技术领域
[0001] 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
[0002] 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。
[0003] 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
[0004] 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。
[0005] 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：
[0006] 步骤1、对碳化硅样品进行传统RCA清洗；
[0007] 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：
[0008] (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；
[0009] (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℃；
[0010] (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；
[0011] (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；
[0012] 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：
[0013] (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℃；
[0014] (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；
[0015] (c)曝光，采用
光刻机透过电极掩膜版紫外线曝光5-20s；
[0016] (d)二次烘干，将曝光后的碳化硅样品置于热烘箱里烘干10-30min，温度控制在60-90℃；
[0017] (e)显影，待热烘箱温度冷却至室温时，取出碳化硅样品，在显影液中浸泡10-30s显现出电极图形；
[0018] (f)清洗，使用去离子
水对碳化硅样品清洗数遍，并用氮气吹干；
[0019] (g)坚膜，对碳化硅样品进行坚膜，温度控制在60-90℃，时间控制在5-20min；
[0020] 步骤4、采用
磁控溅射的方法淀积金属电极材料
钛或碳化钛，待坚膜温度冷却至室温时，取出碳化硅样品，置于基底真空度小于10-3Pa的磁控溅射仪中沉积高纯Ti
薄膜，厚度控制在100-400nm，时间控制在5-30min；
[0021] 步骤5、对碳化硅样品采用丙
酮在超声清洗器中剥离掉电极以外的金属，并用氮气吹干；
[0022] 步骤6、在氮气、氮氢混合气或氩气氛围下对碳化硅样品进行退火处理，温度控制在200-500℃，时间控制在5-20min。
[0023] 本发明有益效果是：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：(1)对碳化硅样品进行传统RCA清洗；(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；(3)通过光刻在碳化硅样品上形成电极图形；(4)采用磁控溅射的方法淀积金属电极材料钛或碳化钛；(5)对碳化硅样品采用丙酮在超声清洗器中剥离掉电极以外的金属，并用氮气吹干；(6)在氮气、氮氢混合气或氩气氛围下对碳化硅样品进行退火处理。与已有技术相比，本发明由于利用电子回旋共振系统产生氢等离子体对碳化硅表面进行预处理后，碳化硅表面得到了有效的清洗
钝化，表面态密度显著降低，再结合低功函金属钛或碳化钛以及较高掺杂浓度的碳化硅衬底，Ti/SiC接触的势垒高度低，能够在低温退火条件下就形成良好的欧姆接触。
附图说明
[0025] 图2是本发明方法对碳化硅表面进行氢等离子体处理后的RHEED图。
[0026] 图3是本发明方法对碳化硅表面进行氢等离子体处理前后的欧姆接触I-V特性曲线图。
[0027] 图4是本发明方法在不同退火温度下，对碳化硅表面未进行氢等离子体处理的欧姆接触I-V特性曲线图。
[0028] 图5是本发明方法在不同退火温度下，对碳化硅表面进行氢等离子体处理的欧姆接触I-V特性曲线图。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0030] 如图1所示，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：
[0031] 步骤1、对碳化硅样品进行传统RCA清洗，具体包括以下子步骤：
[0032] (a)采用去离子水加超声清洗碳化硅样品至无明显的异物；
[0033] (b)采用浓
硫酸(H2SO4)清洗，将H2SO4加热至80℃，煮10分钟后，放入清洗碳化硅样品，浸泡30分钟后，加入H2O2再浸泡15min，去离子水冲洗碳化硅样品数遍；
[0034] (c)采用1号标准液(去离子水、NH4OH和H2O2的
混合液)清洗，DIW清洗数遍，缓冲的
氢氟酸清洗，去离子水清洗碳化硅样品数遍；
[0035] (d)2号标准液(去离子水、HCl和H2O2的混合液)清洗，DIW清洗数遍，缓冲的氢氟酸清洗，去离子水冲洗碳化硅样品数遍。
[0036] 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：
[0037] (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；
[0038] (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400℃；
[0039] (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650W，并向石英放电室通入流量为60sccm的氢气产生氢等离子体，然后对碳化硅样品处理3min；
[0040] (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；
[0041] 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：
[0042] (a)一次烘干，将碳化硅样品置于热烘箱里烘干10min，温度控制在90℃；
[0043] (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3500rpm，时间控制在40s；
[0044] (c)曝光，采用光刻机透过电极掩膜版紫外线曝光10s；
[0045] (d)二次烘干，将曝光后的碳化硅样品置于热烘箱里烘干20min，温度控制在85℃；
[0046] (e)显影，待热烘箱温度冷却至室温时，取出碳化硅样品，在显影液中浸泡20s显现出电极图形；
[0047] (f)清洗，使用去离子水对碳化硅样品清洗数遍，并用氮气吹干；
[0048] (g)坚膜，对碳化硅样品进行坚膜，温度控制在85℃，时间控制在10min；
[0049] 步骤4、采用磁控溅射的方法淀积金属电极材料钛或碳化钛，待坚膜温度冷却至室温时，取出碳化硅样品，置于基底真空度小于10-3Pa的磁控溅射仪中沉积高纯Ti薄膜，厚度控制在200nm，时间控制在10min；
[0050] 步骤5、对碳化硅样品采用丙酮在超声清洗器中剥离掉电极以外的金属，并用氮气吹干；
[0051] 步骤6、在氮气氛围下对碳化硅样品进行退火处理，温度控制在200℃，时间控制在5min。
[0052] 如图2所示，图(a)是经过传统RCA清洗的碳化硅表面RHEED图像，虽然呈线性条纹状，但条纹不清晰且
对比度差，说明碳化硅表面
原子排列不规则，单晶取向性差。图(b)是经过氢等离子体处理后，RHEED图像出现了非常清晰的线性条纹，对比度也非常高，说明碳化硅表面清洁，原子排列规则，平整，单晶取向性好，表面态密度很低。
[0053] 如图3所示，RCA是未经处理碳化硅样品的欧姆接触的I-V特性，HPT是经电子回旋共振氢等离子体处理后欧姆接触的I-V特性。经氢处理后的碳化硅样品I-V特性明显优于处理前的碳化硅样品。处理前呈整流特性，而处理后I-V曲线变为线性。
[0054] 在不同退火温度下，对碳化硅表面未处理((RCA)及处理后(HPT)的比
电阻率值如表1所示。
[0055] 表1
[0056]
[0057] 本发明优点在于：本发明由于利用电子回旋共振系统产生氢等离子体对碳化硅表面进行预处理后，碳化硅表面得到了有效的清洗钝化，表面态密度显著降低，再结合低功函金属钛或碳化钛以及较高掺杂浓度的碳化硅衬底，Ti/SiC接触的势垒高度低，能够在低温退火条件下就形成良好的欧姆接触。
