[发明专利]一种提高碳化硅半导体欧姆接触特性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高碳化硅半导体欧姆接触特性的方法，属于微电子技术领 域。

背景技术

目前，碳化硅半导体由于具有禁带宽度大、临界击穿电场和热传导率高等特 点，因此在高温、高频、大功率电子器件领域中得到了广泛的应用，碳化硅器件 已经成为目前半导体领域最受关注的热点和前沿领域之一。欧姆接触是任何一个 半导体器件与外部元器件和电路元件相连接的部分，低电阻和高稳定性的欧姆接 触是碳化硅能否应用到高温大功率器件中具有决定性的因素。因为在大电流密度 下工作，小的电阻就会产生非常大的功耗，而在高温下工作，若欧姆接触的热稳 定性不好，就会直接导致器件性能退化甚至失效。由于碳化硅半导体禁带宽度大， 具有足够低的功函数以获得低势垒的金属非常少，再加上表面态的影响，使得制 备良好的碳化硅欧姆接触远比其他半导体困难。因此它一直是碳化硅器件研制中 的重点和难点，是碳化硅器件应用中亟需解决的关键技术难题。

用于N型碳化硅欧姆接触的金属有单一金属，也有多金属甚至合金，常用的 有Ni、Ti、Cr、W、NiCr、NiSi₂、TiAl等。由于碳化硅禁带宽度大，并且表面存 在非常复杂的表面态，金属/碳化硅接触若不经过合金化处理一般都呈整流特性。 目前制备n型碳化硅欧姆接触的方法是利用金属与重掺杂(>1×10¹⁹cm^-3)的碳化硅 接触在高温(>950℃)下退火形成。因为重掺杂可使势垒变薄，电子可以利用量子 力学隧道效应穿过势垒从半导体进入金属形成电流，这样受金属功函数的影响较 小，金属材料的选择就比较自由。但是对碳化硅进行重掺杂热扩散所需温度极高， 离子注入激活率又低，工艺难度非常大，成本高。这给碳化硅欧姆接触的制备带 来了困难和高昂的成本，并且也无法满足在轻掺杂衬底上制备器件的需求。另外， 高温下界面发生化学反应使接触特性不再受表面态的影响，但是，高温退火除了 存在设备兼容性问题之外，退火的条件如时间、温度、氛围等参数难以确定；同 时高温退火使金属表面及界面出现缺陷，影响欧姆接触的热稳定性；除此以外， 由于高温下接触界面会发生化学反应，到目前为止即便是应用最广泛的N型碳化 硅的镍基欧姆接触的形成机理和相关物理模型还一直存在争议。因此，针对上述 问题，尽可能地降低金属/碳化硅接触的势垒高度，实现低温甚至在低掺杂碳化硅 衬底上制备性能良好的欧姆接触显得尤为重要。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种提高碳化硅半导体 欧姆接触特性的方法。该方法不仅无需高温退火，并且还可避免采用重掺杂碳化 硅衬底，解决了传统采用重掺杂碳化硅衬底以及高温退火形成碳化硅欧姆接触所 存在的制备成本高，热稳定性和工艺相容性差等问题，可降低碳化硅器件制备成 本，提高器件的可靠性。

为了实现上述发明目的，解决现有技术中所存在的问题，本发明采取的技术 方案是：一种提高碳化硅半导体欧姆接触特性的方法，包括以下步骤：

步骤1、对碳化硅样品进行传统RCA清洗；

步骤2、将碳化硅样品置于电子回旋共振微波等离子体系统中，进行氢等离 子体处理，具体包括以下子步骤：

(a)将步骤1清洗后的碳化硅样品通过样品台载入石英放电室中；

(b)对放电室抽真空，当真空度低于10^-3Pa时，开始对样品台进行升温处理， 温度控制在100-600℃；

(c)开启电子回旋共振微波等离子体系统中的微波源，功率控制在200-800W， 并向石英放电室通入流量为10-100sccm的氢气产生氢等离子体，然后对碳化硅样 品处理1-120min；

(d)将样品台冷却到室温后，再向装样室充入氮气，并在氮气气氛保护下从 装样室中取出碳化硅样品；

步骤3、通过光刻在碳化硅样品上形成电极图形，具体包括以下子步骤：

(a)一次烘干，将碳化硅样品置于热烘箱里烘干5-20min，温度控制在50-100 ℃；

(b)甩胶，待热烘箱温度冷却至室温时，取出碳化硅样品，使用正胶为光刻 胶，采用旋转法进行涂胶，转速控制在3000-4000rpm，时间控制在30-60s；

(c)曝光，采用光刻机透过电极掩膜版紫外线曝光5-20s；