專利名稱：半絕緣碳化硅襯底鈦歐姆接觸電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元器件的制備方法，尤其涉及一種半導(dǎo)體電極的制備方法，更具體的說，是一種半絕緣碳化硅襯底鈦歐姆接觸電極的其制備方法，屬于半導(dǎo)體電極技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，Si材料作為占據(jù)統(tǒng)治地位的半導(dǎo)體器件已經(jīng)發(fā)展了近半個世紀(jì)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們對微電子器件性能的追求，使得半導(dǎo)體器件的特征尺寸不斷縮小，單個晶體管尺寸逐漸達到了物理和技術(shù)的雙重極限，以傳統(tǒng)Si作為溝道材料的CMOS器件的遷移率相對性能要求越來越低，已經(jīng)無法滿足半導(dǎo)體器件性能不斷提升的要求。人們正在加緊尋找新型方法和材料，以保持微電子器件快速更新?lián)Q代的步伐。目前，以砷化鎵(GaAs)磷化銦(InP)等為代表的第二代半導(dǎo)體不斷向Si材料提出挑戰(zhàn)，并廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、光通信、GPS導(dǎo)航等領(lǐng)域，提高了器件和電路的速度。而且6英寸GaAs已經(jīng)商業(yè)化生產(chǎn)，8英寸也已試驗成功。但是，仍然滿足不了現(xiàn)在高端技術(shù)和軍工發(fā)展的大功率、高頻、熱穩(wěn)定等要求。新型半導(dǎo)體材料的研究和突破，常常導(dǎo)致新的技術(shù)革命和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以碳化硅為代表的第三代半導(dǎo)體材料，是繼第一代半導(dǎo)體材料(以硅基半導(dǎo)體為代表)和第二代半導(dǎo)體材料(以砷化鎵和磷化銦為代表)之后，在近10年發(fā)展起來的新型寬帶半導(dǎo)體材料，具有大的禁帶寬度、高飽和電子漂移速度、高擊穿電場強度、高熱導(dǎo)率、抗輻射能力強等優(yōu)良的物理化學(xué)特性和電學(xué)特性，在高溫、高頻率、大功率、抗輻射、不揮發(fā)存儲器件及短波長光電子器件和光電集成等應(yīng)用場合是理想的半導(dǎo)體材料之一，特別是在極端條件和惡劣環(huán)境下應(yīng)用，SiC器件的性能遠遠超過Si器件和GaAs器件。而半絕緣碳化硅材料是碳化硅材料的一種，是指凈載流子濃度非常低的半導(dǎo)體材料。目前，主要有三種獲取半絕緣碳化硅的途徑:a)高純碳化硅。缺點:制作難度極高，技術(shù)獲取困難，成本極高。b)受主雜質(zhì)與施主雜質(zhì)精確互補償，工藝復(fù)雜，目前使用較少。c)兩性深能級雜質(zhì)補償。這一方法是目前主要使用的方法，對于釩摻雜的半絕緣SiC晶圓，釩在SiC中是兩性的深能級雜質(zhì)，在P型4H-SiC中，釩作為施主雜質(zhì)，產(chǎn)生一個位于禁帶中央附近的深施主能級，大約在導(dǎo)帶下
1.6eV處；在η型4H_SiC中釩是受主雜質(zhì)，受主能級位于導(dǎo)帶下0.SeV處。它們作為深補償能級，可以補償多余的空穴或束縛自由電子，得到常溫下近似絕緣的SiC材料。摻釩引入了位于禁帶中央附近的深雜質(zhì)能級。費米能級被釘扎在釩施主或受主能級，位于禁帶中央附近，分別距離導(dǎo)帶底1.6eV或0.SeV，因此載流子至少需要穿過0.SeV的勢壘高度，很難形成低電阻的歐姆接觸；對高純半絕緣晶體，其費米能級被本征缺陷能級釘扎于禁帶中央。要克服費米能級被能級釘扎的問題，在半絕緣SiC襯底材料和歐姆接觸金屬之間形成高摻雜SiC層是解決形成良好歐姆接觸最好的方法之一。以半絕緣SiC材料為襯底，利用SiC在CVD同質(zhì)外延過程中的原位氣相摻雜技術(shù),開發(fā)SiC的選擇性外延生長和摻雜技術(shù),實現(xiàn)摻雜濃度在1018cm-3以上的選擇性同質(zhì)外延生長，是目前獲得良好性能的歐姆接觸廣泛應(yīng)用的一種技術(shù)。但是使用CVD外延方法獲得高摻雜η型或P型外延層將大大增加了生產(chǎn)成本。為減少制造半導(dǎo)體器件工藝流程，降低成本，亟需有一種可以直接在半絕緣碳化硅上實現(xiàn)低阻良好歐姆接觸的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是:使用CVD外延方法獲得高摻雜η型或ρ型外延層將大大增加了生產(chǎn)成本。為減少制造半導(dǎo)體器件工藝流程，降低成本，亟需有一種可以直接在半絕緣碳化硅上實現(xiàn)低阻良好歐姆接觸的技術(shù)。本發(fā)明采取以下技術(shù)方案:—種半絕緣碳化硅襯底鈦歐姆接觸電極的制備方法，包括以下步驟:a)準(zhǔn)備 4H_SiC 襯底；b)使用真空磁控濺射設(shè)備，將Ti電極薄膜通過磁控濺射設(shè)備沉積在所述4H_SiC襯底上,形成鈦電極；c)將所述鈦電極緊貼退火爐支撐Si托進行退火熱處理，實現(xiàn)S1、T1、SiC組份漸變的合金化合物電極；d)在所述S1、T1、SiC組份漸變的合金化合物電極外側(cè)渡一層Au作為電極保護；e)在電極與電極之間淀積SiO2絕緣層。進一步的，所述鈦電極由真空磁控濺射沉積法制備，其溫度為250-350°C，壓強為
0.45Pa，膜厚為100-140納米，以高純度的Ar為載氣。進一步的，所述退火熱處理的工藝參數(shù)包括:7s溫度上升到900-1100°C，保持3min,30s降溫至30°C，所處理在Ar載氣中，量級比接觸電阻率為10_6Ω.cm2。更進一步的，所述Ti電極薄膜的厚度通過濺射時間、濺射功率、濺射載氣流量進行控制；通過調(diào)整濺射溫度、壓強、襯底旋轉(zhuǎn)速率控制Ti電極薄膜的質(zhì)量。本發(fā)明的特點是:通過使用半絕緣4H_SiC襯底，使用真空磁控濺射設(shè)備，將Ti電極薄膜通過壓強沉積室沉積在4H-SiC襯底上，再使Ti電極緊貼在高溫快速退火爐的Si支撐托上進行退火熱處理后，實現(xiàn)S1、T1、SiC組份漸變的合金化合物電極，再在S1、T1、SiC組份漸變的合金化合物電極外側(cè)渡一層Au作為電極保護，最后在電極與電極之間設(shè)置SiO2絕緣層，實現(xiàn)了 一種可以直接在半絕緣碳化硅上實現(xiàn)低阻良好歐姆接觸的技術(shù)。其中難點是在半絕緣碳化硅襯底上實現(xiàn)了低阻的歐姆接觸，創(chuàng)新點在于電極面對硅托快速熱處理，能實現(xiàn)良好的低阻歐姆接觸。本發(fā)明的有益效果在于:I)通過控制襯底清洗工藝，引入RIE Ar高能離子粗糙襯底表面，來降低金屬半導(dǎo)體接觸勢壘高度，減小耗盡層寬度。2)采用超高真空磁控濺射設(shè)備制備Ti金屬電極，使金屬電極面緊貼熱處理設(shè)備的Si支撐托，制備出了比接觸電阻率穩(wěn)定在10_6Ω.Cm2量級的良好歐姆接觸。3)不用使用CVD等設(shè)備外延高摻雜濃度的η型或ρ型SiC外延層，減少了半導(dǎo)體工藝流程，提高成品率，降低生產(chǎn)成本。4)本發(fā)明制備的低阻歐姆接觸電極，達到大功率、高頻、高熱導(dǎo)率器件的苛刻要求。


圖1是Ti與4H_SiC歐姆接觸的結(jié)構(gòu)以及部分的制備流程示意圖。圖2是Ti與4H_SiC歐姆接觸的結(jié)構(gòu)以及其余部分的制備流程示意圖。圖3是實施例中Ti與4H_SiC歐姆接觸電極臺階儀照片示意圖。圖4是實施例中Ti與4H_SiC歐姆接觸I_V特性示意圖。圖5是實施例中Ti與4H_SiC歐姆接觸RTotal-L特性示意圖。圖6是實施例中Ti與4H_SiC歐姆接觸的XPS照片。圖7是實施例中顯示A部位的Ti與4H_SiC歐姆接觸的EDS照片。圖8是實施例中顯示B部位的Ti與4H_SiC歐姆接觸的EDS照片。圖9是實 施例中顯示C部位的Ti與4H_SiC歐姆接觸的EDS照片。圖10是實施例中顯示D部位的Ti與4H_SiC歐姆接觸的EDS照片。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進一步說明。參見圖1-圖2，步驟SlOl，準(zhǔn)備SiC晶圓片作為襯底，直徑3英寸、雙面拋光，碳面CMP ；步驟sl02，制備鈦薄膜電極，即使用超高真空磁控濺射設(shè)備，直流靶位，80W，300°C, 3600s, Ar氣流量9sccm,,沉積室壓強0.45Pa,襯底轉(zhuǎn)速20r/min,沉積一層鈦電極薄膜，厚度控制在100 140nm。步驟sl03，步驟sl04，高溫快速熱處理:制備好的鈦電極緊貼快速退火爐Si支撐托，IOOO0C，3min, Ar氣氛快速熱處理，實現(xiàn)Si，Ti，SiC組份漸變的合金化合物電極。步驟sl05，Au保護電極，即使用小型離子濺射儀鍍一層15nm的Au保護電極。步驟s 106, SiO2絕緣層，即在電極之間淀積SiO2絕緣層。圖3為Ti/4H_SiC歐姆接觸電極光學(xué)顯微鏡照片及臺階儀照片，可以看出電極表面光滑，臺階較為明顯。高溫快速退火以后，表面粗糙度(Rms)為1.9nm±0.2，滿足要求。圖4中Ti/4H-SiC 1-V特性可以看出，1-V線性特性明顯，歐姆特性良好，圖5中Ti與4H_SiC歐姆接觸RT(rtal-L特性示意圖可以看出，Rlota-L線性特征也明顯，也表明歐姆接觸性能良好。結(jié)合圖7-圖10以及下表，表征了接觸界面元素的梯度漸變，對碳、硅、鈦三種元素的含量分布進行分析。
權(quán)利要求
1.一種半絕緣碳化硅襯底鈦歐姆接觸電極的制備方法，其特征在于， 包括以下步驟: a)準(zhǔn)備4H-SiC襯底； b)使用真空磁控濺射設(shè)備，Ti電極薄膜通過磁控濺射設(shè)備沉積在所述4H-SiC襯底上，形成鈦電極； c)將所述鈦電極緊貼退火爐支撐Si托進行退火熱處理，實現(xiàn)S1、T1、SiC組份漸變的合金化合物電極； d)在所述S1、T1、SiC組份漸變的合金化合物電極外側(cè)渡一層Au作為電極保護； e)在電極與電極之間淀積SiO2絕緣層。
2.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述鈦電極由真空磁控濺射沉積法制備，其溫度為250-350°C，壓強為0.45Pa，膜厚為100-140納米，以高純度的Ar為載氣。
3.按權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于: 所述退火熱處理的工藝參數(shù)包括:7s溫度上升到900-1100°C，保持3min，30s降溫至30°C，所處理在Ar載氣氛中，量級比接觸電阻率為10_6Ω.cm2。
4.按權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于:所述Ti電極薄膜的厚度通過濺射時間、濺射功率、濺射載氣流量進行控制；通過調(diào)整濺射溫度、壓強、襯底旋轉(zhuǎn)速率控制Ti電極薄膜的質(zhì)量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半絕緣碳化硅襯底鈦歐姆接觸電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟準(zhǔn)備4H-SiC襯底；使用真空磁控濺射設(shè)備，將Ti電極薄膜通過磁控濺射設(shè)備沉積在所述4H-SiC襯底上，形成鈦電極；將所述鈦電極緊貼退火爐支撐Si托進行退火熱處理，實現(xiàn)Si、Ti、SiC組份漸變的合金化合物電極；在所述Si、Ti、SiC組份漸變的合金化合物電極外側(cè)渡一層Au作為電極保護；在電極與電極之間設(shè)置SiO2絕緣層。
文檔編號H01L21/04GK103094073SQ20131001705
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者張永平, 陳之戰(zhàn), 石旺舟, 盧吳越, 談嘉慧, 程越, 李薛 申請人:上海師范大學(xué)