專利名稱：：P型碳化硅器件及提高其歐姆接觸性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制作工藝，尤其涉及一種P型碳化硅器件及提高其歐姆接觸性能的方法。
背景技術(shù)：
：P型碳化硅器件是常用的半導(dǎo)體器件。如圖la所示，目前通常的針對(duì)P型碳化硅器件，解決其歐姆接觸的方法是，先用Al金屬直接作為接觸材料，淀積在所制備的P型碳化硅基板上，通過調(diào)節(jié)合金溫度等，獲得不同退火條件下Al/SiC/Si樣品，但Al與P型碳化硅的接觸勢壘較高?，F(xiàn)有技術(shù)中，解決的主要辦法是尋找一種合適的金屬，使其與P型碳化硅接觸時(shí)的勢壘較低。上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn)由于金屬與P型碳化硅的接觸勢壘本身較高，很難找到一種與P型碳化硅接觸時(shí)的勢壘較低的金屬。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種歐姆接觸性能較好的P型碳化硅器件及提高其歐姆接觸性能的方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的P型碳化硅器件，包括硅基層、P型碳化硅層，所述P型碳化硅層的上方設(shè)有金屬層，所述的P型碳化硅層與金屬層之間設(shè)有多晶硅層。本發(fā)明的提高上述的P型碳化硅器件歐姆接觸性能的方法，包括步驟首先，對(duì)包括硅基層和P型碳化硅層的基板進(jìn)行清洗；然后，在所述P型碳化硅層上淀積多晶硅層；之后，在所述多晶硅層上進(jìn)行金屬層淀積。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的P型碳化硅器件及提高其歐姆接觸性能的方法，由于在P型碳化硅層與金屬層之間設(shè)有多晶硅層，能使P型碳化硅器件具有較好的歐姆接觸性能。圖la為現(xiàn)有技術(shù)中樣品A的P型碳化硅器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖lb為本發(fā)明中樣品B的P型碳化硅器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的具體實(shí)施例中測量P型碳化硅器件歐姆接觸的TLM結(jié)構(gòu)版圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中p-pSi-SiC異質(zhì)結(jié)的平衡能帶圖；圖4為本發(fā)明中p-pSiC多晶硅異質(zhì)結(jié)的平衡能帶圖；圖5a為用TLM方法測量現(xiàn)有技術(shù)中樣品A不同接觸間距的I_V特性曲線；圖5b為用TLM方法測量本發(fā)明中樣品B不同接觸間距的I_V特性曲線。具體實(shí)施例方式本發(fā)明的P型碳化硅器件，其較佳的具體實(shí)施方式如圖lb所示，包括硅基層、P型碳化硅層，P型碳化硅層的上方設(shè)有金屬層，在P型碳化硅層與金屬層之間設(shè)有多晶硅層。多晶硅層可以為重參雜多晶硅層或其它的過渡層。金屬層可以包括鋁或其它的金屬或合金。本發(fā)明中，考慮到P-SiC之所以不能很好地與Al形成歐姆接觸的主要原因，在金屬與P-SiC之間，加一個(gè)碳化硅過渡層，這個(gè)過渡層既不能影響載流子的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)有降低與金屬接觸勢壘的作用。用Al/多晶硅復(fù)合層結(jié)構(gòu)作為P型SiC外延層，提高其歐姆接觸性能。本發(fā)明的提高上述述的P型碳化硅器件歐姆接觸性能的方法，其較佳的具體實(shí)施方式是，包括步驟首先，對(duì)包括硅基層和P型碳化硅層的基板進(jìn)行清洗；然后，在所述P型碳化硅層上淀積多晶硅層；之后，在所述多晶硅層上進(jìn)行金屬層淀積。其中淀積多晶硅層的工藝條件可以包括用LPCVD(低壓化學(xué)氣相淀積)法淀積，SiH4的流量為3sccm;摻雜氣體為B2H6，流量為1.25sccm;生長壓力為110Torr;以H2作為載氣，流量為3000sccm;反應(yīng)室溫度為625"。多晶硅的厚度可以為100nm，也可以選用其它的厚度。金屬層淀積的步驟可以包括蒸鍍A1、涂膠、光刻等。Al金屬層淀積后可以包括三步退火工藝；所述三步退火工藝的退火溫度分別為45(TC、60(TC、71(rC，退火時(shí)間分別為10分鐘、10分鐘、8分鐘，退火時(shí)的保護(hù)氣體為N2。Al金屬層的厚度可以為2iim.對(duì)基板進(jìn)行清洗的步驟可以包括首先，把所述基板依次在無水乙醇、丙酮、三氯乙烯、丙酮、無水乙醇有機(jī)溶劑中煮沸，之后用水進(jìn)行沖洗；然后，在質(zhì)量比為朋4011:h2o2:h2o=i:i:5的溶液中煮沸5分鐘，之后用水進(jìn)行沖洗；之后，在質(zhì)量比為HCL:H202:H20=1:1:5溶液中煮沸5分鐘，之后用水進(jìn)行沖洗；最后，進(jìn)行烘干。下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的具體的實(shí)現(xiàn)工藝、測量結(jié)果和工作原理進(jìn)行詳細(xì)介紹，并對(duì)同樣退火條件下的兩種Al/P-SiC樣品的歐姆接觸特性進(jìn)行對(duì)比分析4在制備接觸電極之前，先清洗樣品，步驟如下1)把樣品依次在無水乙醇_丙酮_三氯乙烯_丙酮_無水乙醇有機(jī)溶劑中煮沸，之后用水沖洗干凈。2)在比例為朋4011:h2o2:h2o=i:i:5溶液中煮沸5分鐘，之后用水沖洗干凈。3)在比例為HCL:H202:H20=1:1:5溶液中煮沸5分鐘，用水沖洗干凈，然后烘干。Hall測量SiC外延層載流子濃度為p=1.33X1017cm-3。為進(jìn)行對(duì)比性實(shí)驗(yàn)，在制備歐姆接觸時(shí)，分成兩部分。樣品A只蒸鍍金屬Al(圖la中所示，為現(xiàn)有技術(shù)中的結(jié)構(gòu))，而樣品B(圖lb中所示，為本發(fā)明的結(jié)構(gòu))先淀積一層多晶硅，然后再執(zhí)行與樣品A相同的鋁淀積工藝。淀積多晶硅的實(shí)驗(yàn)條件如下用LPCVD法，SiH4的流量為3sccm，摻雜氣體為B2H6，流量為1.25sccm，生長壓力為110Torr，以H2作為載氣，流量為3000sccm，反應(yīng)室溫度為625t:，生長完成后多晶硅的厚度估計(jì)為100nm。兩組樣品的金屬A1電極的制備采取相同的工藝，采用蒸Al-涂膠-光刻的步驟進(jìn)行；A1電極的厚度為2iim，退火溫度分別為450、600、71(TC，退火時(shí)間分別為10、10、8分鐘，退火時(shí)保護(hù)氣體為^。原理分析碳原子中電子的三種雜化狀態(tài)sp1、sp2和鄧3，在CVD過程中主要競爭發(fā)生在碳的鄧2和鄧3雜化態(tài)之間。在碳化硅的晶格結(jié)構(gòu)里，鄧3碳原子與其相鄰的四個(gè)碳原子形成四面體配位且很強(qiáng)的共價(jià)鍵，彼此之間的鍵角均為109028，。每個(gè)四面體與四個(gè)其它的四面體結(jié)合在一起，形成很強(qiáng)且統(tǒng)一的三維全共價(jià)鍵晶體結(jié)構(gòu)，其鍵長為0.154nm，鍵能為711kJ/mol。通常CVD碳化硅膜的生長過程一般表現(xiàn)為幾個(gè)不同的階段(i)潛伏期或孵化期；(ii)在襯底表面三維晶體的成核；(iii)表面成核停止，單個(gè)晶體開始三維生長；(iv)單個(gè)晶體晶面取向的形成和聚集，以及連續(xù)膜的形成；(v)連續(xù)膜的生長.在成核開始之前，孵化期可能需要幾分鐘到數(shù)小時(shí)，這取決于襯底材料、表面預(yù)處理和沉積參數(shù).在成核過程中形成的分離的晶核或微晶呈現(xiàn)出球狀，隨著時(shí)間的增加，成核密度增加到一定值時(shí)，表面成核便停止，分離的晶體同相生長，當(dāng)這些分離的晶體聚結(jié)在一起時(shí)，便形成了連續(xù)膜。以上這些現(xiàn)象，特別是成核和早期生長階段，對(duì)薄膜特性、形貌、均勻性、缺陷的形成、粘附性和可涂敷的襯底材料類型都起著至關(guān)重要的作用。例如，表面成核密度的增加可能會(huì)減小碳化硅膜的形貌不穩(wěn)定性和表面粗糙度，高的表面成核密度同樣也會(huì)改善膜的均勻性和減小襯底與涂敷表面之間缺陷的形成，進(jìn)而提高膜與襯底的粘附性。對(duì)本系統(tǒng)而言，為了保證一定的成核密度，可以認(rèn)為，表面碳濃度的飽和是保證碳化硅薄膜質(zhì)量的必要條件。通過實(shí)驗(yàn)用TLM(transferlengthmeasurement)方法測量歐姆接觸電阻。TLM結(jié)構(gòu)如圖2所示，先制備成如圖1所示的模板，接觸電極的面積為100iimX150iim，接觸電極的間距從左至右依次為5、10、15、20、25、30和35ym。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析采用探針測試法在顯微鏡下測量了所制備樣品在退火前后的I-V特性曲線。樣品A和B結(jié)構(gòu)分別如圖la、圖lb所示，其中樣品A為現(xiàn)有技術(shù)中通用的結(jié)構(gòu)，而本發(fā)明中提出的結(jié)構(gòu)如樣品B所示，在金屬和碳化硅之間加了一層多晶硅對(duì)于圖la所示的樣品A，p-SiC禁帶寬度為3eV，淀積到單晶硅襯底上時(shí)，在理想情況下認(rèn)為形成了突變同型異質(zhì)結(jié)，禁帶寬度較大的p-SiC—側(cè)的費(fèi)米能級(jí)要比禁帶寬度小的Si—側(cè)的費(fèi)米能級(jí)低，所以空穴從SiC—側(cè)流向Si的一邊。這樣，Si的一側(cè)出現(xiàn)空穴的積累；同時(shí)，因?yàn)镾i襯底是高摻雜，在SiC和Si相接觸后，也有從Si向SiC—側(cè)流動(dòng)的擴(kuò)散電流。兩種電流共同作用的結(jié)果，近似認(rèn)為兩側(cè)的空穴濃度維持不變，則平衡后其能帶圖如圖3所示。可以看出，p-pSi-SiC異質(zhì)結(jié)對(duì)多子的傳輸沒有帶來明顯的阻礙，對(duì)樣品A，決定其導(dǎo)電性能的主要因素是Al/SiC金-半接觸勢壘和Si/SiC界面等。在理想情況下，p-pSi-SiC異質(zhì)結(jié)對(duì)導(dǎo)電影響不大，但實(shí)際淀積SiC材料時(shí)，不同材料接觸時(shí)的晶格畸變等帶來的應(yīng)力會(huì)對(duì)載流子的輸運(yùn)產(chǎn)生影響；實(shí)際中，通過退火等可以消除掉一些。表l給出了不同退火條件下Si/SiC的應(yīng)力情況。表i在不同退火溫度下薄膜的應(yīng)力(其中負(fù)號(hào)表示壓應(yīng)力，正號(hào)表示張應(yīng)力)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表1中的測量結(jié)果可以看出，薄膜的應(yīng)力通過一定溫度下的退火可以減小甚至消失；同時(shí)整個(gè)樣品的應(yīng)力隨退火溫度的升高會(huì)由壓應(yīng)力向張應(yīng)力方向轉(zhuǎn)化，應(yīng)力隨退火溫度的變化可看做是碳化硅薄膜在退火時(shí)再結(jié)晶等過程的反映。所以，通過退火可以把Si/SiC界面對(duì)樣品導(dǎo)電性能的影響降低；相比較而言，Al/SiC金半接觸勢壘的存在是影響樣品A導(dǎo)電性能的主要因素。因?yàn)镾iC的禁帶寬度較寬，而且所生長的p型SiC的摻雜濃度又不高，所以，Al/SiC形成的是肖特基勢壘，樣品A沒能形成歐姆接觸。對(duì)于圖lb所示的樣品B，在p-SiC和金屬Al之間，加了一薄層多晶硅，影響其導(dǎo)電性能的因素要比樣品A顯得復(fù)雜，主要有金屬/多晶硅接觸、SiC/Si界面、SiC/多晶硅界面等。對(duì)于SiC/Si界面，其由于晶格畸變等帶來的影響同樣可以采用與樣品A—致的方法消除；對(duì)于SiC/多晶硅，通過C-V測試證實(shí)在碳化硅上淀積多晶硅所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)可以表現(xiàn)出理想的半導(dǎo)體結(jié)特性。在多晶硅重?fù)诫s時(shí)，其能帶可近似認(rèn)為是連續(xù)的，總體說來，p-pSiC-多晶硅的能帶圖如圖4所示。從圖4可以看出，對(duì)電子來說，仍然存在較大的勢壘，但是對(duì)于空穴，情況就完全不同了。由于接觸兩邊都是P型摻雜，能帶的偏移主要在電子一側(cè)，此時(shí)，空穴在電場作用下，可以非常容易地從碳化硅一側(cè)漂移到多晶硅側(cè)，可以認(rèn)為SiC/多晶硅對(duì)載流子運(yùn)動(dòng)的阻礙作用很??；在碳化硅表面淀積多晶硅，由于碳化硅、多晶硅性質(zhì)相對(duì)都比較穩(wěn)定，所以，其界面發(fā)生反應(yīng)的可能較小，碳化硅/多晶硅界面較穩(wěn)定；另外，由于多晶硅重?fù)诫s，且多晶硅晶界密度非常高，容易和A1形成歐姆接觸，降低了金-半接觸勢壘，所以，此時(shí)，在多加一薄層多晶硅的情況下，空穴的運(yùn)動(dòng)受到的阻礙比樣品A的結(jié)構(gòu)小的多，在I-V特性上，樣品B表現(xiàn)出較低的電阻。在60(TC下退火10分鐘后樣品A、B的I-V特性曲線分別如圖5a、圖5b所示，接觸間距分別為5、10、15、20、25、30和35ym。樣品A呈現(xiàn)出不規(guī)則變化，而樣品B的I-V曲線呈線性，表明為歐姆接觸。根據(jù)所測的i-v關(guān)系可看出，接觸電阻隨著間距的增加而增大。從以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在單晶硅表面生長的p-SiC表面直接淀積金屬Al，不易形成理想的歐姆接觸，而同樣條件下，在SiC與Al之間加了一層高摻雜的p型多晶硅薄膜作為過渡層，獲得了理想的歐姆接觸。本發(fā)明針對(duì)硅上外延中等摻雜p型3C-SiC薄膜的歐姆接觸特性，通過對(duì)比性實(shí)驗(yàn)和實(shí)際測量表明在外延碳化硅上先采用LPCVD法淀積一層重?fù)诫s多晶硅，再淀積金屬Al的方法，可以獲得較理想的歐姆接觸特性。測得Al-多晶硅/p-SiC歐姆接觸的特征電阻率為Pc=3.5X10-4Qcm2，比相同工藝下未加多晶硅的條件下，特征電阻率降低近50倍。用Al/多晶硅復(fù)合結(jié)構(gòu)作為外延生長p型碳化硅層的歐姆接觸，一方面多晶硅與碳化硅接觸界面穩(wěn)定，可以克服界面態(tài)對(duì)外延生長薄膜材料的影響；同時(shí)多晶硅材料其能帶偏移量等可以通過摻雜等工藝調(diào)節(jié)，可適合于不同導(dǎo)電類型和電導(dǎo)率碳化硅的要求，具有普適性；并且用Al/多晶硅材料工藝成熟，適合工業(yè)上的深入開發(fā)和大規(guī)模生產(chǎn)。所以說，用Al-多晶硅復(fù)合層結(jié)構(gòu)可以在p型3C-SiC薄膜上實(shí)現(xiàn)較理想的歐姆接觸。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求一種P型碳化硅器件，包括硅基層、P型碳化硅層，所述P型碳化硅層的上方設(shè)有金屬層，其特征在于，所述的P型碳化硅層與金屬層之間設(shè)有多晶硅層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的P型碳化硅器件，其特征在于，所述的多晶硅層為重參雜多晶硅層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的P型碳化硅，其特征在于，所述的金屬層包括鋁。4.一種提高權(quán)利要求1、2或3所述的P型碳化硅器件歐姆接觸性能的方法，其特征在于，包括步驟首先，對(duì)包括硅基層和P型碳化硅層的基板進(jìn)行清洗；然后，在所述P型碳化硅層上淀積多晶硅層；之后，在所述多晶硅層上進(jìn)行金屬層淀積。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高P型碳化硅器件歐姆接觸性能的方法，其特征在于，所述淀積多晶硅層的工藝條件包括用LPCVD法淀積，SiH4的流量為3sccm;摻雜氣體為B^e，流量為1.25sccm;生長壓力為110Torr;以H2作為載氣，流量為3000sccm;反應(yīng)室溫度為625°C。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高P型碳化硅器件歐姆接觸性能的方法，其特征在于，所述多晶硅的厚度為lOOnm。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高P型碳化硅器件歐姆接觸性能的方法，其特征在于，所述金屬層淀積的步驟包括蒸鍍A1、涂膠、光刻。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的提高P型碳化硅器件歐姆接觸性能的方法，其特征在于，所述Al金屬層淀積后包括三步退火工藝；所述三步退火工藝的退火溫度分別為45(TC、60(TC、71(rC，退火時(shí)間分別為10分鐘、10分鐘、8分鐘，退火時(shí)的保護(hù)氣體為N2。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的提高P型碳化硅器件歐姆接觸性能的方法，其特征在于，所述Al金屬層的厚度為2iim。10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的提高P型碳化硅歐姆接觸性能的方法，其特征在于，所述的對(duì)基板進(jìn)行清洗的步驟包括首先，把所述基板依次在無水乙醇、丙酮、三氯乙烯、丙酮、無水乙醇有機(jī)溶劑中煮沸，之后用水進(jìn)行沖洗；然后，在質(zhì)量比為M^OH:H202:H20=1:1:5的溶液中煮沸5分鐘，之后用水進(jìn)行沖洗；之后，在質(zhì)量比為HCL:H202:H20=1:1:5的溶液中煮沸5分鐘，之后用水進(jìn)行沖洗；最后，進(jìn)行烘干。全文摘要本發(fā)明公開了一種P型碳化硅器件及提高其歐姆接觸性能的方法，在P型碳化硅器件的P型碳化硅層與金屬層之間設(shè)有多晶硅層，在P型碳化硅層上先采用LPCVD法淀積一層重?fù)诫s多晶硅，再淀積金屬Al的方法，用Al/多晶硅復(fù)合結(jié)構(gòu)作為外延生長P型碳化硅層的歐姆接觸，能使P型碳化硅器件具有較好的歐姆接觸性能。多晶硅與碳化硅接觸界面穩(wěn)定，可以克服界面態(tài)對(duì)外延生長薄膜材料的影響；同時(shí)多晶硅材料其能帶偏移量等可以通過摻雜等工藝調(diào)節(jié)，可適合于不同導(dǎo)電類型和電導(dǎo)率碳化硅的要求，具有普適性；并且Al/多晶硅材料工藝成熟，適合工業(yè)上的深入開發(fā)和大規(guī)模生產(chǎn)。文檔編號(hào)H01L23/482GK101777544SQ20101003392公開日2010年7月14日申請(qǐng)日期2010年1月6日優(yōu)先權(quán)日2010年1月6日發(fā)明者姜巖峰申請(qǐng)人:北方工業(yè)大學(xué)