專利名稱：用于垂直器件的背部歐姆觸點(diǎn)的低溫形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與半導(dǎo)體材料連接的歐姆觸點(diǎn)。更具體地，本發(fā)明涉及形成與包含多個半導(dǎo)體材料的器件連接的歐姆觸點(diǎn)的方法。
背景技術(shù)：
在微電子領(lǐng)域中，通過依次連接半導(dǎo)體器件而形成電路。一般而言，半導(dǎo)體器件借助于特定電路中的電流的流動而操作并用于控制特定電路中的電流，以完成特定的任務(wù)。要在電路中連接半導(dǎo)體器件，必須制作與半導(dǎo)體器件連接的適當(dāng)?shù)挠|點(diǎn)。由于金屬具有較高的導(dǎo)電性和其它化學(xué)性能，所以它們是用于制造與這種器件連接的觸點(diǎn)的最有用且最方便的材料。
半導(dǎo)體器件和電路之間的金屬觸點(diǎn)應(yīng)當(dāng)最低限度地或優(yōu)選完全不妨礙器件或電路的操作。并且，金屬觸點(diǎn)必須在物理上和化學(xué)上與與其連接或用來固定它的半導(dǎo)體材料相容。具有這些所需特性的觸點(diǎn)類型被稱為“歐姆觸點(diǎn)”。
通常將歐姆觸點(diǎn)定義為相對于半導(dǎo)體的體電阻(bulk resistance)或擴(kuò)展電阻具有極小的觸點(diǎn)電阻的金屬-半導(dǎo)體觸點(diǎn)，見Sze，Physicsof Semiconductor Devices，Second Edition，1981，第304頁。如其中進(jìn)一步說明的那樣，適當(dāng)?shù)臍W姆觸點(diǎn)將不會明顯地改變將其固定在其上的器件的性能，并且它可以以與器件的活性區(qū)域的電壓降相比適當(dāng)較小的電壓降供給任意所需電流。
在現(xiàn)有技術(shù)中，歐姆觸點(diǎn)和歐姆觸點(diǎn)的制造方法是眾所周知的。例如，Glass等的美國專利No.5409859和No.5323022(Glass專利)討論了由鉑和p型碳化硅形成的歐姆觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)以及歐姆結(jié)構(gòu)的制造方法，這里引入其全部內(nèi)容作為參考。雖然歐姆觸點(diǎn)及其制造方法是已知的，但用于制造歐姆觸點(diǎn)的已知方法，尤其使用碳化硅襯底進(jìn)行制作的方法，即使運(yùn)用恰當(dāng)也十分困難。
與獲得歐姆觸點(diǎn)相關(guān)的問題極多并不斷累積。由于空位或電子濃度太低而導(dǎo)致的半導(dǎo)體的導(dǎo)電性變差會妨礙甚至阻止歐姆觸點(diǎn)的形成。同樣地，半導(dǎo)體內(nèi)的空位或電子可動性太差也會妨礙甚至阻止歐姆觸點(diǎn)的形成。如Glass專利中所述，觸點(diǎn)金屬和半導(dǎo)體之間的功函差會產(chǎn)生勢壘，這種勢壘會導(dǎo)致表現(xiàn)出相對于所加電壓呈整流(非歐姆)電流流動的觸點(diǎn)。即使在電子空位濃度極其不同的兩個緊密接觸的相同半導(dǎo)體材料之間，也存在勢壘(固有勢壘)，導(dǎo)致整流而非歐姆觸點(diǎn)。在Glass專利中，通過在p型SiC襯底和觸點(diǎn)金屬之間插入明顯不同的p型摻雜的SiC層解決這些問題。
在形成用于更新一代的鎵和銦基半導(dǎo)體器件的歐姆觸點(diǎn)時遇到更加困難的問題。在半導(dǎo)體和金屬之間形成歐姆觸點(diǎn)需要半導(dǎo)體的正確的合金化和其界面上的觸點(diǎn)金屬。在淀積歐姆觸點(diǎn)金屬的半導(dǎo)體表面上選擇性地增加空位/電子濃度是已知的用于有效改進(jìn)觸點(diǎn)工藝以實(shí)現(xiàn)歐姆觸點(diǎn)的方法。一般通過離子注入實(shí)現(xiàn)這種工藝，通常認(rèn)為這種離子注入是在硅和碳化硅技術(shù)中的可選的摻雜技術(shù)。但是，對于碳化硅，為了減少對于碳化硅晶格的損傷，通常在高溫(一般＞600℃)下進(jìn)行離子注入?！凹せ睢彼⑷氲脑右缘玫剿璧母咻d流子濃度一般需要1600℃以上的退火溫度，通常在硅過壓中。這種離子注入技術(shù)所需的設(shè)備是專用的且價格昂貴。
在高溫離子注入和隨后的退火之后，在注入襯底表面上淀積觸點(diǎn)金屬，并在900℃以上的溫度下對觸點(diǎn)金屬進(jìn)行退火。這種形成觸點(diǎn)的方法用于引入氮化鎵或氮化銦鎵的半導(dǎo)體器件上是不可行的，因?yàn)檫@些化合物會在高溫下分解。
理論上可以解決這個問題的一種方法是，在生長制成半導(dǎo)體器件所必需的易受損的外延層(即氮化鎵層)之前在襯底上形成歐姆觸點(diǎn)。但這種方法并不理想，因?yàn)樗谕庋由L系統(tǒng)中嵌入不希望的污染物觸點(diǎn)金屬。污染物金屬會通過妨礙晶格生長、摻雜、反應(yīng)速度或所有這些因素影響外延生長。另外，金屬雜質(zhì)會降低外延層的光學(xué)和電學(xué)性能。
同樣地，諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的許多半導(dǎo)體器件需要一層半導(dǎo)體氧化物(即二氧化硅)。與常規(guī)離子注入技術(shù)和注入或觸點(diǎn)金屬退火工藝有關(guān)的高溫在氧化物層中引入高應(yīng)力，這會損傷氧化物層、半導(dǎo)體-氧化物界面和器件本身。作為另一種方法，在生成氧化物層之前形成歐姆觸點(diǎn)也不實(shí)際，因?yàn)橛糜谛纬裳趸飳拥难趸h(huán)境對歐姆觸點(diǎn)有不良影響。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以通過下述方法在碳化硅上成功形成歐姆觸點(diǎn)，即，增加其上形成觸點(diǎn)的表面中的載流子濃度、對碳化硅進(jìn)行退火、添加金屬觸點(diǎn)并然后對觸點(diǎn)進(jìn)行退火，但其溫度要足夠低以避免使碳化硅上的任一溫度敏感外延層(即某些笫III族氮化物)退化。
但是，這種技術(shù)仍需要二次退火，從而存在影響外延層的潛在可能性。
因此，需要一種形成用于與半導(dǎo)體器件連接的歐姆觸點(diǎn)的方法，該方法經(jīng)濟(jì)可行且不存在上述制造問題。還需要一種引入歐姆觸點(diǎn)但制造成本更低廉的半導(dǎo)體器件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件引入了歐姆觸點(diǎn)、包含碳化硅、制造成本低廉且可以引入由更多種可選金屬形成的歐姆觸點(diǎn)。
本發(fā)明通過形成用于半導(dǎo)體器件的金屬-半導(dǎo)體歐姆觸點(diǎn)的方法實(shí)現(xiàn)這種目的。該方法包括在具有初始導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底表面中注入所選的摻雜劑材料。所注入的摻雜劑提供與半導(dǎo)體襯底相同的導(dǎo)電類型。在注入摻雜劑后，對注入的半導(dǎo)體襯底進(jìn)行退火，其溫度和時間要足以激活所注入的摻雜劑原子并增加有效載流子濃度。在退火后在半導(dǎo)體材料的注入表面上淀積金屬。在本發(fā)明中，選擇適當(dāng)?shù)膿诫s劑和金屬以使得不需進(jìn)一步的退火就可以形成歐姆觸點(diǎn)，從而可排除這種退火在其它部分上產(chǎn)生任何負(fù)面影響。
本發(fā)明還通過包含具有表面和第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)這些目的。該半導(dǎo)體襯底包含遠(yuǎn)離表面延伸的襯底中的載流子濃度增加的區(qū)域。該器件在襯底的表面上進(jìn)一步包含金屬淀積層，以在金屬和載流子濃度增加的區(qū)域的界面上形成歐姆觸點(diǎn)。
通過以下的結(jié)合用來說明示例性實(shí)施例的附圖對本發(fā)明的詳述，本發(fā)明的上述和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征以及實(shí)現(xiàn)它的方式將變得更加明顯。
附圖簡述

圖1是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的示意斷面圖。
圖2是在根據(jù)本發(fā)明的方法中所用的注入摻雜劑的示意斷面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)光二極管的示意斷面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是引入了歐姆觸點(diǎn)的半導(dǎo)體器件和歐姆觸點(diǎn)的形成方法。
熟悉碳化硅等的寬帶隙半導(dǎo)體和由其形成的半導(dǎo)體器件的人員可以理解，本發(fā)明在制造半導(dǎo)體器件和使用n型碳化硅(SiC)的歐姆觸點(diǎn)時是非常有用的。因此，為了便于解釋，本發(fā)明的以下說明將針對使用SiC的發(fā)明的實(shí)施例。但本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易地認(rèn)識到，本發(fā)明也非常適用于第III族氮化物(例如氮化鎵、氮化鋁鎵和氮化銦鎵)等的其它寬帶隙半導(dǎo)體材料。
寬泛而言，本發(fā)明是包括具有初始的摻雜劑濃度并被賦予初始導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的半導(dǎo)體器件。在優(yōu)選實(shí)施例中，襯底是n型碳化硅。
所要求保護(hù)的半導(dǎo)體器件的特征還在于，由從與外延層相反的襯底的表面向鄰近外延層的表面延伸的載流子濃度增加的區(qū)域限定半導(dǎo)體襯底。在襯底的載流子濃度增加的區(qū)域上淀積金屬層，以在金屬和襯底的界面上形成歐姆觸點(diǎn)。在優(yōu)選實(shí)施例中，金屬選自包含銀(Ag)鋁(Al)、鎳(Ni)、鈦(Ti)和鉑(Pt)的組。
參照圖1，給出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件10的示意圖。器件10包含半導(dǎo)體襯底12，為了便于解釋，認(rèn)為它是SiC。但可以理解，在實(shí)施本發(fā)明時可以使用其它寬帶隙半導(dǎo)體材料作為襯底。
完成半導(dǎo)體器件所必須的附加構(gòu)件14的位置鄰近SiC襯底12。例如如圖1所示，半導(dǎo)體器件可以為具有依次為p型和n型半導(dǎo)體材料的外延層14a、14b和14c的發(fā)光二極管(“LED”)。在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明為LED、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(“MOSFET”)、激光器或肖特基整流器等的包含鄰近其上形成電接觸的導(dǎo)電性半導(dǎo)體襯底的幾個外延層的半導(dǎo)體器件。如后文所述，根據(jù)本發(fā)明的器件特別適于包括具有低熔點(diǎn)或低分解溫度的材料或包括熱敏結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件。這種材料包含氮化鎵、氮化銦鎵、氮化鋁鎵的第III族氮化物，或者這種器件包含諸如SiC-SiO2界面的敏感界面。
所要求保護(hù)的器件的特征還在于，在半導(dǎo)體襯底的背部具有載流子濃度增加的區(qū)域16。換句話說，半導(dǎo)體襯底，這里為SiC，在與外延層相反的襯底的表面上的載流子濃度大于襯底的其它部分中的載流子濃度。
表示載流子濃度增加的區(qū)域16的邊界的線是虛線，以表示不存在載流子濃度在襯底12中發(fā)生突變的明顯邊界。隨著到襯底的背面的距離增加，載流子濃度降低，直至載流子濃度等于初始的載流子濃度。如后文所述，通過使用通常與半導(dǎo)體材料相關(guān)的摻雜劑由室溫離子注入技術(shù)形成載流子濃度增加的區(qū)域。
例如仍如圖1所示，由10泛指的所要求保護(hù)的器件的優(yōu)選實(shí)施例包含摻雜了氮的n型SiC襯底。SiC襯底12優(yōu)選從輕微摻雜到高度摻雜，且其初始載流子濃度為約1×1015～約1×1019cm-3。術(shù)語“輕微”和“高度”不十分嚴(yán)格，用于表示初始的載流子濃度會出現(xiàn)相當(dāng)大的變化。通過在與外延層14相反的表面上離子注入所選的摻雜劑材料，形成載流子濃度高于襯底12的其它部分的區(qū)域16。磷(P)是優(yōu)選的注入摻雜劑，且優(yōu)選在這樣的水平下進(jìn)行離子注入，即使得在襯底的背部形成載流子濃度為約1×1019～約1×1020cm-3且始終大于初始載流子濃度的截流子濃度增加的區(qū)域。
雖然申請人無意受限于特定理論，但有證據(jù)表明，形成截流子濃度增加的區(qū)域16使得可以形成具有歐姆性能的金屬觸點(diǎn)，尤其當(dāng)通過離子注入形成該區(qū)域時。在優(yōu)選實(shí)施例中，在SiC襯底的截流子濃度增加的區(qū)域16的表面上淀積所選的熔點(diǎn)、汽壓和物理化學(xué)性能適于整個半導(dǎo)體器件的觸點(diǎn)金屬18，以在金屬和襯底之間形成界面20。優(yōu)選的金屬包含銀、鈦、鋁、鎳和鉑。優(yōu)選地，所選的金屬的功函數(shù)小于或等于鉑的功函數(shù)。對于金屬的優(yōu)選取決于器件的預(yù)期應(yīng)用。例如，在觸點(diǎn)的反射率十分重要的應(yīng)用條件下，鋁或銀可能是優(yōu)選的。在需要極其穩(wěn)定和非電抗觸點(diǎn)金屬的應(yīng)用條件(例如，包含極端溫度的應(yīng)用條件)下，鉑可能是優(yōu)選的觸點(diǎn)金屬。當(dāng)由第III族氮化物(即，Ga、Al和In的氮化物和它們的三元和四元組合物)形成發(fā)光二極管時，本發(fā)明的方法具有特別的優(yōu)點(diǎn)。首先，消除了觸點(diǎn)退火步驟，從而改善在添加觸點(diǎn)金屬前將第III族氮化物外延層添加入SiC襯底中的技術(shù)。另外，使用磷作為添加的摻雜劑使得作為歐姆觸點(diǎn)的金屬的選擇多樣化。特別地，使用銀(Ag)或鋁(Al)等的反光金屬作為歐姆觸點(diǎn)可以大大增加用這種方法形成的LED的光輸出。
并且，雖然申請人無意受限于任何特定理論，但形成截流子濃度增加的區(qū)域以用作觸點(diǎn)金屬的受體是有用的。因此，在另一實(shí)施例中，本發(fā)明包括上述半導(dǎo)體器件中所用的歐姆觸點(diǎn)的形成方法。
寬泛而言，本發(fā)明是形成用于半導(dǎo)體器件的金屬-半導(dǎo)體觸點(diǎn)的方法。在優(yōu)選實(shí)施例中，該方法包括在n型碳化硅襯底中注入磷。但本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易地認(rèn)識到，本發(fā)明也非常適用于其它半導(dǎo)體材料。在注入所選的摻雜劑材料之后是退火步驟。在該退火步驟中，所注入的SiC襯底的退火溫度和時間要足以激活所注入的磷原子，以在SiC襯底中有效增加所注入的摻雜劑原子的截流子濃度。然后在SiC襯底的注入表面上淀積觸點(diǎn)金屬。
在最寬的實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底可以包含具有微量、中等、高的初始摻雜劑濃度的n型或p型襯底。例如，當(dāng)n型SiC為襯底時，SiC襯底的初始摻雜劑濃度可以為約1×1015cm-3(微量摻雜)～1×1019cm-3(高度摻雜)。術(shù)語“微量”、“中等的”和“高的”不十分嚴(yán)格，用于表示在襯底材料中的摻雜劑的初始濃度可能有所不同。試驗(yàn)已表明，實(shí)施本發(fā)明時，中等至高度摻雜的襯底可以得到最佳的結(jié)果。
然后將磷注入n型碳化硅襯底中并進(jìn)行退火。優(yōu)選地，在室溫下注入磷，且在約1000℃以上的溫度下進(jìn)行隨后的退火，并且最優(yōu)選在大于1300℃的溫度下進(jìn)行隨后的退火。在優(yōu)選實(shí)施例中，用氮對n型SiC進(jìn)行初始摻雜。
本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易地認(rèn)識到，可以在高溫下注入摻雜劑材料。事實(shí)上，就SiC而言，為了降低對SiC晶格結(jié)構(gòu)的損傷，通常優(yōu)選高溫注入。但就SiC而言，高溫離子注入限制了本發(fā)明的商業(yè)用途。在注入工藝中可加熱SiC襯底的離子注入設(shè)備是非典型且昂貴的，一般用于研究和開發(fā)，而不能用作低成本大批量的生產(chǎn)。并且，當(dāng)將SiC襯底加熱到高溫時，必須以不致產(chǎn)生破裂的速度進(jìn)行加熱和冷卻，由此使生產(chǎn)過程放慢。
因此，室溫注入是本發(fā)明所用的優(yōu)選注入方法。已發(fā)現(xiàn)，室溫注入磷，隨后在可達(dá)到1300℃并容納100個以上襯底晶片的簡易開孔爐子中進(jìn)行退火可實(shí)現(xiàn)滿意的結(jié)果并大大提高產(chǎn)量。
優(yōu)選室溫注入摻雜劑以在半導(dǎo)體襯底的注入表面附近產(chǎn)生摻雜劑濃度增加的區(qū)域。圖2是根據(jù)本發(fā)明的注入工藝的示意圖。在該實(shí)例中，以1015cm-2以上的劑量用25～100keV的能量將原子磷24注入初始摻雜劑濃度為約1×1018cm-3的n型SiC襯底22中。在某些情況下，可以使用一種以上的注入能量以產(chǎn)生塊狀或分級摻雜劑分布?！皦K狀分布”指的是摻雜劑原子的濃度在一定的厚度上基本保持同一水平的摻雜劑分布。通過使用多種注入能量可近似地實(shí)現(xiàn)塊狀分布。在一個實(shí)施例中，注入工藝在SiC襯底的注入表面附近形成區(qū)域26，其厚度為約1000埃，在注入表面附近的總體化學(xué)摻雜劑濃度為約1020～1021cm-3，并隨著到注入表面的距離增加，注入摻雜劑的濃度降低。在摻雜劑濃度增加的區(qū)域26以外的摻雜劑濃度基本保持與初始摻雜劑濃度相同。由虛線表示載流子濃度增加的區(qū)域26的邊界，以表示區(qū)域26與襯底的其它部分之間的載流子濃度變化不十分明顯而是漸變的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識到，可以很容易地改變注入的能量或劑量，以實(shí)現(xiàn)所需的濃度和厚度。例如，可以進(jìn)行多重注入，以產(chǎn)生較厚的摻雜劑濃度增加的區(qū)域，使得即使在后面的工藝步驟中去除一些材料也可以制成歐姆觸點(diǎn)。
如上所述，必須對注入的襯底進(jìn)行退火。需要退火是因?yàn)橐恍┧⑷氲膿诫s劑離子不是在注入后就馬上具有“活性”。術(shù)語“活性”用于說明所注入的離子可有助于注入襯底的總體截流子濃度。
在注入工藝中，基本由摻雜劑離子轟擊SiC襯底的晶格。這些離子沖入晶格中并在那里保留下來。這種轟擊不會導(dǎo)致?lián)诫s劑離子在存在的晶格中的理想嵌入。許多摻雜劑離子的初始定位會防止離子成為晶格中的“活性”參與者，其自身可能受到轟擊的損傷。對注入的SiC襯底進(jìn)行退火(即加熱)提供了這樣一種機(jī)制，它使得注入離子和襯底的晶格可以以更有序的方式進(jìn)行重排并從在摻雜劑注入的過程中引入的損傷中回復(fù)。
為了便于解釋，使用約整數(shù)，則可以認(rèn)為注入工藝如下。如果在具有初始濃度為x個磷原子的n型SiC襯底中注入100個磷離子，則在注入后襯底可能會立即表現(xiàn)出僅與具有“x+10”個磷離子的襯底相關(guān)的特性。但是，如果隨后對襯底進(jìn)行退火，并容許注入的離子停留在晶格中的位置，則襯底會表現(xiàn)出與具有“x+90”個磷離子的襯底相關(guān)的特性。因此，退火步驟“激活”了約80個注入的磷離子。
試驗(yàn)表明，在約1000℃以上的溫度下，尤其在約1300℃以上的溫度下，對室溫下注入的SiC襯底進(jìn)行退火約2個小時或更短時間，將得到滿意結(jié)果?？梢院苋菀椎貙囟群蜁r間進(jìn)行調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)更充分激活的注入劑。
包含上述注入襯底的半導(dǎo)體器件具有至少一個外延層?？梢砸员绢I(lǐng)域技術(shù)人員知道的任何一種方式生長該外延層。但是，所需的外延層或后續(xù)制造的器件可以由能夠承受注入襯底的高溫退火的材料(即氮化鎵或氧化硅)制成或包含這種材料。在這種情況下，可以在注入摻雜劑后形成外延層。如果由能夠承受高溫退火的材料制成外延層，諸如碳化硅外延層，那么可以在注入摻雜劑和激活前形成該外延層。
在對半導(dǎo)體襯底進(jìn)行注入并形成經(jīng)過退火的摻雜劑濃度增加的區(qū)域后，在襯底的載流子濃度增加的區(qū)域的表面上施加所選的形成歐姆觸點(diǎn)的金屬。該金屬可以為形成電接觸時通常采用的任意金屬，該金屬具有適當(dāng)?shù)母呷埸c(diǎn)和汽壓并不與襯底材料發(fā)生有害的交互作用。優(yōu)選的金屬包含銀、鋁、鎳、鈦和鉑。優(yōu)選地，該金屬的功函數(shù)等于或小于鉑的功函數(shù)。
優(yōu)選地，在襯底表面上淀積觸點(diǎn)金屬，以形成歐姆觸點(diǎn)層。如前所述，以及在對母申請方法的改善方案中，使用磷作為注入的摻雜劑為歐姆觸點(diǎn)提供了更多可選擇的觸點(diǎn)金屬，并得到不需任何進(jìn)一步的退火步驟的歐姆觸點(diǎn)。
在本發(fā)明的另一特定實(shí)施例中，對n型SiC襯底首次注入的能量為25keV，劑量為1015cm-2的原子磷，然后第二次注入為50keV和1015cm-2，第三次注入為100keV和1015cm-2，從而制成根據(jù)本發(fā)明的歐姆觸點(diǎn)。在注入后，在爐子中在氬氣氣氛中進(jìn)行活性退火，溫度為1300℃，時間為75分鐘。然后，以150埃的厚度在注入的表面上淀積作為觸點(diǎn)金屬的鈦。所得到的觸點(diǎn)不需要任何進(jìn)一步的退火就可以得到滿意的歐姆性能。
對于光電探測器、發(fā)光二極管(LED)、激光器、諸如金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的功率器件、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、pn結(jié)和肖特基整流器，以及諸如SIT(靜電感應(yīng)晶體管)的微波器件等的垂直器件，本發(fā)明具有很大的優(yōu)點(diǎn)。對于檢測器、LED和激光器，不能在會嚴(yán)重?fù)p傷各層的溫度下對外延生長的第III族氮化物氮化鎵和氮化銦鎵層進(jìn)行退火。對于氮化銦鎵，隨著合金中的銦成分增加，高溫下的時間變得更加苛刻。去掉背部觸點(diǎn)退火溫度也降低了在SiC襯底上生長并存在應(yīng)力的異質(zhì)外延膜中的破裂的可能或銦或鎵成分分解的可能。
對于在襯底上生長且熱生長或熱再生(再氧化或退火)SiC同質(zhì)外延膜的功率器件，氧化物對于器件的性能具有不可或缺的功能，且較低的退火溫度具有優(yōu)勢。背部金屬觸點(diǎn)不能受到生長SiC-二氧化硅界面所需的氧化氣氛的影響。因此，必須在生長二氧化硅(再氧化或再生長)之后淀積背部歐姆觸點(diǎn)并進(jìn)行退火。不幸的是，在現(xiàn)有技術(shù)中，需要約850℃或850℃以上的退火溫度(更加典型地，900～1050℃)，以隨后在襯底的背部形成觸點(diǎn)，這會由于熱膨脹率的不匹配而在SiC-二氧化硅界面中產(chǎn)生缺陷。這對于MOSFET和IGBT尤其不利。因此，通過取消觸點(diǎn)退火，在這些類型的器件的制造和性能方面，本發(fā)明具有相當(dāng)大的優(yōu)點(diǎn)。
另一方面，本發(fā)明是引入注入和本發(fā)明的歐姆觸點(diǎn)的發(fā)光二極管。圖3是由30泛指的這種發(fā)光二極管的示例性示意圖。在本實(shí)施例中，發(fā)光二極管30包含分別具有第一和第二表面32和33的n型碳化硅襯底31。該二極管包含襯底31的第一表面32上的第III族氮化物活性層34。如上面的實(shí)施例所述，該二極管還包含襯底31中的載流子濃度增加的區(qū)域35，該區(qū)域35從襯底31的第二表面33延伸到第一表面32，其特征在于磷濃度從第二表面33到第一表面32逐漸增加。
在襯底的第二表面上具有歐姆觸點(diǎn)36，并在器件30的相反一側(cè)上制成另一歐姆觸點(diǎn)37。在所說明的實(shí)施例中，二極管30包含附加的p型觸點(diǎn)層40，該p型觸點(diǎn)層在活性區(qū)域34和歐姆觸點(diǎn)37之間提供部分導(dǎo)電路徑。
對于熟悉這些器件的人員和本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，還可以理解，活性區(qū)域34可以為一個或多個通常可以包括同質(zhì)結(jié)(homojunction)、單異質(zhì)結(jié)(single heterojunction)、雙異質(zhì)結(jié)、超晶格和量子阱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。在本領(lǐng)域中很容易理解用于活性層的這些結(jié)構(gòu)，且在共同受讓和共同未決的2001年5月30日提交的申請No.60/294308和在2001年5月30日提交的No.60/294378中提出了示例性的器件和結(jié)構(gòu)。在此引入這兩個申請的內(nèi)容作為參考。
同樣地，活性區(qū)域34和形成活性區(qū)域34的結(jié)構(gòu)通常由一種或多種第III族氮化物形成，通常將這種氮化物化合物理解為包含氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化銦鎵、氮化鋁銦和氮化鋁銦鎵。還通常將這些化合物縮寫為InxGayAl(1-X-Y)N，在本技術(shù)領(lǐng)域中很容易理解這些縮寫和它們的意思，這里就不再對其進(jìn)行特別詳述。
在更優(yōu)選的實(shí)施例中，與襯底31連接的歐姆觸點(diǎn)36選自包含鋁、鈦、鎳、銀和鉑的組。在一些應(yīng)用情況下，銀具有許多優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括其作為貴金屬的高的可加工性和用于觸點(diǎn)的優(yōu)異的電學(xué)性能。由于銀和鋁的較高的反射特性，而這會提高LED 30等的光學(xué)器件的效率和輸出，所以對于發(fā)光二極管它們有特別的優(yōu)點(diǎn)。其它金屬會更適于其它的應(yīng)用。例如，鈦和鎳具有優(yōu)良電學(xué)特性，但反射特性不高。
SiC技術(shù)還處于初期階段，許多提出的器件和材料結(jié)構(gòu)仍處于檢驗(yàn)和開發(fā)階段。對于這些工藝的進(jìn)一步的開發(fā)可能會導(dǎo)致更低的退火溫度，最終導(dǎo)致金屬和淀積的半導(dǎo)體之間的歐姆觸點(diǎn)(即，無需退火)。
為了使讀者在無須不適當(dāng)實(shí)驗(yàn)的情況下就能實(shí)施本發(fā)明，參照一定的優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳述。但是，具有本領(lǐng)域的通常技術(shù)的人員將很容易地認(rèn)識到，在不背離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，在一定程度上可以改變和修改其中的許多成分和參數(shù)。并且，題目、標(biāo)題等用于增加讀者對于本文件的理解，而不應(yīng)被視為對本發(fā)明的范圍的限制。因此，只有下面的權(quán)利要求書和合理的延伸和等同物才限定本發(fā)明的知識產(chǎn)權(quán)的權(quán)利。
權(quán)利要求
1.一種形成與半導(dǎo)體器件的碳化硅連接的歐姆觸點(diǎn)的方法，該方法包括在n型碳化硅襯底的表面中注入磷原子，以在碳化硅襯底上形成磷濃度增加的層；對注入的碳化硅襯底進(jìn)行退火；以及在碳化硅的注入表面上淀積金屬層，從而在磷注入碳化硅和淀積的金屬之間形成歐姆觸點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括在室溫下注入磷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括對注入的碳化硅襯底進(jìn)行退火后，在碳化硅襯底的與注入表面相反的表面上生長至少一層外延層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在約1000～1300℃的溫度下對注入的碳化硅襯底進(jìn)行退火。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在約1300℃以上的溫度下對注入的碳化硅襯底進(jìn)行退火。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述金屬選自包含鈦、鋁、鎳、銀和鉑的組。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，磷濃度隨著遠(yuǎn)離所述表面而逐漸增加。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，對于所述碳化硅襯底中的一定的厚度，所述磷濃度處于大致同一水平。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述載流子濃度增加的層的厚度至少為約1000。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括以多個注入能量級注入磷。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，包括注入磷時的注入能量級為25keV，劑量等于或大于1015cm-2。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，進(jìn)一步包括注入磷時的注入能量級為50keV，劑量等于或大于1015cm-2。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，進(jìn)一步包括注入磷時的注入能量級為100keV，劑量等于或大于1015cm-2。
14.一種半導(dǎo)體器件，包括具有第一表面和第二表面的n型碳化硅襯底；所述碳化硅襯底的所述第一表面上的至少一個外延層；位于所述碳化硅襯底上并從所述襯底的所述第二表面向所述第一表面延伸的磷濃度增加的區(qū)域；以及在所述半導(dǎo)體器件的所述第二表面上淀積并在所述金屬和所述載流子濃度增加的區(qū)域的界面上形成歐姆觸點(diǎn)的金屬層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬選自包含鈦、鋁、鎳、銀和鉑的組。
16.一種半導(dǎo)體器件，包括具有第一表面和第二表面并具有使其具有n型導(dǎo)電性的初始載流子濃度的碳化硅襯底；碳化硅襯底的所述第一表面上的至少一個外延層；位于所述碳化硅襯底上并從所述碳化硅襯底的所述第二表面向所述第一表面延伸的截流子濃度增加的區(qū)域，該區(qū)域的特征在于，從所述第二表面到所述第一表面磷濃度逐漸降低；以及在所述碳化硅襯底的所述第二表面上的歐姆觸點(diǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述碳化硅襯底中的初始載流子濃度大于約1×1014cm-3。
18.根據(jù)權(quán)利要求14或17的半導(dǎo)體器件，其特征在于，載流子濃度增加的區(qū)域中的載流子濃度為約1×1019cm-3～1×1020cm-3且大于所述碳化硅襯底的其它部分中的載流子濃度。
19.根據(jù)權(quán)利要求14或16的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述外延層選自包含碳化硅、第III族氮化物和硅、鎵、鋁或銦的氧化物的組。
20.一種發(fā)光二極管，包括分別具有第一和第二表面的n型碳化硅襯底；所述襯底的所述第一表面上的第III族氮化物活性區(qū)域；所述活性區(qū)域上的外延層；位于所述碳化硅襯底上并從所述碳化硅襯底的所述第二表面向所述第一表面延伸的載流子濃度增加的區(qū)域；所述襯底的所述第二表面上的歐姆觸點(diǎn)；以及所述外延層上的歐姆觸點(diǎn)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的發(fā)光二極管，其特征在于，所述載流子濃度增加的區(qū)域的磷濃度從所述第二表面到所述第一表面逐漸降低。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的發(fā)光二極管，其特征在于，所述活性區(qū)域包含選自同質(zhì)結(jié)、單異質(zhì)結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)、超晶格和量子阱的組中的結(jié)構(gòu)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的發(fā)光二極管，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)的一個或多個部分選自包含氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化銦鎵、氮化鋁銦和氮化鋁銦鎵的組。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的發(fā)光二極管，其特征在于，所述活性區(qū)域選自包含氮化鎵、氮化鋁、氮化銦、氮化鋁鎵、氮化銦鎵、氮化鋁銦和氮化鋁銦鎵的組。
25.根據(jù)權(quán)利要求20的發(fā)光二極管，其特征在于，與所述襯底連接的所述歐姆觸點(diǎn)選自包含鈦、鋁、鎳、銀和鉑的組。
全文摘要
提供一種形成與半導(dǎo)體器件的碳化硅連接的歐姆觸點(diǎn)的方法，該方法包括在碳化硅襯底的表面中注入雜質(zhì)原子，以在碳化硅襯底上形成雜質(zhì)原子濃度增加的層；對注入的碳化硅襯底進(jìn)行退火；以及在碳化硅的注入表面上淀積金屬層。無須淀積后退火步驟，該金屬就能在碳化硅襯底上形成“淀積態(tài)”的歐姆觸點(diǎn)。
文檔編號H01L33/00GK1579008SQ02821594
公開日2005年2月9日 申請日期2002年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月31日
發(fā)明者小戴維·B·斯萊特, 亞歷山大·蘇沃洛夫 申請人:克里公司