[发明专利]用于SiC半导体器件的富硅的镍－硅化物欧姆接触

说明书

发明背景

本发明涉及在碳化硅(SiC)中形成的半导体器件，且具体涉及与碳化硅的改良欧姆接触以及形成这种改良欧姆接触的方法。

与硅和其它较常见的半导体材料相比，碳化硅衬底对于半导体目的具有多个优势。这些包括宽带隙、高饱和漂移速率、高热传导和高击穿电压。碳化硅还是“抗辐射的”，物理上相当坚固，并且在非常高的温度下保持稳定。这些性能使得碳化硅特别适合用于功率半导体器件。

如所熟知的，在几乎所有的半导体器件中，欧姆接触是基本的设计组元。欧姆接触的目的是当向接触上施加偏压(电压)时向半导体材料提供无阻电流。欧姆接触是在其预期使用限度内具有线性和对称的电流电压关系的界面(并且其可以用恒定电阻表示)。这里以其传统理解的意义使用术语欧姆接触。

传统的与SiC的欧姆接触典型由金属-硅化物组合物形成，其中镍-硅化物是常用和希望的选择。一般而言，已经发现由与硅可以很好反应的金属形成的欧姆接触可以形成与碳化硅的良好欧姆接触。这些金属包括Ni，Co，W，Ta，Ti，Cr，Mo和Zr。然而，硅化物倾向于“在界面上产生复杂的冶金行为”(美国专利No.5442200第三栏第64-65行)。该’200专利描述了使用牺牲性硅层作为碳化硅表面和接触金属之间的化学计量限制元素，然后是相对高温度(900-1050℃)的退火以产生欧姆特性。

其它研究者已经尝试采用化学计量的NiSi，但只在6H SiC上，而没有在4H SiC上取得成功，Deeb等人的A Low Temperature RouteTo Thermodynamically Stable Ohmic Contacts To n-Type 6H-SiC，Appl.Phys.Lett.，第84卷，第7期(2004)，第1117-1119页。而其它人已经尝试采用化学计量的NiSi₂，然后进行高温退火，Nakamura等人的NiSi₂ Ohmic Contact to n-type 4H-SiC，MaterialsScience Forum，第389-393卷(2002)，第889-892页。

此外，目前的镍-硅化物接触在表现欧姆特性之前往往需要高于800℃(有时优选高达1050℃的温度)的处理(“退火”)温度。这些退火温度通常引起接触中的空隙、接触内和临近的碳区、不希望的镍与硅的结合，使金属-SiC界面展宽，以及使界面形貌粗糙化。

进而，这些问题导致表面粗糙度，接触中和周围的扩散路径，以及潜在的接触从碳化硅上的分层。这些情况会在实施任何随后淀积的层时引起问题，并还倾向于更易促使器件和其周围环境之间发生不希望的化学反应，典型为与气氛(氧)或者湿气之间的反应。当然，这些潜在的问题可能因最初使碳化硅成为引人关注的候选材料的高温和环境挑战的情形而恶化。

实际上，一些研究者指出当在更极端的操作条件下使用或者测试SiC基器件时，它们的欧姆接触(而非SiC本身)的劣化就变成了限制因素，例如接触劣化以及引线接合失效。Cole等的EnhancedPerformance And Reliability of SiC High Power Switch Components：An Enabling Technology For Electric Weapons And PropulsionSystems，第23届Army Science Conference，2002年12月2-5日。如其中所述，在SiC基器件中，欧姆接触应该是“热稳定、组分惰性、机械坚固、(并呈现出)低电阻。”

发明简述

一方面，本发明是制作与碳化硅的欧姆接触的方法，包括在碳化硅表面上在一定温度下形成镍和硅的淀积膜，该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅发生反应的温度，并且以各自的比例使得淀积膜中的硅原子分数大于镍原子分数，并在低温热处理中在一定温度下加热镍和硅的淀积膜，在该温度下可以形成硅原子分数大于镍原子分数的镍-硅化合物，但该温度低于这两种元素中的任何一个与碳化硅发生反应的温度。作为另一个优点，通过进行高温退火步骤，可以提高所得接触的欧姆特性。

另一方面，本发明是碳化硅表面上的包括镍层和硅层的硅与镍的淀积膜，其中硅膜厚度与镍膜厚度的比值在约1.81和3.65之间。

又一方面，本发明是包括碳化硅层和该碳化硅层上的呈现出欧姆特性的接触的半导体结构，该接触由化学式为Ni_1-xSi_x的组合物构成，其中0.5＜x＜0.67。

又一方面，本发明是将欧姆接触结构与欧姆接触上的镀覆金属层结合的半导体器件。