CN112768510A - 一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法及半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法及半导体器件，包括以下步骤：在碳化硅的表面注入N型离子，从而形成简并碳化硅；使用高温退火对注入的N型离子进行激活，从而修复注入N型离子时对晶胞造成的损伤；在注入的N型离子表面积淀双层金属，从而形成欧姆接触。本方案在碳化硅表面形成简并碳化硅，以在常温下实现无需高温或激光退火，金属(Ti/Ni)直接形成N型欧姆接触的目的。由于避免了常用的碳化硅欧姆接触高温退火，解决了在欧姆接触表面形成空洞的问题，因此半导体器件的肖特基接触、MOS介面等器件关键部位的电特性、可靠性都得到了显著的提升。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺技术领域，特别涉及一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法及半导体器件。
背景技术
半导体与金属接触时，多会形成势垒层，但当半导体掺杂浓度很高时，电子可借隧道效应穿过势垒，从而形成低电阻的欧姆接触。欧姆接触对半导体器件非常重要，形成良好的欧姆接触有利于电流的输入和输出。
请参见图1、2，碳化硅二极管或场效应管等一般需要在金属与碳化硅反应1的表面，对积淀的金属电极进行1000摄氏度左右(高温)退火或激光退火才能形成低电阻的欧姆接触。退火过程本身是金属与碳化硅的化学反应，容易在欧姆接触介面形成空洞，降低接触的可靠性。高温退货或激光退火一般进行在圆晶生产过程的尾部，会降低之前形成的肖特基接触、MOS介面等器件关键部位的电特性，从而降低可靠性。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术对积淀的金属电极进行1000摄氏度左右(高温)退火或激光退火时，使欧姆接触介面形成空洞的问题，提供一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法及半导体器件。
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：
一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法，包括以下步骤：
步骤S1：在碳化硅的表面注入N型离子，从而形成简并碳化硅；
步骤S2：使用高温退火对注入的N型离子进行激活，从而修复注入N型离子时对晶胞造成的损伤；
步骤S3：在注入的N型离子表面积淀双层金属，从而形成欧姆接触。
在本方案中，在碳化硅表面形成简并碳化硅，以在常温下实现无需高温或激光退火，金属(Ti/Ni)直接形成N型欧姆接触的目的。
更进一步地，在所述步骤S1中，注入的N型离子为氮离子。
更进一步地，注入的所述氮离子浓度为5×1019cm-3或以上。
更进一步地，步骤S1中的所述碳化硅包括单晶碳化硅外延，在所述单晶碳化硅外延的表面注入N型离子，由于高斯分布在单晶碳化硅外延和N型离子之间形成比所述N型离子浓度低的离子注入层尾部碳化硅。
在本方案中，在单晶碳化硅外延表面进行N型离子的注入，会形成离子注入层，注入的N型离子由于高斯分布的尾部效应，在离子注入层偏下形成尾部层，也就是说，在单晶碳化硅外延和高浓度的离子注入层之间形成低浓度的离子注入层尾部碳化硅。
在所述步骤S2中，激活注入的N型离子时，使用的高温范围为1400～1600摄氏度。
在上述方案中，晶胞是指半导体晶体结构中最基本的重复单元，N型离子注入过程的高能会打乱原本有序的晶胞结构，高温退火的目的是通过原子热运动修复自身晶胞结构，本步骤中使用高温退火的目的不涉及欧姆接触或其他。
更进一步地，在步骤S3中，N型离子表面积淀的双层金属为金属钛、金属镍，先在N型离子表面积淀金属钛，再在金属钛表面积淀金属镍。
更进一步地，在所述N型离子表面积淀的金属钛的厚度为30nm；在钛表面积淀的金属镍的厚度为100nm。
一种常温下形成低电阻欧姆接触的半导体器件，包括：碳化硅、离子注入区、双层金属区，所述离子注入区覆盖在所述碳化硅的表面，所述双层金属区覆盖在离子注入区的表面，其中，
所述离子注入区中被注入了N型离子，形成简并碳化硅，且使用高温退火对注入的N型离子进行激活；
所述双层金属区包括金属钛、金属镍，金属钛积淀在所述N型离子表面，金属镍积淀在金属钛表面。
优选地，注入所述离子注入区的N型离子为氮离子，且浓度为5×1019cm-3或以上。
优选地，所述金属钛的厚度为30nm；所述金属镍的厚度为100nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本方案在碳化硅表面形成简并碳化硅，以在常温下实现无需高温或激光退火，金属(Ti/Ni)直接形成N型欧姆接触的目的。由于避免了常用的碳化硅欧姆接触高温退火，解决了在欧姆接触表面形成空洞的问题，因此半导体器件的肖特基接触、MOS介面等器件关键部位的电特性、可靠性都得到了显著的提升。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为现有技术形成欧姆接触的半导体结构示意图；
图2为现有技术形成欧姆接触的半导体结构简易示意图；
图3为本发明实施例形成欧姆接触的半导体结构示意图；
图4为本发明实施例形成欧姆接触的半导体结构简易示意图。
主要元件符号说明
离子注入层尾部碳化硅1，单晶碳化硅外延2，金属与碳化硅反应层3，离子注入区(即注入的N型离子)4，金属钛5，金属镍6。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
本发明通过下述技术方案实现，如图1所示，一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法，包括以下步骤：
步骤S1：在碳化硅的表面注入N型离子，从而形成简并碳化硅。
碳化硅二极管或场效应管等半导体器件中的碳化硅一般包括单晶碳化硅外延2，在所述单晶碳化硅外延2的表面注入N型离子，由于高斯分布在单晶碳化硅外延2和N型离子之间形成比所述N型离子浓度低的离子注入层尾部碳化硅1。为降低碳化硅的粗糙度，在碳化硅外延表面进行抛光，使得粗糙度控制在0.5nm以下。
本方案在所述单晶碳化硅外延2的表面注入N型离子4，从而在单晶碳化硅外延2的表面形成简并碳化硅，注入的所述N型离子4优选氮离子，其浓度为5×1019cm-3或以上。
需要说明的是，经过多次试验后，当氮离子的浓度为5×1019cm-3或以上时，所形成的简并碳化硅效果相对较好。
步骤S2：使用高温退火对注入的N型离子进行激活，从而修复注入N型离子时对晶胞造成的损伤。
晶胞是指半导体晶体结构中最基本的重复单元，N型离子注入过程的高能回打乱原本有序的晶胞结构，高温退火的目的是通过原子热运动修复自身晶胞结构，本步骤中使用高温退火的目的不涉及欧姆接触或其他。
优选地，激活注入的N型离子时，使用的高温范围为1400～1600摄氏度。
步骤S3：在注入的N型离子表面积淀双层金属，从而形成欧姆接触。
然后在注入的N型离子表面积淀双层金属，积淀的双层金属为金属钛5、金属镍6，先在N型离子表面积淀厚度为30nm的金属钛5，再在金属钛5表面积淀厚度为100nm的金属镍6，从而直接形成N型低电阻欧姆接触。
需要说明的是，本方案不限定所述双层金属必须为钛和镍，厚度也不限定，在该半导体器件出厂时，可根据实际的金属设计合适的厚度，从而形成欧姆接触。
本方案在碳化硅表面形成简并碳化硅，以在常温下实现无需高温或激光退火，金属(Ti/Ni)直接形成N型欧姆接触的目的。由于避免了常用的碳化硅欧姆接触高温退火，解决了在欧姆接触表面形成空洞的问题，因此半导体器件的肖特基接触、MOS介面等器件关键部位的电特性、可靠性都得到了显著的提升。
本方案还提出一种常温下形成低电阻欧姆接触的半导体器件，请参见图3、4，包括：碳化硅、离子注入区、双层金属区，所述离子注入区覆盖在所述碳化硅的表面，所述双层金属区覆盖在离子注入区的表面，其中，
所述碳化硅包括单晶碳化硅外延2，在所述单晶碳化硅外延2的表面注入N型离子4，由于高斯分布在单晶碳化硅外延2和N型离子4之间形成比所述N型离子4浓度低的离子注入层尾部碳化硅1。
所述离子注入区1中被注入了N型离子，形成简并碳化硅，注入的N型离子为氮离子，浓度为5×1019cm-3或以上；且使用高温退火对注入的N型离子进行激活；使用的高温范围为1400～1600摄氏度。
所述双层金属区包括金属钛5、金属镍6，金属钛积淀在所述N型离子表面，金属镍积淀在金属钛表面；金属钛的厚度为30nm，金属镍的厚度为100nm。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：在碳化硅的表面注入N型离子，从而形成简并碳化硅；
步骤S2：使用高温退火对注入的N型离子进行激活，从而修复注入N型离子时对晶胞造成的损伤；
步骤S3：在注入的N型离子表面积淀双层金属，从而形成欧姆接触。
2.根据权利要求1所述的一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法，其特征在于：在所述步骤S1中，注入的N型离子为氮离子。
3.根据权利要求2所述的一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法，其特征在于：注入的所述氮离子浓度为5×1019cm-3或以上。
4.根据权利要求1所述的一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法，其特征在于：步骤S1中的所述碳化硅包括单晶碳化硅外延，在所述单晶碳化硅外延的表面注入N型离子，由于高斯分布在单晶碳化硅外延和N型离子之间形成比所述N型离子浓度低的离子注入层尾部碳化硅。
5.根据权利要求1所述的一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法，其特征在于：在所述步骤S2中，激活注入的N型离子时，使用的高温范围为1400～1600摄氏度。
6.根据权利要求1所述的一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法，其特征在于：在步骤S3中，N型离子表面积淀的双层金属为金属钛、金属镍，先在N型离子表面积淀金属钛，再在金属钛表面积淀金属镍。
7.根据权利要求6所述的一种常温下形成低电阻欧姆接触的方法，其特征在于：在所述N型离子表面积淀的金属钛的厚度为30nm；在钛表面积淀的金属镍的厚度为100nm。
8.一种常温下形成低电阻欧姆接触的半导体器件，其特征在于：包括：碳化硅、离子注入区、双层金属区，所述离子注入区覆盖在所述碳化硅的表面，所述双层金属区覆盖在离子注入区的表面，其中，
所述离子注入区中被注入了N型离子，形成简并碳化硅，且使用高温退火对注入的N型离子进行激活；
所述双层金属区包括金属钛、金属镍，金属钛积淀在所述N型离子表面，金属镍积淀在金属钛表面。
9.根据权利要求8所述的一种常温下形成低电阻欧姆接触的半导体器件，其特征在于：注入所述离子注入区的N型离子为氮离子，且浓度为5×1019cm-3或以上。
10.根据权利要求8所述的一种常温下形成低电阻欧姆接触的半导体器件，其特征在于：所述金属钛的厚度为30nm；所述金属镍的厚度为100nm。
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