專利名稱：歐姆電極及其形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于P型SiC半導體的歐姆電極及其形成方法。更具體而言，本發(fā)明涉及用于P型SiC半導體的歐姆電極及其形成方法，所述歐姆電極具有表面平滑度得以改善并且其中Ti(z)Si(x)C(y)中的x、y和z(z = 1-x-y)在規(guī)定范圍內的歐姆電極層，所述歐姆電極層直接層疊在P型SiC半導體上。
背景技術：
SiC單晶具有熱和化學非常穩(wěn)定、機械強度優(yōu)異并且耐輻射的特征。此外，SiC單晶具有在例如介電擊穿電壓和熱導率方面比硅(Si)單晶高的優(yōu)異性能。用摻雜劑摻雜SiC 單晶形成P型或η型導電載體，并且載體的電子特性容易通過調節(jié)用摻雜劑摻雜SiC單晶的方式來調節(jié)。SiC單晶具有寬的帶隙(4Η型單晶SiC具有約3. !BeV的帶隙，6Η型單晶SiC 具有約3. OeV的帶隙)。因此，通過現有半導體材料如Si單晶或砷化鎵(GaAs)單晶不能實現的高溫、高頻、擊穿電壓和環(huán)境耐性可以通過SiC單晶來實現。因此，期待SiC單晶作為下一代半導體材料。另一方面，已知半導體器件的實際應用要求表現出良好歐姆性能的電極，即歐姆電極。表現出良好歐姆性能的電極是指表現出與電流的方向和電壓的幅值無關地具有電流和電壓之間線性(即沒有非線性)的關系的電流-電壓特性并且允許電流在兩個方向上平穩(wěn)流動。然而，在P型SiC半導體的情況下，目前尚未建立用于穩(wěn)定地形成歐姆電極的技術。 因此，已經提出了多種關于開發(fā)用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的建議。例如，日本專利申請公開1-20616 (JP-A-1-20616)描述了一種方法，其中將Al 和Si順序層疊在ρ型SiC單晶上并隨后進行熱處理以形成歐姆電極。更具體而言， JP-A-1-20616描述了一種形成用于ρ型SiC半導體的電極的方法，其中將ρ型SiC單晶的載體濃度設定為等于或高于IXlO1Vcm3的值，并且將熱處理溫度設定為400°C至500°C。 日本專利申請公開2003-86534 (JP-A-2003-86534)描述了一種用于SiC半導體的歐姆電極，其通過將電極連接到第一反應層來形成，所述第一反應層通過熱處理以膜的形式形成在ρ型SiC半導體襯底上并且包含C、Si、Al和與Si形成金屬間化合物的磁性材料。 JP-A-2003-86534還描述了一種形成用于SiC半導體的歐姆電極的方法，其包括將Al膜和 Ni膜層疊到ρ型SiC半導體襯底上的第一步、在真空中實施熱處理以形成第一反應層的第二步和將電極連接至第一反應層的第三步。日本專利申請公開2008-78434(JP-A-2008-78434)描述了一種形成不包含諸如 A14C3、Ti5Si3Cx和TiC的副產物的半導體器件的方法。該方法包括形成與SiC半導體層接觸的Ti層的第一步和將SiC半導體層和Ti層的溫度升高至高于第一參考溫度(Ti和Al 在該溫度下相互反應以產生Al3Ti)并且低于第二參考溫度(Al3Ti和SiC在該溫度下相互反應以產生Ti3SiC2)以及在Ti層上形成Al層的第二步。在第二步中，SiC半導體層的SiC 與Al3Ti相互反應以產生Ti3SiC2并且由此形成與SiC半導體歐姆接觸的Ti3SiC2層。然而， 前述公開并未描述熱處理之后電極表面的平滑度。
日本專利申請公開2008-78435 (JP-A-2008-7843O描述了一種形成具有低接觸電阻并且不包含諸如Al4c3、Ti5Si3Cx和TiC的副產物的半導體器件的方法。該方法包括形成與SiC半導體層接觸的Ti層的第一步，在Ti層上形成Al層的第二步，使SiC半導體層、 Ti層和Al層在高于第一參考溫度(Ti和Al在該溫度下相互反應以產生Al3Ti)并且低于第二參考溫度(Al3Ti和SiC在該溫度下相互反應以產生Ti3SiC2)經受熱處理并且由此形成 Al3Ti層的第三步驟，和在由Ti和Al形成Al3Ti的反應完成之后使SiC半導體層和Al3Ti 層在高于第二參考溫度的溫度下經受熱處理以形成與SiC半導體層歐姆接觸的Ti3SiC2的第四步驟。然而，前述公開并未描述熱處理之后電極表面的平滑度。日本專利申請公開 2008-227174 (JP-A-2008-227174)描述了一種在 ρ 型 4H_SiC 襯底上形成歐姆電極的方法。該方法包括將第一 Al層、Ti層和第二 Al層(每個層都具有 Inm至60nm的厚度)順序層疊在ρ型4H_SiC襯底上的層疊步驟，和在非氧化氣氛中通過熱處理利用第一 Al層作為用于反應的介質來形成SiC襯底和Ti層的合金層的合金化步驟。 然而，前述公開并未描述熱處理之后電極表面的平滑度。此外，一些前述相關技術采用沉積和退火(DA)法。根據DA法，當形成用于ρ型SiC半導體的歐姆電極時，以層疊的方式形成Al沉積膜和Ti沉積膜(其對反應而言實際上是不必要的)以形成Ti3SiC2層，并且在約 1000°C溫度下實施熱處理。這種熱處理導致用作半導體材料的SiC和其上沉積的Ti和Al 的界面反應，以及由Ti3SiC2制成的并且與SiC半導體接觸的薄的中間半導體層的形成。在形成根據相關技術的電極的方法中，難以在SiC半導體上的整個電極部分上形成具有均勻厚度的、由Ti3SiC2制成的中間半導體層，并且在電極部分和中間半導體層之間的界面上產生作為副產物的例如Al4C3Ji5Si3Cx和TiC的化合物。由于存在這些副產物的界面區(qū)域的接觸電阻高，所以難以將SiC半導體上的電極的接觸電阻降低至合適的歐姆電阻。Al與SiC反應形成合金并且不均勻地腐蝕SiC。結果，電極表面變粗糙，并且難以布線到外部。為了在P型SiC半導體上形成低電阻歐姆電極，使直接位于電極下方的半導體區(qū)域經受重摻雜處理以降低肖特基勢壘的厚度的方法如在其它P型寬帶隙半導體的情況下那樣有效。然而，在根據相關技術的DA方法中，由于利用了半導體襯底和沉積膜之間的界面反應，所以經受重摻雜處理的直接位于電極下方的半導體區(qū)域在界面反應中消耗掉。如前所述，根據相關技術，獲得顯示出低平滑度或低歐姆性能的電極。盡管平滑度通過降低熱處理的溫度而略微提高，但是界面反應不進行，并且只獲得表現出低歐姆性能和高接觸電阻的電極。因此，本發(fā)明人對具有由Ti3SiC2制成并且直接層疊在P型SiC半導體表面上的歐姆電極層的歐姆電極以及形成歐姆電極的方法申請了專利，即日本專利申請 2009-020850 ο作為進一步研究的結果，本發(fā)明人發(fā)現，盡管根據前述專利申請中描述的發(fā)明獲得了顯示出良好歐姆性能的歐姆電極，但是組成比例需要嚴格控制。此外，本發(fā)明人發(fā)現， 因為電極層具有多晶結構，所以在電極層中存在晶粒邊界，并且如果電極表面暴露在形成電極之后的步驟中，則電極可能因化學品滲透到晶粒邊界中而被腐蝕。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種用于P型SiC半導體的歐姆電極，其具有歐姆電極層，所述歐姆電極層具有歐姆性能并且具有非晶結構，所述歐姆電極層直接層疊在P型SiC半導體的表面上。此外，本發(fā)明提供一種形成用于P型SiC半導體的歐姆電極的方法。本發(fā)明的第一方面涉及一種用于ρ型SiC半導體的歐姆電極，其中歐姆電極層直接層疊在P型SiC半導體的表面上，所述歐姆電極層形成所述歐姆電極，所述歐姆電極層具有非晶結構并且由Tia_x_y)Si(x)C(y)三元膜制成，所述三元膜的組成比例在由式 X = 0 (0. 35 彡 y 彡 0. 5)、式 y = -1. 120x+0. 5200 (0. 1667 彡 χ 彡 0. 375)、式 y = 1. 778 (χ-0· 375) 2+0. 1 (0 彡 χ 彡 0. 375)和式 y = -2. 504χ2_0· 5828x+0. 5 (0 彡 χ 彡 0· 1667) 表示的兩條直線和兩條曲線所包圍的并且排除由式χ = 0表示的所述直線的組成范圍內。本發(fā)明的第二方面涉及形成用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的方法。根據所述方法，將歐姆電極層直接層疊在P型SiC半導體的表面上，所述歐姆電極層形成所述歐姆電極，所述歐姆電極層具有非晶結構并且由Ti(1_x_y)Si(x)C(y)三元膜制成，所述三元膜的組成比例在由式 X = 0(0. 35 彡 y 彡 0. 5)、式 y = -1. 120x+0. 5200(0. 1667 彡 χ 彡 0. 375)、式 y = 1. 778 (χ-0· 375) 2+0. 1 (0 彡 χ 彡 0. 375)和式 y = -2. 504χ2_0· 5828x+0. 5 (0 彡 χ 彡 0· 1667) 表示的兩條直線和兩條曲線所包圍的并且排除由式χ = 0表示的所述直線的組成范圍內。本發(fā)明的第三方面涉及一種形成用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的方法。根據所述方法，使P型半導體的表面經受預濺射沉積處理；和通過濺射沉積，將歐姆電極層直接層疊在所述P型SiC半導體的表面上，所述歐姆電極層形成所述歐姆電極，所述歐姆電極層由 Tia_x_y)Si(x)C(y)三元膜制成，所述三元膜的組成比例在由式X = 0(0. 35彡y彡0. 5)、式y(tǒng) =-1. 120x+0. 5200 (0. 1667 彡 χ 彡 0. 375)、式 y = 1. 778 (χ-0. 375)2+0. 1 (0 彡 χ 彡 0· 375) 和式y(tǒng) = -2. 504X2-0. 5828x+0. 5 (0 ^ χ ^ 0. 1667)表示的兩條直線和兩條曲線所包圍的并且排除由式χ = 0表示的所述直線的組成范圍內。在所述濺射沉積期間，濺射室內的溫度調節(jié)為不出現所述電極層的結晶的溫度，和在所述濺射沉積之后禁止在出現所述電極層的結晶的溫度下的熱處理。在本發(fā)明方面中的電極層的特性由測量方法規(guī)定，所述測量方法將在本發(fā)明的實施例部分中描述。根據本發(fā)明的前述方面，能夠獲得用于ρ型SiC半導體的歐姆電極，其中具有歐姆性能并且具有非晶結構的歐姆電極層直接層疊在P型SiC半導體的表面上。此外，根據本發(fā)明的前述方面，能夠容易地獲得用于ρ型SiC半導體的歐姆電極，其中具有歐姆性能并且具有非晶結構的歐姆電極層直接層疊在ρ型SiC半導體的表面上。


參考附圖，在本發(fā)明示例性實施方案的以下詳細說明中將描述本發(fā)明的特征、優(yōu)點和技術以及工業(yè)重要性，附圖中類似的附圖標記指類似的元件/要素，其中圖1是顯示根據本發(fā)明一個實施方案的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的示意圖；圖2是顯示根據相關技術的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的一個實例的示意圖；圖3是顯示三種元素即Ti、Si和C之間的組成比例的組成范圍的圖，在該組成范圍內顯示出歐姆性能；圖4是根據本發(fā)明一個實施例的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的TEM照片的復印件；圖5是根據一個對比例的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的TEM照片的復印件；圖6是顯示根據本發(fā)明實施例的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的電流-電壓特性的圖；圖7是顯示根據本發(fā)明另一實施例的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的電流-電壓特性的圖；圖8是顯示根據一個對比例的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的電流-電壓特性的圖；圖9是顯示根據另一對比例的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的電流-電壓特性的圖；圖10是顯示對比例中通過DA方法利用Al/Ti 5形成的電極的電流-電壓特性和在SiC經受熱處理之后的電流-電壓特性的圖；圖11是顯示根據本發(fā)明實施方案的形成用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的方法的概要的示意圖；圖12是顯示根據相關技術的形成用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的方法的示意圖；圖13是顯示作為根據本發(fā)明的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的一個應用實例的由SiC制成的場效應晶體管的示意圖；圖14是顯示作為根據本發(fā)明的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的另一應用實例的具有垂直結構的碳化硅N溝道功率場效應晶體管的示意圖；和圖15是顯示作為根據本發(fā)明的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的又一應用實例的具有垂直結構的碳化硅N溝道絕緣柵雙極晶體管的示意圖。
具體實施例方式下面將參考附圖詳細描述本發(fā)明。如從圖1和圖2之間的比較明顯可見的，根據本發(fā)明一個實施方案的用于P型SiC半導體的歐姆電極是Ti(1_x_y)Si(x)C(y)三元膜(其組成比例在特定組成范圍內)，具有非晶結構，具有不包含雜質的歐姆電極層，并且如圖1所示表現出良好表面平滑度，而根據相關技術的用于P型SiC半導體的歐姆電極因為金屬間化合物(TiAl3)的混合層和Al凝結在包含Ti3SiC2和副產物的中間半導體層上而表現出低表面平滑度(如圖2所示)。參考圖3，根據本發(fā)明的歐姆電極層因為Tia_x_y)Si(x)C(y)三元膜的存在而獲得歐姆性能，所述三元膜的組成比例在由三角形坐標(Ti、Si和C作為其頂點)上的以下顯示的式(I)至(IV)所表示的兩條直線和兩條曲線所包圍的組成范圍內(所述范圍排除直線X = 0)，并且因此在包括這些直線和曲線(除直線X = 0之外)的組成范圍內； (I)x = 0(0. 35 彡 y 彡 0. 5)，(II)y = 1. 778 (χ-0. 375)2+0. 1 (0 彡 χ 彡 0· 375)，(III)y =-1· 120x+0. 5200 (0· 1667 彡 χ彡 0· 375)，(IV)y = -2. 504χ2_0· 5828χ+0. 5(0^x^0. 1667) 。在圖3中的組成范圍內的五個點3、4、5、6和7上獲得歐姆性能，并且獲得具有歐姆性能的電極層而無需嚴格控制其組成比例。應當注意，在位于組成范圍以外的三個點1、2和8處未獲得歐姆性能。
另外，參考圖4和5，根據本發(fā)明的歐姆電極層具有非晶結構，具有光滑的表面圖案，其整體均一，并且不具有任何晶粒邊界，如圖4所示的，而具有多晶結構的Ti3SiC2歐姆電極層在層中及其表面上均具有晶粒邊界，如圖5所示。如上所述，根據本發(fā)明的歐姆電極層具有非晶結構，其整體均一，并且沒有任何晶粒邊界。因此，可以防止暴露的歐姆電極層被化學品(例如，包含諸如酸或強酸或弱堿性組分的顯影溶液)腐蝕或者在形成歐姆電極之后的步驟如布線和加工步驟或半導體步驟期間被化學品滲透。也就是說，根據本發(fā)明的歐姆電極層可在耐腐蝕性、耐化學品性和耐化學品滲透性方面得以改進。此外，根據本發(fā)明的歐姆電極層具有光滑的表面圖案，因此容易進行到外部的布線。與之相比，具有多晶結構的前述Ti3SiC2歐姆電極層具有晶粒邊界。因此， 在形成歐姆電極之后的步驟中使用的前述化學品滲透到晶粒邊界即晶粒之間的間隙中。結果，晶粒邊界增大，從而增加了不規(guī)則度并因此可使布線等變得困難。此外，累積在晶粒邊界上的化學品可腐蝕電極層自身或其它電極材料或布線材料(例如，Al、AlSijn Cu等)。 此外，產生具有多晶結構的前述Ti3SiC2歐姆電極層要求嚴格的組成比例控制。另外，Ti、Si 和C的濺射膜形成特性根據每種濺射設備的特性而變化，因此難以實現準確的Ti3SiC2組成比例。此外，由于上述原因，當使用一些類型的濺射設備時，盡管使用Ti3SiC2作為濺射靶， 但是可能獲得不同的組成比例。此外，在一些情況下，可能因為濺射沉積期間的累積使用所導致的組成比例偏差而不能獲得歐姆性能。因而，在偏差的組成比例具有一定的值時盡管進行熱處理也可能不出現歐姆性能。由于這些原因等，成品率降低，并且靶的使用可能是不可能的。參考圖6和7以及圖8和9，應當理解，其組成比例在組成范圍內的歐姆電極層表現出低電阻歐姆性能，甚至當P型SiC半導體的表面為Si面或C面(如圖6和7所示)時也是如此，而組成比例在組成范圍以外的電極層未表現出歐姆性能(如圖8和9所示)。此夕卜，參考圖10，應當理解，當沉積Ti和Al以形成根據相關技術的沉積膜時，未獲得歐姆性能 (除非實施熱處理)，并且通過熱處理使表面平滑度劣化。另外，參考圖11和12，認為形成根據本發(fā)明實施方案的用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的方法設計為通過滿足四個處理條件將歐姆電極層直接層疊到P型SiC半導體的表面上，即⑴將三元復合膜的組成比例設定為在組成范圍內的組成比例Tia_x_y)Si(x)C(y)， (2)在濺射(也稱為濺鍍)期間防止晶化，(3)禁止在濺射之后在高溫下進行熱處理，和進行預濺射沉積處理(反濺射)，而形成根據相關技術的用于P型SiC半導體的歐姆電極的方法設計為將Ti/Al層疊膜沉積到ρ型SiC半導體的表面上，并且在高溫下實施熱處理。 在根據相關技術的方法中，在歐姆電極上產生諸如Al4C3、Ti5Si3Cx、TiC等副產物，在Ti3SiC2 歐姆電極層上形成作為包含Al或Al凝結的組份的金屬間化合物(TiAl3)的層。因此，這些層的表面平滑度低，導致歐姆性能劣化。在本發(fā)明的前述實施方案中，考慮到避免在濺射期間結晶，通過例如冷卻SiC半導體襯底來抑制沉積室中的溫度升高，從而防止RF功率(高頻濺射)過度增加，控制室內壓力等。適宜的是將前述濺射沉積期間的溫度設定為等于或低于10°C，借助于或不借助于例如冷卻劑或冷卻介質，例如氟化惰性冷卻介質如GalderuFluorinert等。此時，認為沉積膜通過從氣相快速固化而呈非晶結構。此外，當在沉積之后加熱暴露的Ti-Si-C歐姆電極 (例如在后續(xù)步驟中)時，優(yōu)選的是Ti-Si-C電極層的表面溫度等于或低于800°C，尤其是
7等于400°C。此外，適宜的是RF功率(高頻濺射)等于或小于600W，例如100W至600W，并且尤其為100W至300W。如果RF大，則傾向于產生微晶。此外，優(yōu)選的是沉積室中的壓力為 0. 1 至10 ，尤其為IPa至5Pa。此外，可以提及沉積技術中通常采用的化學清潔或物理清潔如反濺射作為前述預濺射沉積處理。用于形成根據本發(fā)明的ρ型SiC半導體的SiC不做具體限制，并且可以提及多種類型如3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC等。然而，在本發(fā)明中，可以使用具有任一種晶體結構的 SiC，并且優(yōu)選使用4H-SiC。這些SiC(為單晶)中的每一種均根據所屬領域內已知的方法機械切割成Si面和C面。由此獲得的Si面和C面(優(yōu)選Si面)可以用作其上直接層疊歐姆電極的表面。由于該SiC是非常硬的材料，所以難以增加切除部分的平坦度。如果將金屬電極壓力接合至P型SiC半導體襯底，則金屬電極與ρ型SiC半導體接合，其間留下空隙，并且難以獲得低電阻接觸。因此，一般而言，沉積電極組件以層疊到P型SiC半導體上。 然而，本發(fā)明使得可以通過歐姆電極層的直接層疊來獲得低電阻接觸。根據本發(fā)明的SiC 半導體通過根據已知方法用合適的摻雜劑摻雜SiC形成ρ型載體、和通過調節(jié)用摻雜劑摻雜SiC的方式調節(jié)載體的電子特性而獲得。電子特性通常在層疊歐姆電極層之前調節(jié)，但是可以在層疊歐姆電極層之后調節(jié)。可以提及如圖10所示的在充分清潔和凈化的SiC半導體襯底表面上形成由組成范圍內的組成比例的Ti、Si和C構成的三元沉積膜的方法作為形成由組成范圍內的組成比例的Ti、Si和C構成的三元膜的方法。前述三元沉積膜可以通過利用沉積設備如高頻磁控濺射設備、在如下條件下沉積作為靶的包含上述元素組成范圍內的組成比例的上述元素即Ti、Si和C的給定材料，例如Ti、Si和C(碳)的粉末、團塊或模制物，Ti、SiC和C的粉末、團塊或模制物，Ti、Si和TiC的粉末、團塊或模制物，或在TiC+Ti5Si3Cx兩相平衡組成范圍、Ti C+Ti5Si3Cx三相平衡組成范圍和Ti C+Ti5Si3Cx+Ti三相平衡組成范圍之一的粉末、團塊或模制物來形成放電氣氛為稀有氣體氣氛如Ar氣氛，輸出為600W或更低、例如100W至 600W、特別地100W至300W和優(yōu)選200W至300W的Ar正向輸出，壓力為0. IPa至10Pa，尤其為11 至5Pa，并且沉積時間段為例如5秒至500秒，優(yōu)選10秒至360秒。根據前述方法，濺射-沉積膜不要求任何高溫熱處理。因此，通過在使用其組成比例在組成范圍內的Ti(z)Si(x)C(y)三元膜的前述條件下將三元膜(沉積膜)層疊到SiC半導體的凈化表面上，可以獲得在沉積時為平滑狀態(tài)的、顯示出歐姆性能并且具有非晶結構的歐姆電極。由于可以拓寬組成范圍，所以濺射裝置對歐姆性質不施加或幾乎不施加影響。由于電極層具有非晶結構，所以沒有由多晶導致的晶粒邊界。盡管尚未解釋在P型SiC半導體的界面上表現出歐姆性能的機理(根據該機理，通過前述方法獲得具有在組成范圍內的組成比Ti(z)Si(x)C(y)并具有非晶結構的三元電極膜)，但是認為由于有效形成具有降低的肖特基勢壘或隧穿現象的界面電子結構所以獲得了歐姆性能。在本發(fā)明中，具有非晶結構并且具有組成范圍內的組成比Ti(z)Si(x)C(y)的歐姆電極層可以通過層疊具有組成范圍的組成比和優(yōu)選500nm或更少、尤其是5nm至500nm的厚度的三元膜，直接層疊在P型SiC半導體上。此外，在本發(fā)明中，具有歐姆電極層的用于ρ 型SiC半導體的歐姆電極可以通過引入前述預沉積處理而容易地獲得，所述歐姆電極層表現出良好的表面平滑度(即低于0. 1 μ m、尤其是0. 05 μ m或更低的表面粗糙度)、表現出良好的歐姆性能并且具有非晶結構。
根據本發(fā)明，可以形成具有非晶結構的Ti(z)Si(x)C(y)電極層，所述Ti(z)Si(x)C(y)電極層與SiC半導體襯底接觸、在整個電極部分上是薄的并且具有均勻的厚度；并且可以抑制在SiC半導體和電極部分之間的界面上產生Al4C3、Ti5Si3Cx、TiC、Al3Ti等的副反應。因此，認為可以獲得具有良好的歐姆性能并且具有非晶結構的歐姆電極。此外，根據本發(fā)明， 可以通過化學和/或物理清潔P型SiC半導體的表面和通過沉積直接形成電極膜的簡化過程來形成具有非晶結構的歐姆電極，該歐姆電極與SiC接觸、是薄的并且具有光滑的表面。 此外，同時，根據本發(fā)明，可以增強對化學品的耐性和因氧化性氣體的氣氛而腐蝕的耐性， 并且可以改進工藝成本、性能和可靠性。下文將描述本發(fā)明的實施例和對比例。在以下實施例中，根據下述方法評價樣品的特性。應注意，以下測量方法是實例，并且可以在其它等同條件下利用其它等同裝置來進行測量。1)對于計算電極層的組成比例的方法，該組成比例由材料的組成比例或借助于電子探針X射線微分析儀(EPMA)來計算。2)對于測量電極層的歐姆性能的方法，該測量利用用于測量電極間的電流-電壓(I-V)特性的裝置即高精度數字萬用表R6581(由Advantest Corporation生產)或常壓電源KX-100H(由Takasago Ltd.生產)來進行。3)對于測量電極層的結構的方法，通過TEM觀察電極的橫截面，并且從Ti(z)-Si(x)-C(y)沉積膜的照片來確定是否是非晶結構或結晶結構。4)對于測量電極層的表面粗糙度的方法，借助于觸針接觸型表面粗糙度測量設備surf編碼SE_40C(由Kosaka Laboratory Ltd.生產)(檢測器型號DR-30)來測量。實施例1作為半導體襯底材料，使用厚度為369 μ m、比電阻為75 Ω cm至2500 Ω cm和平面取向為朝向(11-20)偏離8°的(0001)的ρ型4H-SiC，并且形成Si面(為了證實，也形成C 面)作為其上形成電極的表面。作為沉積條件，采用高頻磁控濺射沉積和具有表1 (圖3中的3號)中顯示的元素之間的組成比例的Ti、Si和C(純度Ti :99. 9%,Si :99. 99%和C: 99. 99% )的濺射靶。通過在沉積之前、在作為放電氣氛的Ar氣氛中、在200W的高頻輸出下實施襯底清潔處理300秒，然后在作為放電氣氛的Ar氣氛中、在1 至4 的壓力下、和在200W至300W的高頻輸出下沉積為350nm的膜厚度，來形成由Ti(z)-Si(x)-C(y)制成的電極層。評價所得電極的各自特性。圖4顯示電極橫截面的TEM照片的復印件，圖6顯示I-V 特性的測量結果。表1顯示由圖6確定的對歐姆性能的確定結果以及其它實施例的結果。 從圖4明顯可見，在實施例1中獲得的電極層具有非晶結構。此外，所得電極層的表面粗糙度為0. 05 μ m,并且電極層顯示出良好的表面平滑度。對比例1使實施例1中獲得的由Ti(z)-Si(x)-C(y)制成的電極層在約1000°C經受熱處理15分鐘。圖5顯示熱處理之后電極層的橫截面的TEM照片。評價所得電極層的各自特性。圖5 顯示電極的橫截面的TEM照片的復印件。此外，測量顯示，表面粗糙度為0. 1 μ m至0. 2 μ m， 并且表面平滑度略微降低。圖5顯示了具有非晶結構的Ti(z)-Si(x)-C(y)電極層通過熱處理而多晶化。實施例2除了將作為濺射靶的Ti,Si 和 C(純度為 Ti 99. 9%,Si :99. 99%和 C :99. 99% ) 之間的組成比例改變?yōu)楸?中顯示的組成比例(圖3中的4號)之外，以與實施例1中相同的方式在P型SiC半導體的Si面上形成Ti(z)-Si(x)-C(y)電極層。表1顯示基于所得電極的I-V特性做出的對歐姆性能的確定結果。表1顯示，在實施例2中獲得的電極層具有良好的歐姆性能(Si面)。此外，從這些結果和膜形成條件判斷，其意味著在實施例2中獲得的電極層具有非晶結構并且具有良好的表面平滑度，與在實施例1中獲得的電極層的情形一樣。實施例3除了將作為濺射靶的Ti,Si 和 C(純度為 Ti 99. 9%,Si :99. 99%和 C :99. 99% ) 之間的組成比例改變?yōu)楸?中顯示的組成比例(圖3中的5號)之外，以與實施例1中相同的方式在P型SiC半導體的Si面上形成Ti(z)-Si(x)-C(y)電極層。表1顯示基于所得電極的I-V特性做出的對歐姆性能的確定結果。表1顯示，在實施例3中獲得的電極層具有良好的歐姆性能(Si面)。此外，從這些結果和膜形成條件判斷，其意味著在實施例3中獲得的電極層具有非晶結構并且具有良好的表面平滑度，與在實施例1中獲得的電極層的情形一樣。實施例4除了將作為濺射靶的Ti,Si 和 C(純度為 Ti 99. 9%,Si :99. 99%和 C :99. 99% ) 之間的組成比例改變?yōu)楸?中顯示的組成比例(圖3中的6號)之外，以與實施例1中相同的方式在P型SiC半導體的Si面上形成Ti(z)-Si(x)-C(y)電極層。表1顯示基于所得電極的I-V特性做出的對歐姆性能的確定結果。表1顯示，在實施例4中獲得的電極層具有良好的歐姆性能(Si面)。此外，從這些結果和膜形成條件判斷，其意味著在實施例4中獲得的電極層具有非晶結構并且具有良好的表面平滑度，與在實施例1中獲得的電極層的情形一樣。實施例5除了將作為濺射靶的Ti,Si 和 C(純度為 Ti 99. 9%,Si :99. 99%和 C :99. 99% ) 之間的組成比例改變?yōu)楸?中顯示的組成比例(圖3中的7號)之外，以與實施例1中相同的方式形成Ti(z)-Si(x)-C(y)電極層。圖7顯示所得電極的I-V特性，表1顯示基于所得結果做出的對歐姆性能的確定結果。此外，電極層的橫截面的TEM照片顯示電極層具有如圖 6的非晶結構，并且顯示電極層表現出良好的表面平滑度，即0. 05 μ m的表面粗糙度。對比例2除了將作為濺射靶的Ti,Si 和 C(純度為 Ti 99. 9%,Si :99. 99%和 C :99. 99% ) 之間的組成比例改變?yōu)楸?中顯示的組成比例(圖3中的1號)之外，以與實施例1中相同的方式形成Ti(z)-Si(x)-C(y)電極層。圖9顯示所得電極的I-V特性，并且表1顯示基于所得結果做出的對歐姆性能的確定結果。此外，所得電極層以與對比例1中相同的方式經受熱處理。在熱處理之后對電極的歐姆性能的評價結果表明電極并未表現出歐姆性能。對比例3除了將作為濺射靶的Ti,Si 和 C(純度為 Ti 99. 9%,Si :99. 99%和 C :99. 99% ) 之間的組成比例改變?yōu)楸?中顯示的組成比例(圖3中的2號)之外，以與實施例1中相同的方式形成Ti(z)-Si(x)-C(y)電極層。圖8顯示所得電極的I-V特性，并且表1顯示基于所得結果做出的對歐姆性能的確定結果。此外，所得電極層以與對比例1中相同的方式經受熱處理。在熱處理之后對電極的歐姆性能的評價結果表明電極并未表現出歐姆性能。
對比例4除了將作為濺射靶的Ti,Si 和 C(純度為 Ti 99. 9%,Si :99. 99%和 C :99. 99% ) 之間的組成比例改變?yōu)楸?中顯示的組成比例(圖3中的8號)之外，以與實施例1中相同的方式形成電極層。表1顯示基于所得電極的I-V特性做出的對歐姆性能的確定結果。對比例5使用厚度為369 μ m、比電阻為75 Ω cm至2500 Ω cm、平面取向為朝向(11-20)偏離 8°的(0001)、并且Si表面作為其上形成電極的表面的ρ型4H-SiC作為半導體襯底材料， 并且在使用電子束沉積裝置作為沉積裝置并且使用Ti和Al作為沉積材料的條件下層疊沉積膜。因此，獲得在半導體表面上的具有Ti (SOnm)/Al (375nm)沉積層的層疊體。測量所得層疊體的電極的I-V特性和表面粗糙度。圖10顯示I-V特性。表面粗糙度為0.05μπι。該層疊體經受熱處理，即在1000°C、在々!·或隊氣氛(在大氣壓力下)下加熱10分鐘以形成歐姆電極。圖10顯示所得歐姆電極的表面粗糙度和I-V特性。粗糙度的觀察結果顯示表面粗糙度為1.0 μ m，即表面平滑度不良，并且歐姆電極表現出歐姆性能。(8)表 權利要求
1.一種用于P型SiC半導體的歐姆電極，其特征在于歐姆電極層直接層疊在P型 SiC半導體的表面上，所述歐姆電極層形成所述歐姆電極，所述歐姆電極層具有非晶結構并且所述歐姆電極層由Tia_x_y)Si(x)C(y)三元膜制成，所述三元膜的組成比例在由式 X = 0 (0. 35 彡 y 彡 0. 5)、式 y = -1. 120x+0. 5200 (0. 1667 彡 χ 彡 0. 375)、式 y = 1. 778 (χ-0· 375) 2+0. 1 (0 彡 χ 彡 0. 375)和式 y = -2. 504χ2_0· 5828x+0. 5 (0 彡 χ 彡 0· 1667) 表示的兩條直線和兩條曲線所包圍的并且排除由所述式x = 0表示的所述直線的組成范圍內。
2.根據權利要求1所述的歐姆電極，其中所述歐姆電極層的表面粗糙度低于0.1 μ m。
3.根據權利要求1所述的歐姆電極，其中所述歐姆電極層的表面粗糙度為0.05μπι或更低。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的歐姆電極，其中所述三元膜的厚度等于或小于 500nmo
5.根據權利要求4所述的歐姆電極，其中所述三元膜的厚度等于或大于5nm。
6.一種形成用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的方法，其特征在于包括將歐姆電極層直接層疊在P型SiC半導體的表面上，所述歐姆電極層形成所述歐姆電極，所述歐姆電極層具有非晶結構并且所述歐姆電極層由Ti(1_x_y)Si(x) c(y)三元膜制成，所述三元膜的組成比例在由式χ = 0(0. 35彡y彡0. 5)、式y(tǒng) =-1. 120x+0. 5200 (0. 1667 彡 χ 彡 0. 375)、式 y = 1. 778 (χ-0. 375) 2+0. 1 (0 彡 χ 彡 0· 375)、 和式y(tǒng) = -2. 504X2-0. 5828x+0. 5 (0 ^ χ ^ 0. 1667)表示的兩條直線和兩條曲線所包圍的并且排除由所述式χ = 0表示的所述直線的組成范圍內。
7.一種形成用于ρ型SiC半導體的歐姆電極的方法，其特征在于包括使P型半導體的表面經受預濺射沉積處理；和通過濺射沉積，將歐姆電極層直接層疊在所述P型SiC半導體的表面上，所述歐姆電極層形成所述歐姆電極，所述歐姆電極層由Ti(1_x_y)Si(x)C(y)三元膜制成，所述三元膜的組成比例在由式 X = 0(0. 35 彡 y 彡 0. 5)、式 y = -1. 120x+0. 5200(0. 1667 彡 χ 彡 0. 375)、式 y = 1. 778 (χ-0. 375) 2+0. 1 (0 彡 χ 彡 0· 375)、和式 y = -2. 504χ2_0· 5828x+0. 5 (0 彡 χ 彡 0· 1667) 表示的兩條直線和兩條曲線所包圍的并且排除由所述式x = 0表示的所述直線的組成范圍內，其中在所述濺射沉積期間濺射室內的溫度調節(jié)為不出現所述電極層的結晶的溫度；和在所述濺射沉積之后禁止在出現所述電極層的結晶的溫度下的熱處理。
8.根據權利要求7所述的方法，其中在所述預濺射沉積處理中，所述ρ型半導體的表面被物理地或化學地清潔。
全文摘要
提供一種用于p型SiC半導體的歐姆電極和形成歐姆電極的方法。所述歐姆電極具有歐姆電極層，其具有非晶結構并由Ti(1-x-y)Si(x)C(y)三元膜制成，所述三元膜的組成比例在由用式x＝0(0.35≤y≤0.5)、式y(tǒng)＝1.778(x-0.375)2+0.1(0≤x≤0.375)、式y(tǒng)＝-1.120x+0.5200(0.1667≤x≤0.375)和式y(tǒng)＝-2.504x2-0.5828x+0.5(0≤x≤0.1667)表示的兩條直線和兩條曲線所包圍的并且排除由式x＝0表示的所述直線的組成范圍內。所述歐姆層直接層疊在p型SiC半導體的表面上。
文檔編號H01L29/45GK102473602SQ201080034296
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月4日 優(yōu)先權日2009年8月5日
發(fā)明者關章憲, 前田將克, 川橋憲, 杉本雅裕, 高橋康夫 申請人:豐田自動車株式會社