本公开一般涉及在碳化硅衬底之上制造金属硅化物层的方法和包括这种金属硅化物层的半导体器件。
背景技术：
1、金属硅化物层在半导体器件中被称为具有良好欧姆特性的接触材料。例如，通过气相沉积溅射法在n型碳化硅衬底上形成镍成分为特定原子%的镍-硅合金层，然后进行shinji等人的退火处理（jp-h-0799169a）。
2、已经描述了使用自对准（“自对准硅化物（salicide）”）工艺在n型4h碳化硅上替选制造硅化镍接触（例如kuchuk等人，2008，j.phys：conf. ser. 100 042003）。自对准硅化物工艺在微电子工业中被描述为直接形成半导体器件和其上提供的金属接触之间的电接触。该工艺包括金属薄膜与硅在含硅半导体衬底的表面区中或在例如晶体管、二极管或功率mosfet的半导体器件的有源区中的反应。如此形成的低电阻金属硅化物层在半导体衬底的界面处可以用作硅化物接触。与溅射方法相反，使用自对准硅化物工艺的接触形成通常不需要光刻图案化工艺。
3、在sic衬底和金属接触层的界面处产生欧姆接触需要在金属化后退火步骤中的相对高的温度以及在半导体衬底和金属硅化物层的界面处形成nisi晶粒的强取向生长（参见kuchuk等人，2012，material science forum，第717-720卷，第833-836页）。然而，金属化后退火步骤有时会导致金属硅化物层内的碳颗粒或表面或碳化硅界面处的中间碳层形成（例如碳化物层），并因此由于再结晶工艺和金属接触层的分层而导致半导体层和金属接触层的界面处的欧姆接触品行的损失。因此，通常执行附加的步骤，这增加了在半导体上尤其是在sic基衬底的半导体上制造欧姆接触的成本。
4、鉴于上述情况，需要提供用于sic基的半导体器件中的金属硅化物层的替代制造工艺，其能够以高效且成本敏感的方式制造适于欧姆品行的接触。此外，需要提供具有可靠接触的半导体sic基器件，所述可靠接触具有良好均匀性和再现性。
技术实现思路
1、一些实施例涉及在碳化硅（sic）衬底之上制造金属硅化物层的方法。在提供sic衬底之后，所述方法包括对sic衬底的表面区进行激光热退火，从而将sic衬底表面区中的sic材料分成多晶sic层、多晶sic层之上的硅层、以及硅层之上的碳层。所述方法还包括通过去除碳层的至少大部分碳材料来暴露硅层的表面。术语“大部分”确实是指碳层的大部分碳材料或基本上所有碳材料被去除，并且硅层在其大部分部分中通过该去除步骤而暴露出。由此可获得的碳化硅衬底之上的层堆叠中的低含量的剩余碳减少了在例如热处理或退火步骤之类的后续处理步骤期间碳颗粒的产生。
2、该实施例的方法还包括在暴露的硅层之上沉积金属层以形成至少硅层和金属层的堆叠，以及热处理至少硅层和金属层的堆叠。通过热处理硅层和金属层，形成金属硅化物层，其包括由金属层的金属和主要包含在硅层中的硅制成的金属硅化物。碳化硅层的分解和使用由此产生的硅形成硅化物在某些情况下是可能的，但是这不是优选的，因为通过该分解反应增加了游离碳的含量。此外，由此可以最小化或避免从衬底消耗sic材料，从而可以实现所生产的半导体在器件之间的均匀性。特别是，如果sic材料的消耗被最小化，则可以降低从晶片到晶片的衬底厚度的分布。因此，例如，硅层被调整为足够厚，以在硅化物反应期间提供足够的硅材料用于硅化物形成。
3、sic衬底可以包括sic晶片或一个或多个外延层中的至少一个或由其组成。外延层可以包括外延结构，例如，该外延结构设置在外延层或sic晶片的表面区内或表面区上。例如，衬底可以仅包括外延层并且可以没有sic晶片。例如，已经用于外延生长的晶片可能已经在之前的工艺步骤中被去除。在另一示例中，sic晶片可以至少部分地存在于衬底中，例如在sic衬底的背侧，而在sic衬底的前侧的sic晶片上设置一个或多个外延层。然后，将被提供有接触的碳化硅衬底可以是在其背侧的sic晶片。例如，本文所述的方法可用于在衬底的（多个）前侧外延层处提供金属硅化物接触。尽管本说明书主要涉及用于使背侧半导体表面与金属硅化物层进行接触的方法，但通常其也可用于在例如功率mosfet、sic基的二极管或j-fet中提供前侧和/或背侧接触。术语“前侧”和“背侧”（也称为“后侧”）是参考附图部分中所示的示例中的取向而使用的。由于实施例的组件可以以若干不同的取向定位，所以方向术语仅用于说明的目的，并且决不应被认为是限制性的。
4、在本说明书中，术语“之上”确实是指第一层在衬底表面之上或第二层之上。因此，第一层可以直接在衬底或第二层上，或者可以直接延伸到另一层或要素上，或者也可以存在中间层或要素。相反，当一层或一个要素被称为“直接在”另一层或要素“上”或“直接延伸到”另一层或要素“上”时，不存在中间层或要素。
5、在该实施例中，激光热退火（lta）是使用具有高能的激光束至少热处理碳化硅衬底表面，由此通常引起碳化硅衬底中的外延重排，使得在处理的碳化硅衬底表面附近产生多晶层。通常，该多晶层是3c-sic层。通常，激光热退火工艺产生具有单晶碳化硅衬底层、晶体或多晶碳化硅层、通常也是多晶的硅层以及顶部碳层的衬底结构。这种在合适的能量密度下的外延重排可被描述为升华样相变过程，其中，碳化硅的晶体结构被分解，并且成分同时分离。这通常会得到具有多晶碳化硅层的特定层堆叠，在该多晶碳化硅层上形成分解的碳化硅衬底结构的薄硅层和薄碳层。所得到的层的堆叠具有这样的优点，即：已经产生多晶碳化硅相，并且由于3c-sic的形成，典型地具有低带隙。低带隙可以足以产生具有低电阻率的欧姆接触。此外，多晶层之上的薄硅层允许在随后的热处理过程中在与衬底中的碳化硅材料或sic层相比较低的温度下的包含于其中的硅材料的自对准硅化物形成。
6、在本技术的上下文中，暴露硅层的表面意味着，例如在碳化硅衬底的热退火期间，可以在至少一些部分中去除在硅层的表面之上产生的碳层和任何间断层。为了提高所获得的欧姆接触的可靠性和/或避免硅化物和/或金属层的分层，例如，将去除碳或任何间断层的大部分或所有部分以暴露硅层的表面。特别是，可以完全去除碳层的碳材料，或者可以去除碳层的碳材料的至少大部分，以降低在制造金属硅化物层的方法的接下来的步骤期间在硅层的表面之上产生碳颗粒的可能性或者基本上避免其。在该步骤中将碳含量降低到最小含量，使得仅仅不可避免的碳材料的残留物保留在碳化硅衬底之上的层堆叠中可以降低由于金属硅化物层中缺少碳而引起的金属接触的分层动作的风险。因此，可以实现稍后将提供的金属接触的更高可靠性和更好粘附。
7、如此制备的暴露的硅层准备好在硅层的表面之上沉积金属层，并且热处理至少硅层和金属层的堆叠，从而形成金属硅化物层。在一些示例中，一个或多个金属层和一个或多个硅层可以被包括在至少硅层和金属层的堆叠中。如果沉积了相同材料的多于一个层，则可以交替地堆叠层堆叠。在一些实施例中，可以优选地，在上述步骤中暴露的硅层上沉积附加的硅层，以便加厚与多晶sic层直接接触的硅材料。每一层的厚度以及几个硅和金属层的硅和金属的总含量可以根据在至少一个硅层和一个金属层的堆叠的热处理期间作为硅化物接触所产生的金属硅化物而变化。
8、根据该实施例，与在金属层中包含的金属和sic衬底中包含的sic之间执行硅化物反应的情况相比，用于硅化物反应的温度可以显著地更低。对于硅化镍来说，金属与来自硅层的硅的硅化物反应的合适温度范围在约250℃至约800℃之间，且更特别是约350℃至700℃，例如约450℃。其他金属硅化物可能需要更高的温度范围。这些温度允许调整硅层内的硅化物反应，而不是消耗多晶sic层的sic衬底中的sic材料。因此，可以改善半导体器件的金属硅化物层和sic结构的均匀性。特别是，使用本文所述的方法可以使晶片与晶片之间的层厚度差异最小化。这也增加了设置在sic衬底上的欧姆接触的可靠性。
9、本文描述的另一实施例涉及一种通过提供sic衬底、在sic衬底之上沉积至少一个硅层、以及在硅层之上沉积金属层来在碳化硅（sic）衬底之上制造金属硅化物层的方法。然后，可以通过激光热退火来加热sic衬底和sic衬底之上的层的堆叠，从而形成金属硅化物层，所述金属硅化物层包括由金属层的金属和主要包含在硅层中的硅制成的金属硅化物。
10、与本技术的上述实施例中描述的实施例相同的衬底可以用作碳化硅衬底。因此，sic衬底可以包括sic晶片或一个或多个外延层中的至少一个或由其组成。在该sic衬底之上，可以沉积硅层。硅层可以沉积成足够的厚度，以便为随后的硅化物工艺提供足够的硅材料。
11、在本文所述方法的一些实施例中，可以通过合适的注入方法将用作施主的掺杂原子注入到sic衬底的表面区中。注入步骤可以直接注入sic衬底中或通过sic衬底之上提供的硅层进行。由此，硅层可以用作能量吸收层。因此，可以以这样的方式调整注入深度，即：大部分注入的掺杂剂接近sic衬底的表面，这意味着接近sic衬底和硅层之间的界面，如果该层直接提供在其上的话。或者，掺杂原子可以注入硅层的表面区中，或者相同或不同的掺杂原子可以注入sic衬底和硅层中。所获得的注入物可以例如用作接触注入物。可以选择注入期间的注入剂量和注入温度，使得在用于激活掺杂剂（例如，使用高能量和大约1500或更高的温度，例如大约1700℃）和用于通过硅化物反应（例如，较低能量和较低温度）形成金属硅化物层的随后的激光热退火工艺期间，防止晶体材料的非晶化以及碳化硅衬底内的注入的掺杂剂的显著移动。掺杂剂的激活可以用sic衬底表面区的相同激光热退火来进行，在此期间通过如上所述分离sic材料来产生多晶sic层。
12、在上述实施例中用于触发硅化物反应的激光热退火工艺期间，其不同于用于激活掺杂剂的lta或用于在衬底中产生多晶sic层的lta，温度可以在大约250℃至大约800℃之间选择，更特别是，大约350℃至700℃。同时，加热至少一个金属层和至少一个硅层的堆叠，并且产生作为接触层的金属硅化物层。通常，如在此所述的第一实施例的衬底处理步骤中那样，以较低的能量密度进行激光热退火。当使用具有150ns至170ns（例如160ns）的脉冲持续时间和300nm至330nm（例如308nm）的波长的激光系统时，示例性的能量密度在室温下在约2.0至3.5j/cm2之间，更特别是低于约3.0j/cm2。因此，根据该实施例的激光热退火工艺得到至少具有单晶碳化硅衬底层和用于使层堆叠与金属接触进行接触的金属硅化物层的衬底结构，其中，金属硅化物层至少在其表面的一些部分中与碳化硅衬底层直接接触，从而降低如此提供的分层的金属接触的电阻率。
13、在该分层金属接触之上可以提供一个或多个金属层作为附加的接触材料，例如，其可以容易地被焊接，从而在sic基半导体衬底处产生欧姆接触。由此描述的方法使用金属硅化物层产生可靠的欧姆接触，同时最小化或避免在金属硅化物层的制造期间碳化硅衬底的消耗。该方法可用于在单晶sic衬底的背侧和/或前侧提供具有良好均匀性和再现性的可靠欧姆接触。
14、进一步的实施例涉及具有至少三层结构的半导体器件，所述三层结构即sic衬底层、多晶sic层和金属硅化物层，其中，多晶sic层与sic层和金属硅化物层两者直接接触。在上下文中，直接接触是指在层的界面的大部分中没有阻碍sic衬底和金属硅化物层之间的电接触的介入层。这些半导体器件通常具有良好的欧姆接触，其具有良好的均匀性和再现性。最后，可在这种半导体器件的金属硅化物层上设置金属接触，用于半导体器件结构的互连。
15、当然，本公开并不局限于上述特征和优点。实际上，本领域技术人员在阅读以下详细描述并查看附图后应当可以认识到附加的特征和优点。