CN102301481A - 欧姆电极及其形成方法 - Google Patents
欧姆电极及其形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102301481A CN102301481A CN2010800060587A CN201080006058A CN102301481A CN 102301481 A CN102301481 A CN 102301481A CN 2010800060587 A CN2010800060587 A CN 2010800060587A CN 201080006058 A CN201080006058 A CN 201080006058A CN 102301481 A CN102301481 A CN 102301481A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ohmic electrode
- sic
- type sic
- electrode layer
- laminated film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 99
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 31
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims description 2
- 229910009817 Ti3SiC2 Inorganic materials 0.000 abstract 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 160
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 114
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 94
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 18
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 11
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 10
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 238000010406 interfacial reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 4
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- UGACIEPFGXRWCH-UHFFFAOYSA-N [Si].[Ti] Chemical group [Si].[Ti] UGACIEPFGXRWCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 230000001112 coagulating effect Effects 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 2
- -1 3C-SiC Chemical compound 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000000313 electron-beam-induced deposition Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910003465 moissanite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/45—Ohmic electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/0445—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
- H01L21/048—Making electrodes
- H01L21/0485—Ohmic electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
本发明提供一种p型SiC半导体元件的欧姆电极,其包括由Ti3SiC2制成并且直接形成在p型SiC半导体的表面上的欧姆电极层。本发明还提供一种形成p型SiC半导体元件的欧姆电极的方法。所述欧姆电极包括欧姆电极层,该欧姆电极层由Ti3SiC2制成并且直接形成在p型SiC半导体的表面上。该方法包括:在p型SiC半导体的表面上以原子组成比例Ti∶Si∶C为3∶1∶2的方式来包括Ti、Si和C的三元混合膜,以制造层压膜;以及在真空下或者在惰性气体气氛下对所制造的层压膜退火。
Description
技术领域
本发明涉及一种p型SiC半导体元件的欧姆电极及其形成方法。更具体地,本发明涉及一种包括由Ti3SiC2制成的欧姆电极层、具有改进的表面平滑性并且直接形成在p型SiC半导体上的p型SiC半导体元件的欧姆电极以及其形成方法。
背景技术
SiC单晶是非常好的热稳定性和化学稳定性、具有高的机械强度,并且抗辐射。此外,与Si(硅)单晶相比,SiC单晶具有极佳的物理特性,诸如高击穿电压和高热传导性。此外,容易通过将掺杂剂添加到SiC单晶而将SiC单晶的导电性类型电子地控制为p型导电性或n型导电性。而且,SiC单晶具有宽带隙(4H型SiC单晶具有大约3.3eV的带隙,且6H型SiC单晶具有大约3.0eV的带隙)。因此,通过使用SiC单晶,可以实现高温、高频、高压和耐环境的半导体器件,而这样的半导体器件是不能使用诸如Si单晶和砷化镓(GaAs)单晶的其他现有半导体材料来制造。因而,期望将SiC单晶用作下一代半导体材料。
已知的是,要将半导体器件投入实际使用,必需有呈现良好的欧姆特性的电极,即,欧姆电极。呈现欧姆特性的欧姆电极是呈现这样的电流-电压特性的电极,其中,不管电流流动的方向和电压的大小如何,电流和电压都彼此线性相关(即,电流和电压不是彼此非线性相关的)。欧姆电极具有低电阻,并且电流在欧姆电极中的两个方向上很好地流动。然而,尚未建立用于在p型SiC半导体上稳定地形成欧姆电极的技术。因此,已做出关于p型SiC半导体元件的欧姆电极的开发的各种提议。
例如,日本专利申请公布No.1-20616(JP-A-1-20616)公开了一种形成p型SiC电极的方法,其中通过在p型SiC单晶上顺次堆叠Al和Si、然后执行退火来形成欧姆电极。在该方法中,p型SiC单晶的载流子浓度等于或高于1×1017/cm3,并且退火温度为400至500℃。
日本专利申请公布No.2003-86534(JP-A-2003-86534)公开了一种SiC半导体的欧姆电极以及制造SiC半导体的欧姆电极的方法。在该欧姆电极中,电极被连接到通过退火而形成在p型SiC半导体衬底上的第一反应层。该第一反应层包括磁性材料、C、Si和Al。磁性材料和Si形成金属间化合物。制造SiC半导体的欧姆电极的方法包括:在p型SiC半导体衬底的表面上堆叠Al膜和Ni膜的第一步骤;通过在真空下执行退火而形成第一反应层的步骤;以及将电极连接到第一反应层的步骤。
日本专利申请公布No.2008-78434(JP-A-2008-78434)公开了一种制造不含诸如Al4C3、Ti5Si3CX或TiC的副产物的半导体器件的方法。该方法包括:形成与SiC半导体层接触的Ti层的第一步骤;以及通过将SiC半导体层和Ti层的温度提高到高于第一基准温度且低于第二基准温度的温度而在Ti层上形成Al层的第二步骤,在所述第一基准温度处Ti与Al反应形成Al3Ti,在所述第二基准温度处Al3Ti与SiC反应形成Ti3SiC2。在第二步骤中,SiC半导体层的SiC与Al3Ti反应形成Ti3SiC2,并因而形成与SiC半导体欧姆接触的Ti3SiC2层。然而,该公布没有描述执行退火之后的电极的表面的平滑性。
日本专利申请公布No.2008-78435(JP-A-2008-78435)公开了一种制造具有低接触电阻、不含诸如Al4C3、Ti5Si3CX或TiC的副产物的半导体器件的方法。该方法包括:形成与SiC半导体层接触的Ti层的第一步骤;在Ti层上形成Al层的第二步骤;通过在高于第一基准温度且低于第二基准温度的温度下,对SiC半导体层、Ti层和Al层退火而形成Al3Ti层的第三步骤,在所述第一基准温度处Ti与Al反应形成Al3Ti,在所述第二基准温度处Al3Ti与SiC反应形成Ti3SiC2;以及通过在Ti与Al反应形成Al3Ti的反应完成之后、在高于第二基准温度的温度下对SiC半导体层和Al3Ti层退火而形成与SiC半导体层欧姆接触的Ti3SiC2层的第四步骤。然而,电极的表面在执行退火之后不平滑。
此外,日本专利申请公布No.2008-227174(JP-A-2008-227174)公开了一种在p型4H-SiC衬底上形成欧姆电极的方法。该方法包括:在p型4H-SiC衬底上顺次沉积厚度为1至60nm的第一Al层、Ti层和第二Al层的沉积步骤;以及通过在非氧化气氛下执行退火、使用第一Al层形成由SiC衬底和Ti层制成的合金层的合金步骤。然而,电极的表面在执行退火之后不平滑。
当在上述现有技术中形成p型SiC半导体元件的欧姆电极时,使用沉积和退火(DA)法。在DA法中,形成并堆叠Al沉积膜和Ti沉积膜,其中Al沉积膜对于形成Ti3SiC2层的反应通常是不必需的,然后在大约1000℃下执行退火。在退火中,在半导体材料SiC和沉积在SiC上的Ti和Al之间发生界面反应,并因而形成与SiC半导体接触、由Ti3SiC2制成的薄的中间半导体层。
根据现有技术中的形成电极的方法,难以形成由Ti3SiC2制成、在SiC半导体上的整个电极中厚度均匀的中间半导体层。在界面处生成诸如Al4C3、Ti5Si3CX、TiC和Al3Ti的化合物作为副产物。存在副产物的界面区域具有高接触电阻。因此,难以通过减小SiC半导体上的电极的接触电阻来得到良好的欧姆电阻。而且,在Al和SiC之间发生合金反应,并且SiC被不均匀地侵蚀,结果导致电极的表面粗糙。据此,难以将线路连接到电极以及将延伸到外面的布线结合到电极。如在具有宽带隙的其他p型半导体的情况中一样,对于在p型SiC半导体上形成具有低电阻的欧姆电极而言,其中对位于电极正下方的半导体区域进行重掺杂来减小肖特基势垒的厚度的方法是有效的。然而,在现有技术的DA法中,因为利用了半导体衬底和蒸干膜之间的界面反应,所以位于电极正下方的重掺杂半导体区域会被界面反应所消耗。据此,在现有技术中,电极具有低的平滑性和差的欧姆特性。当降低退火温度时,稍微改善平滑度。然而,在此情况下,界面反应不再进行,制造具有差的欧姆特性和高的接触电阻的电极。
发明内容
本发明提供一种p型SiC半导体元件的欧姆电极,其包括由Ti3SiC2制成的欧姆电极层并且具有高的表面平滑性和良好的欧姆特性。本发明还提供一种形成p型SiC半导体元件的欧姆电极的方法,所述欧姆电极包括由Ti3SiC2制成的欧姆电极层并且具有高的表面平滑性和良好的欧姆特性。
本发明通过研究发现如下事项。通过利用具有均匀厚度的薄Ti3SiC2层形成异质结结构来减小肖特基势垒,从而需要使p型SiC半导体具有欧姆特性。在现有技术中根据沉积和退火(DA)法形成欧姆电极的过程中,需要SiC半导体和蒸干膜之间的界面处的化学反应。因此,不仅需要蒸干Ti而且还需要蒸干Al来形成Ti3SiC2。例如,Al抑制产生除了Ti3SiC2之外的相的副反应,并且吸收在SiC与Ti反应之后留下的Si。作为化学反应的结果,产生Al熔体。因为在等于或低于1000℃的温度下Al熔体和SiC半导体之间的润湿性差(即,接触角大于90°),所以Al熔体凝集。据此,通过利用蒸干膜内部的反应而无需利用SiC半导体和Ti之间的界面反应来在SiC半导体上直接形成Ti3SiC2,消除了Al的必要性。作为进一步研究的结果,发明人完成了本发明。
本发明的一方面涉及一种p型SiC半导体元件的欧姆电极。所述欧姆电极包括由Ti3SiC2制成并且直接形成在p型SiC半导体的表面上的欧姆电极层。
在上述方面中,所述欧姆电极层可以不含有Al成分。所述欧姆电极层的厚度可以等于或小于20nm。所述欧姆电极层的厚度可以等于或小于10nm。
本发明的另一方面涉及一种形成p型SiC半导体元件的欧姆电极。所述欧姆电极包括由Ti3SiC2制成并且直接形成在p型SiC半导体的表面上的欧姆电极层。该方法包括:在p型SiC半导体的表面上以原子组成比例Ti∶Si∶C为3∶1∶2的方式来包括Ti、Si和C的三元混合膜,以制造层压膜;以及在真空下或者在惰性气体气氛下对所制造的层压膜退火。
在上述方面中,在形成所述三元混合膜中,在真空沉积设备中,可以在清洗了p型SiC半导体的表面之后通过沉积法来形成蒸干的三元混合膜。所述蒸干的三元混合膜的厚度可以等于或小于300nm。所述蒸干的三元混合膜的厚度可以等于或大于5nm且等于或小于300nm。可以在等于或高于900℃的温度下对所述层压膜退火,以及在所述温度下,化学反应进行,同时所述三元混合膜被保持在固相状态下不变。可以在900℃至1000℃下对所述层压膜退火。可以对所述层压膜退火5分钟至120分钟。可以对所述层压膜退火5分钟30分钟。所述欧姆电极层的厚度可以等于或小于20nm。所述欧姆电极层的厚度可以等于或小于10nm。
根据上述方面,可以形成包括由Ti3SiC2制成的欧姆电极层并且具有高的表面平滑性和良好的欧姆特性的p型SiC半导体元件的欧姆电极。而且,根据上述方面,易于形成包括由Ti3SiC2制成的欧姆电极层并且具有高的表面平滑性和良好的欧姆特性的p型SiC半导体元件的欧姆电极。
附图说明
在下面参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述中,将描述本发明的特征、优点以及技术和工业重要性,其中相同的附图标记表示相同的元件,以及其中:
图1是示出在形成根据本发明实施例的p型SiC半导体元件的欧姆电极的方法中形成的蒸干膜的示意图;
图2是示出在形成现有技术中的p型SiC半导体元件的欧姆电极的示例的方法中形成的层压膜的示意图;
图3是示出形成根据本发明实施例的p型SiC半导体元件的欧姆电极的方法的示意图;
图4是示出形成现有技术中的p型SiC半导体元件的欧姆电极的方法的示意图;
图5是示出在本发明的示例中制造的p型SiC半导体元件的欧姆电极的电流-电压特性的曲线图;
图6是示出在根据现有技术的比较例中制造的p型SiC半导体元件的欧姆电极的电流-电压的测量结果的曲线图;
图7是示出应用了根据本发明的p型SiC半导体元件的欧姆电极的、由碳化硅制成的场效应晶体管的示例的示意图;
图8是示出应用了根据本发明的p型SiC半导体元件的欧姆电极的、具有垂直结构的碳化硅N沟道功率场效应晶体管的示例的示意图;
图9是示出应用了根据本发明的p型SiC半导体元件的欧姆电极的、具有垂直结构的碳化硅N沟道绝缘栅双极晶体管的示例的示意图;
图10是执行退火之后的第一比较例中的电极/SiC的截面的发射电子显微镜(TEM)照片的拷贝,该电极是根据DA法使用Al/Ti形成的。
具体实施方式
以下,将参照附图来详细描述本发明的实施例。图3中所示的根据本发明实施例的p型SiC半导体元件的欧姆电极将与图4中所示的现有技术中的p型SiC半导体元件的欧姆电极的示例相比较。在根据本发明实施例的p型SiC半导体元件的欧姆电极中,由Ti3SiC2制成的中间半导体层(即,电极)不含杂质,并且中间半导体层的表面具有高的平滑性。相反,在现有技术中的p型SiC半导体元件的欧姆电极中,在含有Ti3SiC2和副产物的中间半导体层上形成含有金属间化合物(TiAl3)和Al的凝结物的混合层,并因而,电极的表面具有低的平滑性。
此外,如图3和图4所示,根据本发明实施例的形成p型SiC半导体元件的欧姆电极的方法包括:步骤(a),在p型SiC半导体的表面上形成由Ti、Si和C制成的三元混合膜(原子组成比例为Ti∶Si∶C=3∶1∶2),以制造层压膜(参见图1和图3);以及步骤(b),对所制造的层压膜退火,以直接在p型SiC半导体的表面上形成由Ti3SiC2制成的欧姆电极层。这样,欧姆电极不含有归因于Al的杂质,并且电极的表面具有高的平滑性。相反,在现有技术中的形成p型SiC半导体元件的欧姆电极的方法中,在p型SiC半导体的表面上形成Ti/Al层压膜(参见图2和图4),然后执行退火。在欧姆电极层中形成诸如Al4C3、Ti5Si3CX和TiC的副产物。在由Ti3SiC2制成的欧姆电极层上形成含有金属间化合物(TiAl3)和Al的凝结物的层。金属间化合物(TiAl3)是含有Al的成分。因而,这些层具有低的表面平滑性,并且认为欧姆电极的欧姆特性会由于低的表面平滑性而变差。
认为根据本发明实施例的电极由于下列原因而具有高的表面平滑性和良好的欧姆特性。在根据本发明实施例的方法中,在SiC半导体的清洗后的表面上形成由Ti、Si和C(组成比例为3∶1∶2)制成的三元混合膜(即,蒸干膜),并执行退火。这样,化学反应进行,同时膜保持在固相状态下不变。因此,完成用于形成Ti3SiC2的反应而并不极大地改变形式。即,形成欧姆电极,同时基本上保持在执行蒸干时形成的平滑表面。
在蒸干膜中,控制Ti、Si和C的组成以对应于Ti3SiC2。蒸干膜处于非平衡三相共存状态。因此,蒸干膜内部的反应驱动力比稳定的SiC半导体和Ti之间的反应驱动力高得多。因而,考虑到,反应在膜内部进行,同时抑制SiC半导体和Ti之间的界面反应。为了抑制SiC半导体和Ti之间的界面反应,优选的是,防止膜的温度由于膜内部的反应所产生的热而局部增加。因为需要形成极薄的Ti3SiC2层,所以使蒸干膜的厚度最小化。因而,减少反应热的量。另外,通过利用SiC半导体具有高热传导性的事实,使热从反应进行处的一部分膜有效地转移。因而,可以防止膜的温度局部增加。
用于形成p型SiC半导体的SiC不受具体限定。用于形成p型SiC半导体的SiC的示例包括多晶型SiC,诸如3C-SiC、4H-SiC和6H-SiC。在本发明中,可以使用具有任何晶体结构的SiC。优选使用4H-SiC。因为SiC是非常硬的材料,所以难以提高SiC的切断部分的平坦度。如果将金属电极压合到p型SiC半导体衬底,则在金属电极被压合到p型SiC半导体的同时在金属电极和p型SiC半导体之间留下间隙。因而,难以得到具有低电阻的结。因此,一般采用在p型SiC半导体上蒸干电极成分的方法。
在本发明的实施例中,在步骤(a)中,需要在p型SiC半导体的表面上形成由Ti、Si和C(原子组成比例为Ti∶Si∶C=3∶1∶2)制成的三元混合膜。通过形成由Ti、Si和C制成的三元混合膜,可以直接在p型SiC半导体的表面上形成由Ti3SiC2制成的欧姆电极层,从而在稍后描述的退火步骤(b)中得到具有低电阻的结。
形成由Ti、Si和C制成的三元混合膜的方法的示例包括其中在如图3所示经过充分清洁和清洗的SiC半导体衬底的表面上形成由Ti、Si和C制成的三元混合膜(Ti、Si和C之间的组成比例(原子组成比例)为3∶1∶2)的方法。通过执行蒸干来形成三元混合膜。在蒸干中,使用以原子组成比例Ti∶Si∶C为3∶1∶2的方式包括元素Ti、Si和C的给定材料,作为靶。例如,使用Ti、Si和C(碳)的粉末、块团或压块、Ti、SiC和C的粉末、块团或压块、Ti、Si和TiC的粉末、块团或压块、或者Ti3SiC2的粉末、块团或压块,作为靶。使用沉积设备,例如射频磁控溅射设备,在放电气氛即稀有气体气氛、例如Ar气氛下,例如,在100至300W的输出、例如在Ar正向方向上200W的输出下,执行蒸干,例如,持续5至500秒,优选10至360秒。Ti3SiC2是具有金属和陶瓷材料的特性的钛硅碳化物。例如,通过PCT申请No.2003-517991的公开日语译文、日本专利申请公布No.2004-107152(JP-A-2004-107152)和日本专利申请公布No.2006-298762(JP-A-2006-298762)中描述的方法来制造钛硅碳化物。
在本发明的实施例中,在上述步骤(a)中,在p型SiC半导体上以Ti∶Si∶C之中的组成比例(原子组成比例)为3∶1∶2的方式来包括Ti、Si和C的三元混合膜,以制造层压膜。三元混合膜的厚度优选等于或小于300nm,并且更优选等于或大于5nm,并且等于或小于300nm。更具体地,在沉积设备中,在清洗了p型SiC半导体的表面后,通过真空沉积法来形成蒸干的三元混合膜。然后,在步骤(b)中,在真空下或者在惰性气体气氛下,对所制造的层压膜退火。这样,直接在p型半导体上形成由Ti3SiC2制成的欧姆电极层。在步骤(b)中,优选的是,应当在等于或高于900℃的温度下、优选在900℃至1000℃下对层压膜退火5分钟至120分钟,优选5分钟至30分钟,在该温度下,化学反应进行,同时三元混合膜在加热期间被保持在固相状态下不变。
在本发明的实施例中,通过组合步骤(a)和步骤(b),可以容易地形成包括由Ti3SiC2制成的欧姆电极层并且具有高的表面平滑性和良好的欧姆特性的p型SiC半导体元件的欧姆电极。
在本发明的实施例中,在整个电极部分形成薄且厚度均匀的、由Ti3SiC2制成的中间半导体层,使得中间半导体层与SiC半导体衬底接触。另外,可以抑制在SiC半导体和电极部分之间的界面处生成例如Al4C3、Ti5Si3CX、TiC和Al3Ti的副反应。因此,在SiC半导体上形成异质结结构,并因而制得具有良好的欧姆特性的欧姆电极。
以下,将描述本发明的第一示例。在下面描述的第一示例中,使用下面描述的方法来评估样品。然而,下面描述的测量方法是示例性方法。可以在类似的条件下使用其他类似的装置来评估样品。采用了测量算术平均粗糙度(μm)的方法,作为测量电极的表面粗糙度的方法。使用了由Kosaka实验室有限公司制造的触针型表面粗糙度测量装置SE-40C(检测器模型DR-30),作为用于测量电极的表面粗糙度的测量装置。采用了测量电极之间的电流-电压特性的方法,作为测量欧姆特性的方法。使用了由Advantest公司制造的具有高精度的数字万用表R6581,作为用于测量欧姆特性的测量装置。此外,使用了由Takasago有限公司制造的电源KX-100H,作为恒压电源。
第一示例
使用了由p型4H-SiC制成的半导体衬底来形成蒸干膜。由p型4H-SiC制成的半导体衬底具有369μm的厚度、75至2500Ωcm的电阻率以及从平面(0001)朝向[11-20]方向倾斜8°的偏离角的平面。要在半导体衬底的Si表面上形成电极。在下面描述的条件下形成了蒸干膜。使用了射频磁控溅射设备作为沉积设备。使用了Ti、Si和C的粉末、块团或压块(组成比例(原子组成比例)为Ti∶Si∶C=3∶1∶2),作为溅射靶。蒸干条件如下。在沉积Ti-S-C膜之前,通过普通方法清洗衬底。在Ar放电气氛下,在Ar正向方向上的200W的输出下,持续360秒的放电时间,来执行蒸干。在上述条件下,在半导体的表面上形成了包括Ti、Si和C的蒸干的三元混合膜(组成比例(原子组成比例)为Ti∶Si∶C=3∶1∶2),并因而,制得了其中蒸干的三元混合膜具有300nm的厚度的层压膜。对所制造的层压膜的表面粗糙度和欧姆特性进行评估。表1示出表面粗糙度的评估结果。图5和表2示出欧姆特性的评估结果。
通过对按上述步骤在真空气氛(1至10×10-4帕)或者在Ar或N2气氛下、在1000℃下持续10分钟或15分钟制造的层压膜退火而形成了欧姆电极。对所制造的欧姆电极的表面粗糙度和欧姆特性进行评估。表1示出表面粗糙度的评估结果。图5和表2示出欧姆特性的评估结果。
第一比较例
使用由p型4H-SiC制成的半导体衬底形成了蒸干膜。由p型4H-SiC制成的半导体衬底具有369μm的厚度、75至2500Ωcm的电阻率以及从平面(0001)朝向[11-20]方向倾斜8°偏离角的平面。要在半导体衬底的Si表面上形成电极。在下面描述的条件下形成蒸干膜。使用电子束沉积设备作为沉积设备。使用Ti和Al作为沉积材料。在上述条件下在半导体的表面上沉积Ti(80nm)/Al(375nm),并因而制得了层压膜。所制造的层压膜的表面粗糙度和欧姆特性被评估。表1示出表面粗糙度的评估结果。图6和表2示出欧姆特性的评估结果。
通过对按上述步骤在Ar或N2气氛下(在大气压下)、在1000℃处持续10分钟制造的层压膜进行退火而形成欧姆电极。表面粗糙度和欧姆电极的欧姆特性被评估。表1示出表面粗糙度的评估结果。图6和表2示出欧姆特性的评估结果。
表1
表2
评估结果示出第一示例中制造的欧姆电极具有高的表面平滑性和良好的欧姆特性。评估结果还示出,第一示例中通过在半导体衬底材料上蒸干三元混合膜而形成的层压膜具有高的表面平滑性和良好的欧姆特性。评估结果还示出,欧姆特性通过退火而得到进一步改善。相反,评估结果示出,第一比较例中制造的欧姆电极具有欧姆特性,但具有低的平滑性(也参见图10中的TEM照片)。评估结果还示出,通过在半导体衬底材料上沉积Ti/Al膜而形成的第一比较例中的层压膜具有高的平滑性,但不具有欧姆特性。评估结果还示出,在第一比较例中,通过退火得到了欧姆特性,但通过退火却降低了平滑度。
在上述示例中,形成了其中蒸干的三元混合膜具有300nm的厚度的层压膜。然而,可以将蒸干的三元混合膜的厚度控制到任何值。据此,可以将Ti3SiC2欧姆电极层的厚度控制到例如等于或小于20nm的值,例如,等于或小于10nm的值。
第二示例
图7是示出由SiC制成的、使用根据本发明的p型SiC半导体元件的欧姆电极而制造的场效应晶体管的示意图。
第三示例
图8是示出使用根据本发明的p型SiC半导体元件的欧姆电极而制造的N沟道功率场效应晶体管(功率MOSFET)的示意图。
第四示例
图9是示出根据本发明的p型SiC半导体元件的欧姆电极而制造的碳化硅N沟道绝缘栅双极晶体管(IGBT)的示意图。确保图9中所示的IGBT的欧姆特性在室温或相对较低的温度下。因此,在完成诸如栅氧化膜的形成和离子注入的表面处理之后,在不受热影响的情况下,在反表面上制造漏电极。
虽然尚未建立用于在p型SiC半导体上稳定地形成欧姆电极的技术,但是根据本发明,即使在p型SiC半导体上,也可以提供具有高的表面平滑度和良好的欧姆特性的欧姆电极。
Claims (14)
1.一种p型SiC半导体元件的欧姆电极,包括:
欧姆电极层,所述欧姆电极层由Ti3SiC2制成,并且直接形成在p型SiC半导体的表面上。
2.根据权利要求1所述的欧姆电极,其中,
所述欧姆电极层不包含Al成分。
3.根据权利要求1所述的欧姆电极,其中,
所述欧姆电极层的厚度等于或小于20nm。
4.根据权利要求3所述的欧姆电极,其中,
所述欧姆电极层的厚度等于或小于10nm。
5.一种形成p型SiC半导体元件的欧姆电极的方法,其中,所述欧姆电极包括由Ti3SiC2制成的欧姆电极层,并且所述欧姆电极层直接形成在p型SiC半导体的表面上,所述方法包括:
在p型SiC半导体的表面上以原子组成比例Ti∶Si∶C为3∶1∶2的方式形成包括Ti、Si和C的三元混合膜,以制造层压膜;以及
在真空下或者在惰性气体气氛下,对所制造的层压膜进行退火。
6.根据权利要求5所述的方法,其中,
在形成所述三元混合膜中,在真空沉积设备中,在清洗了p型SiC半导体的表面之后通过沉积法来形成蒸干的三元混合膜。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,
所述蒸干的三元混合膜的厚度等于或小于300nm。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,
所述蒸干的三元混合膜的厚度等于或大于5nm且等于或小于300nm。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法,其中,
在对所述层压膜进行退火的过程中,在等于或高于900℃的温度下对所述层压膜进行退火,在所述温度下,化学反应进行的同时所述三元混合膜恒定地保持在固相状态中。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,
在900℃至1000℃下,对所述层压膜进行退火。
11.根据权利要求10所述的方法,其中,
对所述层压膜退火5分钟至120分钟。
12.根据权利要求11所述的方法,其中,
对所述层压膜退火5分钟至30分钟。
13.根据权利要求5至12中任一项所述的方法,其中,
所述欧姆电极层的厚度等于或小于20nm。
14.根据权利要求13所述的方法,其中,
所述欧姆电极层的厚度等于小于10nm。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009020850A JP2010177581A (ja) | 2009-01-30 | 2009-01-30 | オーミック電極およびその形成方法 |
JP2009-020850 | 2009-01-30 | ||
PCT/IB2010/000161 WO2010086718A1 (en) | 2009-01-30 | 2010-01-29 | Ohmic electrode and method of forming the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102301481A true CN102301481A (zh) | 2011-12-28 |
Family
ID=42101746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN2010800060587A Pending CN102301481A (zh) | 2009-01-30 | 2010-01-29 | 欧姆电极及其形成方法 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20110287626A1 (zh) |
JP (1) | JP2010177581A (zh) |
CN (1) | CN102301481A (zh) |
DE (1) | DE112010000709T5 (zh) |
WO (1) | WO2010086718A1 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110349839A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-10-18 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法 |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5544778B2 (ja) * | 2009-08-05 | 2014-07-09 | トヨタ自動車株式会社 | オーミック電極およびその製造方法 |
JP5728954B2 (ja) * | 2011-01-13 | 2015-06-03 | 住友電気工業株式会社 | 炭化珪素半導体装置の製造方法 |
CN103094073B (zh) * | 2013-01-17 | 2015-10-21 | 上海师范大学 | 半绝缘碳化硅衬底钛欧姆接触电极的制备方法 |
JP5930228B2 (ja) | 2014-02-25 | 2016-06-08 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーションInternational Business Machines Corporation | 情報処理装置、方法及びプログラム |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20020068488A1 (en) * | 2000-08-28 | 2002-06-06 | Boston Microsystems, Inc. | Stable electrical contact for silicon carbide devices |
CN1413176A (zh) * | 1999-12-22 | 2003-04-23 | 德崇大学 | 312相材料的形成方法和烧结方法 |
JP2008078434A (ja) * | 2006-09-22 | 2008-04-03 | Toyota Motor Corp | 半導体装置とその製造方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6420616A (en) | 1987-07-15 | 1989-01-24 | Sanyo Electric Co | Formation of p-type sic electrode |
US6803243B2 (en) * | 2001-03-15 | 2004-10-12 | Cree, Inc. | Low temperature formation of backside ohmic contacts for vertical devices |
JP2003086534A (ja) | 2001-09-10 | 2003-03-20 | Nissan Motor Co Ltd | 炭化珪素半導体のオーミック電極構造及び、炭化珪素半導体のオーミック電極製造方法 |
JP3906361B2 (ja) | 2002-09-19 | 2007-04-18 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 金属性セラミック粉末の製造法 |
JP4662897B2 (ja) | 2006-08-10 | 2011-03-30 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 金属性セラミック粉末の製造法 |
JP5256599B2 (ja) | 2006-09-22 | 2013-08-07 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
US7879705B2 (en) * | 2006-09-22 | 2011-02-01 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Semiconductor devices and manufacturing method thereof |
JP5286677B2 (ja) | 2007-03-13 | 2013-09-11 | トヨタ自動車株式会社 | P型4H−SiC基板上のオーミック電極の形成方法 |
-
2009
- 2009-01-30 JP JP2009020850A patent/JP2010177581A/ja active Pending
-
2010
- 2010-01-29 WO PCT/IB2010/000161 patent/WO2010086718A1/en active Application Filing
- 2010-01-29 US US13/146,208 patent/US20110287626A1/en not_active Abandoned
- 2010-01-29 CN CN2010800060587A patent/CN102301481A/zh active Pending
- 2010-01-29 DE DE112010000709T patent/DE112010000709T5/de not_active Ceased
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1413176A (zh) * | 1999-12-22 | 2003-04-23 | 德崇大学 | 312相材料的形成方法和烧结方法 |
US20020068488A1 (en) * | 2000-08-28 | 2002-06-06 | Boston Microsystems, Inc. | Stable electrical contact for silicon carbide devices |
JP2008078434A (ja) * | 2006-09-22 | 2008-04-03 | Toyota Motor Corp | 半導体装置とその製造方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110349839A (zh) * | 2019-06-21 | 2019-10-18 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法 |
WO2020253807A1 (zh) * | 2019-06-21 | 2020-12-24 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法 |
CN110349839B (zh) * | 2019-06-21 | 2021-03-12 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种p/n型碳化硅欧姆接触的制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE112010000709T5 (de) | 2012-11-08 |
US20110287626A1 (en) | 2011-11-24 |
JP2010177581A (ja) | 2010-08-12 |
WO2010086718A1 (en) | 2010-08-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kim et al. | Local epitaxial growth of ZrO 2 on Ge (100) substrates by atomic layer epitaxy | |
Porter et al. | A critical review of ohmic and rectifying contacts for silicon carbide | |
JP5286677B2 (ja) | P型4H−SiC基板上のオーミック電極の形成方法 | |
Lee et al. | Low resistivity ohmic titanium carbide contacts to n-and p-type 4H-silicon carbide | |
EP3076422B1 (en) | Silicon carbide semiconductor element production method | |
CN113196499B (zh) | 垂直碳化硅功率mosfet和igbt及其制造方法 | |
CN101385146A (zh) | 肖特基结半导体元件及其制造方法 | |
Tao et al. | 730 mV implied Voc enabled by tunnel oxide passivated contact with PECVD grown and crystallized n+ polycrystalline Si | |
CN102301481A (zh) | 欧姆电极及其形成方法 | |
Lee et al. | Low resistivity ohmic contacts on 4H-silicon carbide for high power and high temperature device applications | |
CN102473602B (zh) | 欧姆电极及其形成方法 | |
Iucolano et al. | Influence of high-temperature GaN annealed surface on the electrical properties of Ni/GaN Schottky contacts | |
Makita et al. | Important research targets to be explored for β-FeSi2 device making | |
Tsukimoto et al. | Electrical properties and microstructure of ternary Ge∕ Ti∕ Al ohmic contacts to p-type 4H–SiC | |
Lee | Processing and characterization of silicon carbide (6H-SiC and 4H-SiC) contacts for high power and high temperature device applications | |
US20140327017A1 (en) | Silicon carbide barrier diode | |
Borysiewicz et al. | Fundamentals and practice of metal contacts to wide band gap semiconductor devices | |
Noblanc et al. | XPS and TLM characterization of ohmic contacts on SiC | |
JP6044907B2 (ja) | 半導体コンタクト構造及びその形成方法 | |
Alberti et al. | Structural and electrical characterization of silicided Ni/Au contacts formed at low temperature (< 300 C) on p-type [001] silicon | |
Shalish et al. | Stability of Schottky contacts with Ta–Si–N amorphous diffusion barriers and Au overlayers on 6H–SiC | |
Yasuda et al. | Interfacial reactions of Ti/and Zr/Si1− xGex/Si contacts with rapid thermal annealing | |
CA2322595C (en) | Method of making an ohmic contact to p-type silicon carbide, comprising titanium carbide and nickel silicide | |
JP4029731B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
Liu et al. | Thermally stable ohmic contacts to 6H-and 4H-p-type SiC |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111228 |