述实施例的基础上，对上述实施例的SiC欧姆接触结构的制作方法进行详细描述，所述SiC欧姆接触结构包括：SiC衬底，以及依次设置于所述SiC衬底上的第一Ni层、Ti层、第二Ni层、TaSi₂层和Pt层；

具体地，所述制作方法包括：

S201，选取4H-SiC衬底，对4H-SiC衬底进行标准RCA清洗；

S202，利用PECVD工艺，在4H-SiC衬底淀积厚度为100nmSiO₂氧化层；

S203，刻蚀氧化层形成离子注入窗口，对4H-SiC衬底N⁺或者P⁺离子注入，形成高掺杂的N区或者P区并进行高温退火；

S204，刻蚀剩余的氧化层；

S205，在4H-SiC衬底上淀积金属层，金属层由下往上依次包括第一Ni层、Ti层、第二Ni层、TaSi₂层和Pt层；

S206，快速退火以形成欧姆接触。

优选地，步骤S203中所述N型掺杂区的掺杂源为Al，掺杂浓度为1.0×10²⁰cm^-3；所述P型掺杂区的掺杂源为N，掺杂浓度为3.0×10²⁰cm^-3。进行高温退火的温度为1700℃，时间为30min。

优选地，步骤S205中，所使用的淀积方法中，第一Ni层、Ti层、第二Ni层和Pt层采用直流磁控溅射淀积；TaSi₂层采用射频磁控溅射淀积；

第一Ni层、Ti层、第二Ni层和Pt层的淀积功率为100W；TaSi₂层的淀积功率为60W；

Ti层、TaSi₂层和Pt层的淀积速率为2.9nm/min，第一Ni层和第二Ni层的淀积速率为9.8nm/min；淀积时候的腔内真空度≤5e^-6mTorr；

第一Ni层和第二Ni层的淀积气流量为24Ar/sccm，Ti层和Pt层的淀积气流量为16Ar/sccm，TaSi₂层的淀积气流量为20Ar/sccm。

进一步地，第一Ni层厚度为30nm、Ti层厚度为100nm、第二Ni层厚度为30nm、TaSi₂层厚度为300nm以及Pt层厚度为200nm。

其中，对本实施例中的欧姆接触结构进行性能测试的方法如下：

步骤一：选取4H-SiC衬底，对4H-SiC衬底进行标准RCA清洗；

步骤二：利用PECVD工艺，在4H-SiC衬底淀积厚度为100nmSiO₂氧化层；

步骤三：刻蚀氧化层形成离子注入窗口，对4H-SiC衬底N⁺或者P⁺离子注入，形成高掺杂的N区或者P区并进行高温退火；

步骤四：利用掩膜版进行光刻，形成CTLM图形，去除底胶，利用HF去除自然氧化层以及其他杂质。

进一步地，步骤四中形成CTLM图形如图7所示，图7为本实用新型实施例提供的一种CTLM结构版图；

优选地，步骤四中HF配比为HF：H₂O＝1：20。在HF中浸洗2min，之后用清水冲洗去除HF溶液，N₂吹干。

步骤五：在SiC材料上依次淀积第一Ni层、Ti层、第二Ni层、TaSi₂层和Pt层；

步骤六：金属剥离与快速退火形成欧姆接触结构并对所述欧姆接触结构进行性能测试。

进一步地，步骤六中金属剥离具体步骤为：将包括4H-SiC衬底和金属层的整个衬底材料置于丙酮中浸泡约10h至光刻胶层上金属层翘起，之后进行超声约3min至翘起金属完全脱落。如图8所示，图8为本实用新型实施例提供的一种剥离之后金属结构显微镜图片；在显微镜下观察金属环没有粘连。退火的条件为温度975℃，惰性气体的保护氛围中，退火时间2min。

本实用新型利用Pt/TaSi₂/Ni/Ti/Ni/SiC结构制作SiC欧姆接触。首先，Ni与SiC反应。Ti层可以结合由于Ni与SiC反应产生的C，以免游离态的C原子在表面集聚，而使表面粗糙或者失效。退火后Ti的比例明显减少，而TiC合金比例明显上升。第二Ni层作为Ti金属层与TaSi₂金属层之间的粘附层，能有效降低退火温度，以便同时进行N/P型的退火，同时它能改进接触表面样貌，而且此镍层还对Ti的向上扩散起到了阻挡作用。TaSi₂层是防止欧姆接触电极氧化的关键，它能有效阻挡O向下扩散，通过300h老化测试后，TaSi₂层以下O的比例并没有增大，表明TaSi₂层对O的阻挡作用显著。

综上，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以所附的权利要求为准。