專利名稱：碳化硅上的鋨整流肖特基和歐姆連接以及W/WC/TiC歐姆接觸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及SiC基半導(dǎo)體器件上的電接觸，更具體地說，涉及硅的碳化物的半導(dǎo)體上的歐姆與整流接觸。
SiC在高溫與高功率的固態(tài)電子元器件上有著極大的優(yōu)點(diǎn)。此外，在高頻與邏輯電路的應(yīng)用上，它還提供潛在的優(yōu)點(diǎn)，例如，功率轉(zhuǎn)換(混合器二極管，MESFETs)、單片計(jì)算機(jī)(n-MOS、CMOS、雙極晶體管)、永久性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器SiCCCD可以保持電荷超過一千年，因此，就可以使硬盤成為過時(shí)之物。
SiC電子元器件潛在的最大平均功率、最大操作溫度、熱穩(wěn)定性、以及可靠性遠(yuǎn)超過Si或GaAs基電子元器件。然而，SiC的這些優(yōu)點(diǎn)可被利用的程度目前還受到金屬/SiC連接的熱穩(wěn)定性與電特性的限制。其主要原因?yàn)?1)SiC器件的功率密度受限于歐姆接觸連接的熱穩(wěn)定性，和(2)需要實(shí)際的冷卻來(lái)確保電接觸連接的穩(wěn)定性。
長(zhǎng)期以來(lái)，研究者一直在努力地進(jìn)行硅的碳化物的電接觸的研究，以克服這些限制，但是沒有成功。在去除這些限制之前，SiC的器件/集成電路僅稍微優(yōu)于(若有的話)硅與GaAs。SiC本身所有的潛在性能的利用(對(duì)所有器件)需要四種型式的限制性能的電接觸(1)與p-型SiC的歐姆接觸；(2)與n-型SiC的歐姆接觸；(3)與p-型SiC的整流接觸；(4)與n-型SiC的整流接觸。
SiC電子元器件的價(jià)值在于其具有將固態(tài)電子元器件的能力擴(kuò)展至超越Si或GaAs的潛力。因此，在實(shí)驗(yàn)室中(在低應(yīng)力條件下)所獲得的合適的電接觸特性在實(shí)際器件操作條件下，必須不因?yàn)樵诮饘?SiC結(jié)處的變化而漂移或惡化。這需要金屬/SiC的電接觸的兩個(gè)額外的特性。首先，該接觸金屬必須與SiC形成一連接，其化學(xué)性能在高至1000℃時(shí)仍保持穩(wěn)定(在功率SiC器件中的高順向電流密度下的焦耳熱容易使得金屬/SiC的連接達(dá)到此溫度)。其次，該接觸金屬(或金屬化結(jié)構(gòu))在相同的溫度下對(duì)電路和焊接金屬起著擴(kuò)散阻擋作用。前面所展示的金屬/SiC電接觸并不十分符合所有這些穩(wěn)定的要求。
公知的p-型SiC歐姆接觸的金屬化為Al、Al/Ti以及Pt(參考資料2、3)。雖然低至1×10-5Ω·cm2的比接觸電阻值已在實(shí)驗(yàn)研究中被報(bào)告出來(lái)，但是，實(shí)際的SiC器件的p-型接觸電阻值仍在1×10-2Ω·cm2至1×10-3Ω·cm2之間(參考資料10、11)。
鋁及其硅化物、以及Al/Ti與SiC形成熱不穩(wěn)定的界面和/或具有熔融問題(參考資料12的第2頁(yè))。鉑在低至280℃的溫度下與SiC反應(yīng)而形成許多不同的硅化物。而在低至400℃的溫度下，鉑繼續(xù)與SiC反應(yīng)直到其完全轉(zhuǎn)化成PtSi(參考資料4、5)。因此，鉑并不能保護(hù)其接觸免于電路與接合金屬的擴(kuò)散；鉑的這種與SiC接觸的特性需要鉑本身不被用作為一電路或接合金屬(bonding metal)。此外，硅化鉑實(shí)際上在非常低的溫度下與所有合適的電路和接合金屬化層起反應(yīng)。
實(shí)際上，每一種電子器件(單極或雙極)均需要n-型歐姆接觸。最近所發(fā)表的最成功的n-型SiC歐姆接觸的金屬化為Ni和TiC。兩者均呈現(xiàn)介于1×10-5Ω·cm2至1×10-6Ω·cm2的比接觸電阻值(Ni參考資料13；TiC參考資料7和9)。鎳在非常低的溫度下形成硅化物。其過渡(graded)Ni的硅化物連接為熱不穩(wěn)定的，因而其不能為電路和接合金屬形成一保護(hù)性擴(kuò)散阻擋。其它硅化物、氮化物、碳化物形成物以及具有相同歐姆接觸方式的多層(multilayers)均呈現(xiàn)類似于Ni接觸的穩(wěn)定性問題。過渡金屬(如Mo與W)并不能很好地附著在SiC表面上，并且，在高溫下會(huì)碎裂。
TiC與n-型SiC形成電歐姆接觸連接，它在至少1400℃下保持穩(wěn)定(參考資料14)。然而，在低溫下它卻與所有可能的電路與接合金屬反應(yīng)；因而，它不能為電路和接合金屬形成一保護(hù)性擴(kuò)散阻擋。
不與SiC反應(yīng)而形成隧道連接的低功函數(shù)金屬和半金屬(semi-metal)可被用來(lái)形成與p-型SiC的整流電接觸。目前的SiC器件并不需要這種類型的電接觸；因而，幾乎沒有這方面的背景文獻(xiàn)。我們?cè)?jīng)示出TiC與p-型SiC形成一極佳的整流接觸，并能在至少1400℃溫度下保持穩(wěn)定(參考資料14)。然而，在低溫下，它卻與所有可能的電路和接合金屬反應(yīng)；因而，它不能為電路和接合金屬形成一保護(hù)性擴(kuò)散阻擋。
在所有多數(shù)載流子的固態(tài)器件中需要n-型整流肖特基二極管來(lái)調(diào)制電流與電壓。此類型最重要的器件為肖特基二極管與MESFET。優(yōu)良的粘附性與陡變(abrupt)的金屬-SiC界面為此種類型接觸的重要條件。先前為此而開發(fā)的金屬化呈現(xiàn)各種不足之處。例如，欲使在n-型SiC上的肖特基整流結(jié)保持熱穩(wěn)定的嘗試受到阻礙。許多能夠形成這種連接的金屬(例如，Ti、Au/Ti、Pt以及PtSi)在相當(dāng)?shù)偷臏囟扰cSiC反應(yīng)，或者在使用Au時(shí)不附著在SiC表面上。這種電接觸連接是熱不穩(wěn)定的，在高溫下會(huì)導(dǎo)致連接界面的成分過渡(grading)。這種過渡效應(yīng)被產(chǎn)生在原始金屬/SiC界面上的自由(free)碳所加劇，使得基本性能降低，并且使SiC器件的操作性能比其本身應(yīng)有的操作性能降低了許多。由Cree Research,N.C.State,NASA Lewis與日本人所發(fā)表的(W/Ti、Ti、Au/Ti以及Pt)/SiC的n-型肖特基結(jié)在高溫或者在承受高電流密度的條件下是不穩(wěn)定的。
最近所發(fā)表的最好的與n-型SiC的整流接觸金屬是W/Ti，其在Adelphi,MD的美國(guó)陸軍實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了廣泛的測(cè)試。然而，此接觸卻呈現(xiàn)不穩(wěn)定的漏電流的特性，這可能是由于在界面上的熱驅(qū)動(dòng)反應(yīng)所引起的。該測(cè)試包括將該連接在室溫與500℃之間循環(huán)(循環(huán)的次數(shù)未知)，并且在室溫下測(cè)量該連接反向漏電流I(L)作為循環(huán)次數(shù)的一個(gè)函數(shù)。在第一個(gè)連串的循環(huán)期間，I(L)增加。在下一個(gè)連串的循環(huán)期間，I(L)減少至大約10μA的一個(gè)最小值，比在此應(yīng)力測(cè)試開始之前高。之后，I(L)不改變。
Hall的美國(guó)第2,918,396號(hào)專利描述在硅碳化物PN二極管以及PNP和NPN晶體管上的整流與歐姆接觸的形成，其藉由在高溫下(1700℃)將兩種硅-受主或硅-施主的合金珠與一n-型或p-型的硅碳化物晶體合金化。所揭示的合金金屬包括鋁、磷、鎢、鉬或鎢-鉬，以及鎳或鎢的導(dǎo)電電極。
Rutz的美國(guó)專利第3,308,356號(hào)揭示一種在硅碳化物的基底中形成PN結(jié)的整流接觸的方法，該基底的一側(cè)通過在高溫下的形成氣體(90％的N,10％的H)中在SiC基底的暴露表面上合成摻雜有Ga(P-型)或As(N-型)的硅碎片而連接到一鎢塊上。
Addamiano的美國(guó)專利第3,510,733號(hào)揭示了在SiC的半導(dǎo)體器件上形成一種合金電引線，該合金主要由鉻和鎳組成，但可包括少量的Si、Fe、C和Fe。
Parsons的美國(guó)專利第4,738,937號(hào)描述了一種在半導(dǎo)體基底上(如Si或SiC)形成非整流(歐姆)肖特基接觸的方法，它是由外延沉積一具有適當(dāng)?shù)墓瘮?shù)和晶格參數(shù)的金屬而制得，這種特定的金屬包括在Si之上的Yb、在N-型Si之上的NiSi2和βW、以及在N-型βSiC之上的TiC。
Tischler的美國(guó)專利第5,442,200號(hào)揭示了在一SiC的表面上形成一歐姆接觸，它通過由沉積一犧牲硅層，并接著沉積一金屬層(Ni、Cr、Pd、Ti、W、Ta、Mb、Co、Zr或混合物或其合金)以形成一非碳質(zhì)歐姆接觸結(jié)構(gòu)。
Malhi的美國(guó)專利第5,448,081號(hào)提出一種形成在一SiC基底上的MOSFET器件，其具有摻雜的源極與漏極區(qū)域，但卻未揭示任何將電極連接至此區(qū)域上的方法。
Papanicolaou的美國(guó)專利第5,471,072號(hào)揭示一種在n-型SiC上的Pt整流接觸和一Ti/Au歐姆接觸。兩種接觸型式在高操作溫度下均惡化，例如，在所揭示的超過800℃之下導(dǎo)致毀滅性地惡化，并且在500℃或以下的溫度之下或許會(huì)不穩(wěn)定。
雖然半導(dǎo)體材料α與β-SiC在高溫之下系具有一已證實(shí)的穩(wěn)定、有效率的性能，但是，SiC器件/電路卻并非如此，這是因?yàn)槠潆娊佑|結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性所導(dǎo)致的。
另外，申請(qǐng)人已了解到一在βSiC上的TiC接觸自身不為電路或接合金屬形成擴(kuò)散阻擋。合適的電路/接合金屬如W、Pt、Au與Pd與TiC形成中間金屬物(intermetallics)。這些固態(tài)的反應(yīng)改變?cè)撾娊佑|連接的組成，因而使其惡化。
因此，人們?nèi)栽诳是笈cn-型和p-型SiC有熱穩(wěn)定性的歐姆和整流電接觸。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的為形成與SiC的電接觸；其中，該接觸金屬呈現(xiàn)以下的特性1．金屬/SiC連接在超過1000℃的溫度下保持穩(wěn)定；2．在超過1000℃的溫度下仍能保護(hù)其與SiC的連接不受電路和接合金屬的擴(kuò)散的影響(形成一電穿透擴(kuò)散阻擋)，和3．形成與p-型SiC的歐姆電接觸，或4．形成與n-型SiC的整流(肖特基)接觸。
本發(fā)明另一目的是為TiC與SiC的電接觸形成一電穿透擴(kuò)散阻擋層(ETDB,electrically transparent diffusion barrier)；其中，TEDB呈現(xiàn)以下的特性1．ETDB/TiC連接在超過1000℃的溫度下仍保持穩(wěn)定；2．在超過1000℃的溫度下仍能保護(hù)其與SiC的連接不受電路與接合金屬的擴(kuò)散的影響，因而，也保護(hù)了TiC/SiC連接。
在本發(fā)明的一個(gè)方面中，吾發(fā)現(xiàn)鋨(Os)在n-型SiC半導(dǎo)體的表面上形成一整流(肖特基)金屬連接，其在至少1050℃之下仍保持陡變與穩(wěn)固地附著。一種熱穩(wěn)定的接觸結(jié)構(gòu)是通過在一半導(dǎo)體的SiC基底(β或α)的表面上形成一金屬鋨層，并且，通過合適的金屬連接和保護(hù)層(如Pt或PtAu合金)將導(dǎo)電的金屬電極連接到鋨層上。通過在惰性環(huán)境中(氬、氫或真空)溫度高達(dá)1050℃下退火兩個(gè)小時(shí)，n-型SiC上的這種結(jié)構(gòu)的室溫整流特性基本上為不變的。若在溫度高達(dá)1175℃下退火一個(gè)小時(shí)后，這些連接的性能退化但仍可操作。所形成的Os/n-型SiC連接的阻擋高度為1.78±0.1eV。Os層形成一擴(kuò)散阻擋也同樣重要，因?yàn)樗乐闺姌O金屬擴(kuò)散到Os/n-型SiC結(jié)中。
在p-型SiC上，該Os層將形成穩(wěn)定的歐姆接觸，其具有目前歐姆接觸可能達(dá)到的最低比接觸電阻。穩(wěn)定、低電阻值的p-型歐姆接觸是所有SiC雙極高溫功率電子器件發(fā)展的關(guān)鍵。在p-型SiC上形成一Os接觸將提供一比在p-型SiC上的Pt接觸更低能量的隧道阻擋和更薄的隧道深度。
Os同樣也可沉積在SiO2上以形成MOS柵極結(jié)構(gòu)以及場(chǎng)擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。在SiO2上的Os形成一穩(wěn)定的界面，并且具有與SiC上的Os相同的機(jī)械與熱性能。
本發(fā)明的另一方面，是一種用以制造一電穿透擴(kuò)散阻擋(ETDB)的方法與結(jié)構(gòu)，該ETDB在1150℃下仍能使TiC/SiC連接與電極金屬隔離開，并且其與TiC形成一到1150℃下仍穩(wěn)固附著的冶金連接。該ETDB結(jié)構(gòu)包括兩層(1)一與TiC表面接觸的碳化鎢(WC)層，以及(2)在WC表面上的一層單質(zhì)鎢(W)層。此ETDB結(jié)構(gòu)可行，因?yàn)閃在溫度超過1150℃下可穩(wěn)定地與碳化鎢接觸。TiC/SiC連接保持穩(wěn)定，因?yàn)樵诖藴囟确秶蠾并不與WC反應(yīng)而生成W2C(不像其它與過渡金屬的單碳化合物接觸的過渡金屬)。因此，不存在驅(qū)動(dòng)WC/TiC和TiC/SiC界面的濃度梯度。單質(zhì)W是實(shí)際的擴(kuò)散阻擋層。因?yàn)殡S著溫度的上升而增加的固溶性(solid solubility)，它與潛在電位電極金屬形成一連接。一旦“形成后”，此薄的連接層在形成溫度(或低于形成溫度)中絕對(duì)地穩(wěn)定。然后，電極可自由地直接或通過合適的中間連接層(如Pt或PtAu合金)連接至此接觸層。這種接觸至少在1050℃下仍保持穩(wěn)定。
根據(jù)本發(fā)明，能夠制造在所有柯刻條件中(熱、電場(chǎng)、機(jī)械性)都不會(huì)惡化或者變得不穩(wěn)定的SiC器件和電路，上述條件使SiC本身體現(xiàn)形成半導(dǎo)體器件的優(yōu)良性能。本發(fā)明排除了所有由金屬接觸施加給SiC固態(tài)器件技術(shù)的操作范圍的限制。具體地說，它提供能承受暴露在高達(dá)1150℃的溫度且承受在高電場(chǎng)下的電子遷移效應(yīng)的整流(肖特基)連接和歐姆接觸。
如同數(shù)種其它的金屬，Os形成與n-型SiC的一整流肖特基結(jié)。Os與其它所有的金屬不同點(diǎn)如下(1)它在1050℃下仍能形成一電穿透擴(kuò)散阻擋(它保護(hù)該結(jié)免受電極金屬擴(kuò)散的影響)，(2)該Os/SiC連接本身在1050℃下仍保持穩(wěn)定，以及(3)在暴露于高達(dá)1050℃的溫度下該連接的電特性并不改變。Os將會(huì)形成與p-型SiC的歐姆接觸連接，它呈現(xiàn)一與該n-型SiC整流結(jié)一樣的獨(dú)特的穩(wěn)定性。
W/WC是一電穿透擴(kuò)散阻擋，它在1150℃下仍與TiC形成一穩(wěn)定的連接。其目的是為了保護(hù)該TiC/SiC連接的化學(xué)與電的整體性(TiC形成與n-型SiC的歐姆接觸連接和與p-型SiC的整流接觸連接，這種TiC/SiC連接自身在高于1400℃溫度下仍保持穩(wěn)定。
根據(jù)上述發(fā)展，申請(qǐng)人已研制出一系列的高溫/高功率的半導(dǎo)體器件，它們能滿足一些尚未被滿足的商業(yè)需求。一個(gè)最直接的應(yīng)用就是熱傳感器。本發(fā)明可以用來(lái)形成連接或電阻性的熱敏電阻，它可以測(cè)量1922°F(＞1050℃)至2100°F(1150℃)的溫度。這種發(fā)展可以容許SiC熱敏電阻首次與熱電偶、氧化物電阻以及高溫計(jì)(pyrometers)在溫度范圍300°F至2100°F(150℃至1150℃)競(jìng)爭(zhēng)。它還可以實(shí)現(xiàn)用于惡劣環(huán)境操作溫度超過460°F(238℃)的傳感器的制造。
本發(fā)明可將肖特基二極管、PN二極管和晶體管做成分立器件或集成電路的部件。重要的是，本發(fā)明開發(fā)了在電源處理與轉(zhuǎn)換的領(lǐng)域中的許多潛在的應(yīng)用，例如用以將交流電源轉(zhuǎn)換成純直流電源的電源整流器。N-型SiC肖特基整流器可處理幾乎與最好的Si PN結(jié)整流器同樣高的功率，因而，PN結(jié)SiC整流器可取代真空管。其它類型的器件，包括用于通訊的雙極晶體管、半導(dǎo)體開關(guān)元件、MOSFETs、MESFETs、IGBTs、和混合二極管，以及數(shù)字與模擬的電子元器件。
總之，所有固態(tài)半導(dǎo)體元件均需要上述四種電接觸當(dāng)中的一個(gè)或多個(gè)，本發(fā)明使之成為可能。
參考附圖，通過下面對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其它目的，特征以及優(yōu)點(diǎn)就會(huì)更加明顯。


圖1是一利用以前電接觸所制成的垂直n-型SiC肖特基二極管結(jié)構(gòu)的剖面圖，示出了在高于300℃溫度下所產(chǎn)生的連接的阻擋(相互擴(kuò)散)現(xiàn)象。
圖2是一根據(jù)本發(fā)明所制成的垂直n-型SiC肖特基二極管結(jié)構(gòu)的剖面圖，它可持續(xù)續(xù)地在溫度高達(dá)1050℃之下操作。
圖3是一根據(jù)本發(fā)明所制成的垂直SiC PN二極管結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖4A、4B、4C、4D、與4E皆為剖面圖，示出了在一根據(jù)本發(fā)明的Os/SiC-肖特基二極管的制造過程中，進(jìn)行光刻、Si沉積與鋨沉積和退火以在n-型SiC(基底的上表面上)形成一垂直n-型SiC肖特基二極管(具有電場(chǎng)擴(kuò)散SiO2環(huán))。
圖5是由圖4A、4B、4C、4D、與4E的制造過程所形成的二極管結(jié)構(gòu)的上平面圖；和該二極管結(jié)構(gòu)的側(cè)視(edge view)圖。
圖6是圖5所示二極管在鋨層上提供一鉑層以后的剖面圖。
圖7是本發(fā)明在SiC基底上的一平面型NPN雙極晶體管的透視圖，其具有本發(fā)明的一Os基極接觸以及W/WC/TiC射極與集極接觸。
圖8A與8B是在帶有本發(fā)明Os/Si柵極接觸以及W/WC/TiC歐姆源極與漏極接觸的半絕緣SiC基板上形成的MESFET結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖9A與9B是在帶有本發(fā)明Os/氧化物柵極結(jié)構(gòu)以及分別為W/WC/TiC或Os歐姆源極與漏極接觸的半導(dǎo)SiC基底上形成的N-通道與P-通道MESFET結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖10A與10B是帶有本發(fā)明W/WC/TiC、Os以及氧化物上之Os(Os-on-oxide)接觸的柵控半導(dǎo)體開關(guān)元件/SCR/IGBT器件的剖面圖。
參照?qǐng)D1，以申請(qǐng)人先前的美國(guó)專利第4,738,937所描述的TiC/SiC金屬/半導(dǎo)體組合為基礎(chǔ)，它示出了申請(qǐng)人在此已廣泛地實(shí)驗(yàn)以嘗試來(lái)制成器件，圖1是在帶有本發(fā)明Os/Si柵極接觸以及W/WC/TiC源極與漏極接觸的SiC基底上形成的MESFET結(jié)構(gòu)的兩種形式的剖面圖。圖1說明了嘗試在該結(jié)構(gòu)的上部SiC表面與下部TiC表面上形成的接觸所遭遇的問題。即使是涂覆在這種表面上的金屬層在其所沉積的狀態(tài)下形成干凈、陡變的界面，當(dāng)器件被退火時(shí)，由于擴(kuò)散進(jìn)入和/或與(1)硅碳化物(上整流結(jié))以及(2)TiC歐姆接觸反應(yīng)，這些連接的邊界變模糊。具有Os肖特基和TiC/WC/W歐姆接觸的肖特基二極管參照?qǐng)D2，本發(fā)明是參考形成在一硅碳化物(SiC)基底12上的一垂直肖特基二極管10的制造來(lái)加以說明的，一肖特基整流結(jié)與接觸結(jié)構(gòu)14形成于其上側(cè)，而一歐姆接觸結(jié)構(gòu)16形成于其相反或下側(cè)。起始的材料為一均勻摻雜的N-型SiC單晶晶片(標(biāo)示為基板12)。首先，n+-SiC/TiC/WC/W結(jié)構(gòu)16A被形成(其中TiC=歐姆接觸半金屬(semi-metal)；WC/W=ETDB)；然后，肖特基整流結(jié)與ETDB結(jié)構(gòu)14A被形成，下面將配合具有合適大小的形成該接觸結(jié)構(gòu)各層的實(shí)例來(lái)更詳細(xì)地描述其制作工藝。接著，引線被接合至該結(jié)構(gòu)上以完成所示的接觸結(jié)構(gòu)14和16，或電路金屬可被沉積于在ETDB表面上并與之反應(yīng)，而完成該結(jié)構(gòu)。在任一情況下，所形成的接觸將在1050℃溫度下保持熱穩(wěn)定(接觸結(jié)構(gòu)14)以及在1150℃保持熱穩(wěn)定(接觸結(jié)構(gòu)16)。
該肖特基整流結(jié)和ETDB結(jié)構(gòu)14A最好包括一非常薄的硅層20A(≥1單層(monolayer))。此層的目的為容許Os接合至該SiC表面22上，而不會(huì)產(chǎn)生一單層的游離碳。一鋨層20然后沉積于其上，而與基底12的上表面22接觸。一旦該結(jié)構(gòu)被在等于或大于900℃的溫度下進(jìn)行退火(形成)，該鋨層與基板12的界面形成一肖特基整流結(jié)21。層20最好由單質(zhì)鋨(Os)組成，但某些雜質(zhì)可被包括于其中，因?yàn)橛捎诠倘苄缘木壒?，在暴露的Os表面，鋨與接合/電路金屬的混合，當(dāng)結(jié)構(gòu)14完成時(shí)，少數(shù)單層的OsSi將形成于Os與SiC之間。
一金屬保護(hù)覆蓋(cap)與接合層24形成于該鋨層20之上且與該鋨層20接觸。一第一電路金屬化層或引線26通過接合層24而電連接和機(jī)械連接至該器件10的上側(cè)。該接合層24最好包括一層金(Au)或金-鉑(AuPt)合金，雖然，其它已知的電接觸金屬可以使用，特別是鎢或鎢-鉑，但選自一組包括有Pt、Pd、W、Ti、Hf、Zr、Au、PtAu、V、Cr、Fe、Ni、Cu、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ag、Ta、Re、Ir的任何一金屬均可使用。雖然鎢的合金以及其它與該接合金屬且與所要的操作溫度與環(huán)境相容的金屬也可以被使用，但是該電路金屬化層或引線26最好為鎢(W)。Os的使用排除了所有在該接合/電路金屬的類型、施加方法以及接合“形成”溫度方面的限制。
基板12下方的歐姆接觸結(jié)構(gòu)16包括一沉積在該TiC層30之上的碳化鎢(WC)層32。肖特基二極管10的結(jié)構(gòu)最好包括一在n-型基底下側(cè)的n+摻雜SiC層28，其中，該TiC層30接觸層28的下表面29，以形成一歐姆接觸。碳化鎢層32覆蓋TiC層30，并且，接著一元素鎢(W)層34沉積在WC層32之上。一在該鎢層34之上的接合層36將一第二電路金屬化層或引線38連接至該器件上。該接合層36最好具有PdAu或PtAu，但也可由W、Pt、Pd、Au或其它相容的電接觸金屬而制成。引線38最好為鎢，但也可為Pt、PtAu、Au、Pd或其它相容的金屬。
這種結(jié)構(gòu)形成高度穩(wěn)定的肖特基二極管，它在超過1050℃的高溫情形下，I-V特性并無(wú)改變而保持穩(wěn)定的，并且在高到約為1175℃溫度下進(jìn)行退火后仍可保持肖特基二極管操作特性。
利用單質(zhì)鋨在n-型SiC(n≤1×1018cm-3)之上形成的肖特基結(jié)和TEDB結(jié)構(gòu)14A產(chǎn)生最高的阻擋高度1.78±0.1電子伏特，而現(xiàn)有技術(shù)在SiC中的肖特基結(jié)的阻擋層高度為1.1至1.2eV。該Os/n-SiC結(jié)所能阻擋的電壓基本上比任何已知金屬所能阻擋的電壓高。
該Os/SiC界面的物理性質(zhì)同樣也具有優(yōu)勢(shì)，其具有良好的界面粘結(jié)性和將容易超出器件/電路要求的膨脹系數(shù)失配的特性，因而其不剝落(spall)。鋨薄膜在退火后仍保持平滑，因而并無(wú)刮痕或剝離。另外鋨層為至少在1050℃的溫度下為電路金屬化層提供有效的擴(kuò)散阻擋。Os將與SiC形成一界面以及一穩(wěn)定的擴(kuò)散阻擋層，其阻擋的熱、電以及機(jī)械應(yīng)變的范圍比任何其他金屬都更寬。另外，當(dāng)在高達(dá)1050℃溫度在無(wú)氧氣的氫氣中退火時(shí)，Os不與SiO2反應(yīng)。因此，如圖9A和9B所示，鋨的使用與MOS制造工序相容，并且可容易地被用作為氧化物之上的一種柵極金屬。
具有覆蓋TiC層30的WC層32以及在WC層32之上的單質(zhì)鎢(W)層34的歐姆接觸結(jié)構(gòu)16在SiC基底上形成一種非常有利的歐姆接觸。它為基底形成一種電穿透界面，在其上可沉積所有已知的電接觸金屬。其提供一個(gè)非常硬的表面和一個(gè)至少在1500℃下仍有效的對(duì)電路金屬化層的擴(kuò)散阻擋層。不像申請(qǐng)人已試過的其他金屬(例如Au、Ag、Ti)，它形成一穩(wěn)定的界面而不擴(kuò)散到TiC層或SiC基底。該W/WC層形成一比任何其它已知的金屬的熱、電以及機(jī)械應(yīng)變的穩(wěn)定范圍更寬范圍的擴(kuò)散阻擋層。與TiC層30接觸的WC層32在約1150℃下使TiC/SiC結(jié)穩(wěn)定。WC層之上的W層34在約1150℃下使WC/TiC結(jié)穩(wěn)定。具有鋨歐姆接觸的PN二極管接著參照?qǐng)D3，本發(fā)明也可用以形成在具有多層相反摻雜類型的半導(dǎo)體器件上的接觸，例如，一種垂直的pn二極管40。圖3中所示的大多數(shù)結(jié)構(gòu)類似于圖2所示結(jié)構(gòu)，所以，采用相同的標(biāo)號(hào)表明上面已描述的類似的特征。主要的不同之處在于該基底被摻雜，以形成兩種摻雜類型的區(qū)域或?qū)?，一p-型層12A和一n-型層12B，在一pn結(jié)42處交界。p-型層形成在該基底的上部，其在上表面22上處形成一非整流歐姆連接41，而非如上所述的肖特基結(jié)，并且其可在鄰近表面22處具有一p+區(qū)域。這種歐姆接觸和ETDB結(jié)構(gòu)14B，與Os/n-SiC整流肖特基接觸和ETDB結(jié)構(gòu)14A之間的另一不同之處在于，該結(jié)構(gòu)14B中不需要Si層。這是因?yàn)樯贁?shù)在Os/SiC結(jié)處的具有自由碳的單層不會(huì)對(duì)歐姆接觸的性能有任何不利的影響。
介于鋨層20與p-型SiC材料12A之間的歐姆連接41呈現(xiàn)一小于或等于10-4ohm·cm2的比接觸電阻。對(duì)原型器件的統(tǒng)計(jì)上有效的樣品的測(cè)試均一致地表現(xiàn)出在不同的晶向的低比接觸電阻(對(duì)于4H-SiC和6H-SiC為10-5ohm·cm2)，和熱穩(wěn)定的金屬/SiC連接(＞1050℃)。Os/SiC歐姆接觸的擴(kuò)散與機(jī)械特性與上述肖特基接觸相同。肖特基二極管制造過程的說明下面是制造如圖5和6所示一垂直n-型SiC肖特基二極管的方法說明，其具有如圖4A、4B、4C、4D、4E、5與6所示的一場(chǎng)擴(kuò)散環(huán)，其由一均勻摻雜的n-型SiC、單晶晶片(厚度約為400μm)作為基底12而開始。注該W/WC層必須在Os/n-SiC接觸結(jié)構(gòu)的處理開始之前進(jìn)行沉積和退火。
1．在基板12的一側(cè)(底部)上沉積(或離子注入氮并且使其反應(yīng))大約100埃至1000埃的n+型SiC。
在1400℃的稀釋氫中進(jìn)行冷壁式化學(xué)氣相沉積(cold wall CVD)。
反應(yīng)物用以生長(zhǎng)SiC的硅甲烷(silane)與乙烯(ethylene)，和作為用于n-型摻雜的氮源的氨(n約大于或等于1×1018/cc)。
在層的厚度上并無(wú)基本的限制(＞0至∞)。
1A．在n-型SiC的上方(相反面)的表面上，在1100-1250℃下，在濕氧中生長(zhǎng)出自然的氧化物，任何其它的氧化物形成步驟均可被使用。
2．在n+型SiC(底部)表面上沉積大約700埃的TiC。
在1290℃稀釋氫中進(jìn)行CVD；該溫度使TiC在其形成時(shí)被退火。
反應(yīng)物四氯化鈦(鈦源)以及乙烯(碳源)。
TiC的厚度應(yīng)小于大約1800埃，否則其將開始使SiC層產(chǎn)生變形(strain)(參考資料14)。
3．如圖4A與4B所示，進(jìn)行光刻和氧化物蝕刻過程，在相反的(上方)SiC表面上施加掩模，使得一圓形區(qū)域的陣列暴露在上方的SiC表面之上，并且每個(gè)暴露的SiC圓由一個(gè)環(huán)形的氧化物環(huán)(表面的其余部分覆蓋有光致抗蝕劑(PR))所圍繞。在試驗(yàn)器件中，該暴露的SiC圓的直徑為20、40、80與200μm。
3B．僅對(duì)整流n-型接觸，我們應(yīng)當(dāng)在圖4C所示的結(jié)構(gòu)上射頻(RF)濺射少量的單層Si。
4．在被掩模的SiC以及氧化物場(chǎng)環(huán)的表面上沉積大約1000埃的Os(純度大于99％)。如圖4D中所示，在真空中射頻濺射沉積Os，在20秒之后在SiC表面做即時(shí)(in-situ)Ar濺射清理。注Os亦可由CVD、直流濺射或電鍍來(lái)形成。
在層的厚度上并無(wú)基本的限制(＞0至∞)。
5．如圖5所示，除去光致抗蝕劑掩模(剝除)和清理含有圓形Os二極管的SiC表面。
6．在TiC表面上沉積大約400埃的WC。
反應(yīng)濺射直流濺射W并且與烴氣體反應(yīng)，以在TiC表面上形成WC。
在WC的厚度上并無(wú)基本的限制(＞0至∞)。
7．如圖2中所示，在WC表面上沉積大約400埃的W(純度大于96％；最好是大于99.9％)。
在真空中進(jìn)行直流濺射。
8．如圖4E與6所示，在Os層上沉積大約150埃的Pt(或W、Pd、Au、Cu、Ni等)覆蓋層。覆蓋層起著多個(gè)作用(1)保護(hù)Os避免氧化(Pt在任何溫度下均不氧化，但Os在約為160℃之下則形成一揮發(fā)性的氧化物)，(2)電路金屬，(3)一接合層(電極)的一部分。
在真空中進(jìn)行直流濺射。9.1若需要Os/OsSi/SiC連接，則將結(jié)構(gòu)在≤1150℃之下退火。
9.2將結(jié)構(gòu)在約為1000℃之下退火，以獲得一層薄的OsSi層以及一完全成形的Os/SiC連接。在1000℃之下退火，將Pt覆蓋層與Os表面焊接，以保護(hù)Os避免氧化同時(shí)將W層連接至WC層。
10．該結(jié)構(gòu)可由標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)來(lái)繼續(xù)進(jìn)行處理。PN二極管制造過程的說明下面是制造一垂直的p+-n SiC二極管的方法的說明，如圖3所示，其由一均勻摻雜的n-型SiC單晶晶片(厚度約為400μm)而開始?？扇鐖D4A、4B、4C、4D、4E與5中所示的那樣來(lái)進(jìn)行光刻步驟以形成器件形狀以及場(chǎng)擴(kuò)展環(huán)。
1．在一側(cè)沉積大約1000埃的p+-型SiC。
在1400℃的稀釋氫中進(jìn)行冷壁式化學(xué)氣相沉積(CVD)。
反應(yīng)物用以生長(zhǎng)SiC的硅甲烷與乙烯，和用作p-型摻雜(p大于或等于1×1018/cc)的作為Al源的二甲鋁氫化物(dimethylaluminumhydride)。
2．在相反側(cè)沉積大約1000埃的n+SiC。
在1400℃的稀釋氫中進(jìn)行冷壁式化學(xué)氣相沉積(CVD)。
反應(yīng)物用以生長(zhǎng)SiC的硅甲烷與乙烯，用于n-型摻雜的作為氮源的氨氣(n約等于1×1018/cc)。
在層的厚度上并無(wú)基本的限制(＞0至∞)。
3．在n+-型SiC表面上沉積大約700埃的TiC。
在1250℃的稀釋氫中進(jìn)行CVD。
反應(yīng)物四氯化鈦(鈦源)和乙烯(碳源)。
TiC的厚度應(yīng)小于大約1800埃，否則其將開始使SiC層產(chǎn)生變形(參考資料14)。
4．在p+-型SiC的表面上沉積大約1000埃的Os。在真空中直流濺射沉積Os,20秒之后，在SiC表面做即時(shí)Ar濺射清理。
在層的厚度上并無(wú)基本的限制(＞0至∞)。
然后在Os上沉積大約150埃的Pt覆蓋層。
也可用CVD或電鍍。
5．在TiC表面上沉積大約400埃的WC。
反應(yīng)性濺射直流濺射W并且與烴氣體反應(yīng)，以在TiC表面上形成WC。
在WC的厚度上并無(wú)基本的限制(＞0至∞)。
6．在WC表面上沉積大約400埃的W。
在真空中進(jìn)行直流濺射。
7．在≤1150℃之下使此結(jié)構(gòu)退火。
8．該結(jié)構(gòu)可由標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行處理。利用Os以及TiC/WC/W接觸的SiC器件用做固態(tài)電子電路的建構(gòu)組件的基本固態(tài)半導(dǎo)體元器件為電阻器、二極管、晶體管以及閘流管。它們都可以利用前述的工藝和本發(fā)明的接觸結(jié)構(gòu)來(lái)制造。
電阻器多數(shù)載流子器件需要至少兩個(gè)間隔開的p-型或兩個(gè)間隔開的n-型歐姆接觸。實(shí)例包括變阻器以及電阻性熱敏電阻。此種器件的一種典型的橫向型式可以是MESFET(以下將參照?qǐng)D8A與8B做更進(jìn)一步描述)，但它不包括一柵極接觸。垂直的變阻器以及電阻性熱敏電阻可用圖2所示的方式來(lái)制造，但在兩端處具有歐姆接觸16。
其應(yīng)用包括在100℃到1050℃(對(duì)于在p-型器件上的Os歐姆接觸)和100℃至1150℃(對(duì)于在n-型器件上的TiC/WC/W歐姆接觸)溫度范圍中操作的溫度傳感器。
二極管參照如上的圖2、5與6所述，多數(shù)載流子二極管(p-型和n-型)需要一歐姆和整流金屬接觸。實(shí)例包括結(jié)型熱敏電阻(junction thermister，熱傳感器)、混合器(mixer，通訊)、超快恢復(fù)器(ultrafast recovery，電源調(diào)整)、發(fā)光顯示器(LED)。
如上參照?qǐng)D3所述，少數(shù)載流子二極管(p+n-型和n+p-型以及pin型)需要n-型與p-型兩種歐姆接觸。其應(yīng)用范圍以及器件的類型有多種(參見例如Sze的文獻(xiàn))。這種二極管被用做熱電偶、電源調(diào)整、電源轉(zhuǎn)換、輻射偵測(cè)以及LED顯示器電子元器件。
晶體管
雙極晶體管為具有兩個(gè)pn結(jié)的少數(shù)載流子器件。它們需要兩個(gè)n-型和一個(gè)p-型，或兩個(gè)p-型和一個(gè)n-型的接觸。雖然其應(yīng)用范圍很廣，但雙極晶體管最著名還是用于TTL(晶體管-晶體管-邏輯)。參照?qǐng)D7，示出了一npn雙極晶體管50。其包括至p-型基極區(qū)域54的一Os歐姆接觸52，并且，最好覆蓋有如圖6所示的Pt；一至發(fā)射極區(qū)域60的TiC/WC/W歐姆接觸56以及一經(jīng)由n+層64至集電極區(qū)域62的TiC/WC/W歐姆接觸58。
單極晶體管，通常稱作MESFET(金屬-半導(dǎo)體FET)，為多數(shù)載流子器件(一般為n-型，但也可為p-型)。圖8A與8B示出了兩個(gè)此種器件。在圖8A中，MESFET 70A是通過將n++源極與漏極接觸區(qū)域72A、74A擴(kuò)散到外延沉積在一半絕緣(semi-insulating)的SiC基底78上的n-型通道層76中形成的。在圖8B中，MESFET 70B是通過在一半絕緣的SiC基底78之上的通道層76之上外延沉積一n++源極與漏極層，然后在形成柵極結(jié)構(gòu)82B之前，通過向下蝕刻一通道至層76B而將n++層分成單獨(dú)的源極與漏極接觸區(qū)域72B、74B而形成的。該源極與漏極各自利用一歐姆接觸在該示例中，它是在n++區(qū)域72B、74B之上的一TiC/WC/W歐姆接觸80，其形成為圖2和3中的接觸結(jié)構(gòu)16的形式。該柵極需要一圖6所示形式的Os接觸14所提供的肖特基整流接觸82。該柵極結(jié)構(gòu)與圖4A-4E中所示的肖特基接觸14用同樣的方式來(lái)形成。用類似的方式，一p-通道MESFET可利用p++源極與漏極區(qū)域、一p-型通道、Os源極與漏極接觸結(jié)構(gòu)、以及一在p-型通道之上的TiC/WC/W整流柵極接觸來(lái)形成。該MESFET的應(yīng)用包括一般用于高頻通訊以及雷達(dá)的電源轉(zhuǎn)換(直流至高頻)。
MOSFET(耗盡型與反型型)需要與源極和漏極、寄生pn結(jié)以及背面接觸的歐姆接觸。圖9A與9B分別顯示n-通道以及p-通道MOSFET器件88A、88B。在圖9A中，n-通道器件88A具有形成在一p-型SiC基底94A之上的n-型源極與漏極區(qū)域90A、92A。W/WC/TiC歐姆接觸96以前述方式形成在區(qū)域90A、92A之上。在p-通道器件88B中，n-型源極與漏極區(qū)域90B、92B形成在一p-型SiC基底94B之中。如上所述，該源極與漏極區(qū)域90B、92B具有歐姆接觸98。在器件88A和88B中，該MOSFET柵極由一薄的氧化物層97形成的，該層位于源極與漏極區(qū)域之間的通道之上，并且覆蓋有一導(dǎo)電Os層99。利用Os作為一氧化物層之上的柵極金屬對(duì)在p-型SiC中形成n-通道具有極大的優(yōu)點(diǎn)。鋨對(duì)SiO2具有良好的附著性并且高度導(dǎo)電。
晶閘管(和可關(guān)斷晶閘管GTO、IGT、IGBT等器件)具有三個(gè)pn結(jié)的這些器件典型地用于電力調(diào)整(power conditioning)。晶閘管結(jié)構(gòu)可能需要四個(gè)歐姆接觸。MOS柵極型以及絕緣柵功率晶體管(IGBT)型的器件主要是閘流管或可控硅整流器(SCRs)，其具有電容性耦合控制電極，也就是MOS場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)柵極，例如，在Neilson的美國(guó)專利3,831,187 Plummer的4,199,774、以及Becke的4,364,073和前述在參考資料16中進(jìn)一步描述的電極。此種器件典型地需要與MOSFET源極與漏極的歐姆接觸，以及與兩個(gè)非短路結(jié)的n與p側(cè)的歐姆接觸，以控制各個(gè)結(jié)的電壓偏壓和極性以及MOS柵極。
圖10A與10B示出了這種器件的例子。所示出的垂直器件100A、100B在總體布置上類似，兩者均在n-型SiC基底102上形成一n+緩沖層104與一p+陽(yáng)極區(qū)域106以及一由一Pt保護(hù)接合層110所覆蓋的Os歐姆接觸層108。在此器件的相反側(cè)上的MOS柵極的結(jié)構(gòu)也類似，其具有與n+源極與漏極區(qū)域114連接的Ti/WC/W歐姆接觸，并且與基極p+的部分或與各個(gè)區(qū)域114相連的主體區(qū)域116形成一隧道結(jié)(tunneling junction)短路或場(chǎng)發(fā)射接觸?；蛘?，Ti/WC/W歐姆接觸112可單獨(dú)地連接至n+源極與漏極區(qū)域114，并且一Os歐姆接觸部分112B可連接至該相鄰的p-型基極而與Ti/WC/W歐姆接觸112形成電接觸。在器件100A中的MOS柵極結(jié)構(gòu)是平面的，類似于圖9A與9B的結(jié)構(gòu)，其具有一氧化物層118A及一鉑覆蓋的鋨電極層120A，以形成MOS柵極接觸。在器件100B中的MOS柵極結(jié)構(gòu)被凹入在形成于源極與漏極區(qū)域之間的溝槽中，其具有一氧化物層118B以及一襯在該溝槽的側(cè)壁的鉑覆蓋的Os電極層120B，以在沿著臨近p-型主體的側(cè)壁形成MOS柵極結(jié)構(gòu)。
至此已通過優(yōu)選實(shí)施例示出并介紹了本發(fā)明的原理，應(yīng)當(dāng)明白的是在不離開本發(fā)明的原理的前提下，可對(duì)本發(fā)明的設(shè)計(jì)和細(xì)節(jié)進(jìn)行修改。雖然在此所示的器件是形成在平面的基底之上的垂直與橫向器件，其接觸要么形成于基板的兩側(cè)，要么形成于一側(cè)之上且彼此隔開，其它的表面配置也可被使用，例如一V形的缺口(notch)或U形的槽以放置所述的接觸。申請(qǐng)人要求保護(hù)在所附權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明的精神和范疇內(nèi)的所有的修改和變化。
權(quán)利要求
1．一種SiC半導(dǎo)體器件，包括一包括硅碳化物的半導(dǎo)體基底，它包括一第一表面和一第二表面，該基底包括一鄰近第一表面的第一摻雜區(qū)域以及一鄰近第二表面的第二摻雜區(qū)域；一第一導(dǎo)電層，它包括接觸第一表面的金屬鋨(Os)，以形成一第一接觸，該第一接觸具有與第一區(qū)域的一電子界面；以及一第二層，它包括一接觸第二表面的金屬，以形成一與第二摻雜區(qū)域的電子接觸。
2．如權(quán)利要求1所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，第一區(qū)域的摻雜為n-型，并且該第一接觸形成一作為所述電子界面的肖特基結(jié)。
3．如權(quán)利要求2所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，第一導(dǎo)電層包括一形成金屬鋨與硅碳化物基底的界面的Si或OsSi的薄膜。
4．如權(quán)利要求1所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，第一與第二區(qū)域的摻雜為n-型，該第一接觸形成一肖特基結(jié)，而第二接觸形成一歐姆連接。
5．如權(quán)利要求4所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，第一與第二區(qū)域以及基板的中間部分的摻雜為n-型，該第一接觸形成一肖特基結(jié)，而第二接觸形成一歐姆連接，從而此器件起著一肖特基二極管的作用。
6．如權(quán)利要求1所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，第一區(qū)域的摻雜為p-型，并且第一接觸形成一作為所述電子界面的歐姆連接。
7．如權(quán)利要求6所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，第二區(qū)域的摻雜為n-型，從而在該第一和第二區(qū)域之間的界面上形成一pn結(jié)。
8．如權(quán)利要求7所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第二層包括一接觸第二表面的碳化鈦(TiC)層；一覆蓋碳化鈦(TiC)層的碳化鎢(WC)層；以及一接觸碳化鎢(WC)層的基本由單質(zhì)鎢所構(gòu)成的層。
9．如權(quán)利要求1所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第一與第二區(qū)域摻雜有一第一摻雜劑類型，并且該基底的中間部分摻雜有一相反的摻雜劑類型，以在鄰近第一區(qū)域的界面處形成一第一pn結(jié)，并在鄰近第二區(qū)域的界面處形成一第二pn結(jié)。
10．如權(quán)利要求1所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第一區(qū)域摻雜有一第一摻雜劑類型，并且該第二區(qū)域摻雜為一相反的第二摻雜劑類型，并且，該基底的中間部分被摻雜，以在鄰近該第一區(qū)域的界面處形成一第一pn結(jié)，在鄰近該第二區(qū)域的界面處形成一第二pn結(jié)，并且在該中間部分形成一第三pn結(jié)。
11．如權(quán)利要求1所述的SiC器件，其包括一層覆蓋Os第一導(dǎo)電層的保護(hù)金屬，其選自一組可保護(hù)Os層免于氧化并且可用以接合至一鋨表面的導(dǎo)電金屬。
12．如權(quán)利要求1所述的SiC器件，其包括一層保護(hù)金屬，這些金屬選自包括Pt、Pd、W、Au、PtAu、Ti、Zr、Hf、V、Cr、Fe、Ni,Cu、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ag、Ta、Re、Ir的組。
13，如權(quán)利要求1所述的SiC器件，其中，該第二導(dǎo)電層包括金屬鋨(Os)。
14．如權(quán)利要求13所述的SiC器件，其中，該第一與第二區(qū)域以及該基底的中間部分的摻雜為p-型，使得該第一接觸與該第二接觸各自形成一歐姆連接，因而，此器件起著一電阻性的裝置器件的作用。
15．如權(quán)利要求13所述的SiC器件，其中，該第一與第二區(qū)域以及該基底的中間部分的摻雜為p-型，使得該第一接觸與該第二接觸各自形成一歐姆連接，并且，一柵極結(jié)構(gòu)接觸一與該基板的中間部分接觸的第三表面部分，從而，此器件起著一場(chǎng)效應(yīng)晶體的作用。
16．如權(quán)利要求13所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該基板的第一與第二區(qū)域的摻雜為p-型，使得該第一接觸與該第二接觸各自形成一歐姆連接，并且，該基板的中間部分的摻雜為n-型，從而與該第一與第二區(qū)域的其中至少一個(gè)形成一pn結(jié)。
17．如權(quán)利要求13所述的SiC半導(dǎo)體器件，其包括一耦接至該基板的中間部分的接觸，從而，此器件起著一晶體管的作用。
18．如權(quán)利要求17所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第一與第二區(qū)域的摻雜為p-型，并且，該基板中間部分的摻雜為n-型，耦接至該中間部分的接觸包括一種與其形成一歐姆接觸的材料，從而，此器件可以用作一雙極晶體管。
19．如權(quán)利要求17所述的SiC器件，其中，該第一與第二區(qū)域的摻雜為p-型，并且耦接至該中間部分的接觸包括一覆蓋于一絕緣層之上的第三金屬層，從而在中間部分上形成一絕緣的柵極，從而，此器件可用作一場(chǎng)效晶體管。
20．如權(quán)利要求19所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第三導(dǎo)電層包括一鋨層。
21．如權(quán)利要求19所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第三導(dǎo)電層包括一覆蓋該絕緣層的碳化鈦(TiC)層；一覆蓋該碳化鈦(TiC)層的碳化鎢(WC)層；以及一接觸該碳化鎢(WC)層的主要由單質(zhì)鎢所構(gòu)成的層。
22．如權(quán)利要求17所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第一與第二區(qū)域的摻雜為p-型，并且耦接至該中間部分的接觸包括一與中間部分的一表面接觸的導(dǎo)電層，從而，此器件可以用作一晶體管。
23．如權(quán)利要求22所述的SiC器件，其中，該耦接至中間部分的接觸包括一接觸該中間層的一表面部分的碳化鈦(TiC)層；一覆蓋該碳化碳(TiC)層的碳化鎢(WC)層；以及一接觸該碳化鎢(WC)層的主要由元素鎢所構(gòu)成的層；該中間層的摻雜為p-型，從而，此器件可以用作一晶體管。
24．如權(quán)利要求22所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該耦接至該中間部分的接觸包括一與該中間層的一表面部分接觸的Os層。
25．如權(quán)利要求1所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第二層包括一在該第二表面之上的碳化鈦(TiC)層；一在該碳化鈦(TiC)層之上的碳化鎢(WC)層；以及一在該碳化鎢(WC)層之上的金屬鎢(W)層。
26．一種SiC半導(dǎo)體器件，包括一包括硅碳化物的半導(dǎo)體基底，它具有一第一表面和一第二表面，該基底包括一鄰近第一表面的第一摻雜區(qū)域以及一鄰近第二表面的第二摻雜區(qū)域；一第一導(dǎo)電層，它包括在第一表面之上的第一接觸金屬層，以形成一具有一與第一區(qū)域的電界面的第一接觸；和一接觸該第二表面的第二導(dǎo)電層，以形成與基底接觸的第二電接觸，該第二層包括一接觸該第二表面的碳化鈦(TiC)層；一覆蓋該碳化鈦(TiC)層的碳化鎢(WC)層；和一接觸該碳化鎢(WC)層的主要由元素鎢所構(gòu)成的層。
27．如權(quán)利要求26所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第二區(qū)域的摻雜為n-型，并且第二接觸形成一歐姆連接。
28．如權(quán)利要求26所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，包括一層接觸該鎢層的接合金屬，它選自一組可用以接合鎢的表面的導(dǎo)電金屬。
29．如權(quán)利要求26所述的SiC半導(dǎo)體器件，其包括一層接觸該鎢層的接合金屬，該接合金屬選自一組包括有Pt、Pd、W、Au、PtAu、V、Ti、Zr、Hf、Cr、Fe、Ni、Cu、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Ag、Ta、Re、Ir的金屬。
30．如權(quán)利要求26所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第二區(qū)域的摻雜為p-型，并且該第二接觸形成一整流結(jié)。
31．如權(quán)利要求26所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第一層包括一在該第一表面之上的碳化鈦(TiC)層；一在該碳化鈦(TiC)層之上的碳化鎢(WC)層；和一在該碳化鎢(WC)層之上的金屬鎢(W)層。
32．如權(quán)利要求31所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第一與第二區(qū)域以及該基底的中間部分的摻雜為n-型，使得該第一接觸與該第二接點(diǎn)各自形成一歐姆連接，從而，此器件可以起著一電阻性器件的作用。
33．如權(quán)利要求31所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第一與第二區(qū)域的摻雜為n-型，并且一接觸被耦接至該基底的中間部分，該接觸包括一覆蓋于一絕緣層之上的第三導(dǎo)電層，以在中間部分之上形成一絕緣的柵極，從而，此器件可以起著一場(chǎng)效晶體管的作用。
34．如權(quán)利要求33所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，覆蓋于該絕緣層之上的導(dǎo)電層包括一在該絕緣表面之上的碳化鈦(TiC)層；一在該碳化鈦(TiC)層之上的碳化鎢(WC)層；和一在該碳化鎢(WC)層之上的金屬鎢(W)層。
35．如權(quán)利要求33所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，覆蓋于該絕緣層之上的導(dǎo)電層包括一層接觸該絕緣層的Os。
36．如權(quán)利要求31所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第一與第二區(qū)域的摻雜為n-型，并且一接觸被耦接至該基底的中間部分，該接觸包括一接觸該中間部分的一表面的導(dǎo)電層，從而，此器件可用作一晶體管。
37．如權(quán)利要求36所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該導(dǎo)電層包括一在該中間部分的表面之上的碳化鈦(TiC)層；一在該碳化鈦(TiC)層之上的碳化鎢(WC)層；和一在該碳化鎢(WC)層之上的金屬鎢(W)層。
38．如權(quán)利要求36所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該導(dǎo)電層包括一層與該中間區(qū)域的表面接觸的Os。
39．如權(quán)利要求36所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該基底的中間部分的摻雜為p-型，從而，此器件可用作一雙極晶體管。
40．如權(quán)利要求36所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該基底的中間部分的摻雜為n-型，從而，此器件可以用作一MESFET。
41．如權(quán)利要求40所述的SiC半導(dǎo)體器件，與中間部分的表面部分接觸的接點(diǎn)包括一Os層。
42．如權(quán)利要求31所述的SiC半導(dǎo)體器件，其包括一耦接到該基底的中間部分的接觸，從而，此器件起著一晶體管的作用。
43．如權(quán)利要求42所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，柵極接觸材料包括一覆蓋于一絕緣層之上的第三導(dǎo)電層，以在該中間部分之上形成一絕緣的柵極，從而，此器件還起著一場(chǎng)效應(yīng)晶體管的作用。
44．如權(quán)利要求26所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第一區(qū)域的摻雜為p-型，并且該第一導(dǎo)電層由適于與該第一區(qū)域形成一歐姆接觸的材料所構(gòu)成，該第二區(qū)域的摻雜為n-型，從而與該第二層形成一歐姆接觸，并且該基底包括一鄰近該區(qū)域的第一n-型中間部分以及一鄰近該基底的第二區(qū)域的第二p-型中間部分，從而形成一具有三個(gè)電耦合在該第一與第二導(dǎo)電層之間的pn結(jié)的四層器件。
45．如權(quán)利要求44所述的SiC半導(dǎo)體裝置，其中，該第一導(dǎo)電層包括一接觸該第一區(qū)域的Os層。
46．如權(quán)利要求44所述的SiC半導(dǎo)體裝置，其包括一接觸該中間部分之一的一表面的第三導(dǎo)電層。
47．如權(quán)利要求46所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第三導(dǎo)電層包括一Os層與一TiC/WC/W層的其中之一。
48．如權(quán)利要求44所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第三導(dǎo)電層通過電容耦接至該中間部分之一的一表面上。
49．如權(quán)利要求48所述的SiC半導(dǎo)體器件，其中，該第三導(dǎo)電層包括一Os層與一TiC/WC/W層的其中之一。
50．一種與SiC半導(dǎo)體基底的一表面形成一電接觸的方法，包括將一包括金屬鋨(Os)的層沉積在該基底表面的一區(qū)域上，以形成一具有一接至基底的電界面的接觸；和在該鋨層之上形成一保護(hù)覆蓋。
51．如權(quán)利要求50所述的方法，其包括在沉積該Os層之后將該基底退火，以將該Os層在該表面處接合至該SiC基底上。
52．如權(quán)利要求51所述的方法，其包括用一種n-型的雜質(zhì)摻雜該基底在該區(qū)域的一部分，使得該Os層以及該n-型摻雜的基底部分形成一整流肖特基結(jié)。
53．如權(quán)利要求52所述的方法，其包括在沉積該Os層之前，先將一薄的硅層沉積在該基板表面的上述區(qū)域之上。
54．如權(quán)利要求51所述的方法，其包括用一種p-型的雜質(zhì)摻雜該基底在該區(qū)域的一部分，使得該Os層以及該p-型摻雜的基底部分形成一歐姆連接。
55．如權(quán)利要求51所述的方法，其中，在該鋨層之上形成一保護(hù)覆蓋的步驟包括將一包括有鉑(Pt)的層沉積在該鋨層之上。
56．一種與SiC半導(dǎo)體基底的一表面形成一電接觸的方法，其包括將一包括金屬鋨(Os)的層沉積在該基底表面的一區(qū)域上，以形成一具有與基底的一電界面的接觸；和在沉積該Os層之后將該基底退火，以將該Os層在該表面處接合至該SiC基底上。
57．如權(quán)利要求56所述的方法，其包括在沉積該Os層之前，先將一薄的硅層沉積在該基底表面的該區(qū)域之上。
58．如權(quán)利要求56所述的方法，其包括用一種n-型的雜質(zhì)摻雜該基底在該區(qū)域的一部分，使得該Os層以及該n-型摻雜的基底部分形成一整流結(jié)。
59．如權(quán)利要求56所述的方法，其包括用一種p-型的雜質(zhì)摻雜該基底在該區(qū)域的一部分，使得該Os層以及該p-型摻雜的基底部分形成一歐姆連接。
60．一種與SiC半導(dǎo)體基底的一表面形成一電接觸的方法，包括將一碳化鈦(TiC)層沉積在該基板表面的一區(qū)域上，以形成一具有與基底的一電界面的接觸；將一碳化鎢(WC)層沉積在該碳化鈦(TiC)層上；和將一金屬鎢(W)層沉積在該碳化鎢(WC)層上。
61．如權(quán)利要求60所述的方法，其包括將基底在該區(qū)域中的部分摻雜一種n-型雜質(zhì)，使得該TiC/WC/W層以及該n-型摻雜的基底部分形成一歐姆連接。
62．如權(quán)利要求60所述的方法，其包括將基底在該區(qū)域中的部分摻雜一種p-型雜質(zhì)，使得該TiC/WC/W層以及該p-型摻雜的基底部分形成一整流結(jié)。
63．如權(quán)利要求60所述的方法，其包括在該W層沉積的期間或之后將該基底退火，以接合該W層至該WC層。
64．如權(quán)利要求60所述的方法，其包括在該TiC層沉積的期間或之后將該基底退火，以在該WC層的沉積之前將該TiC層緊密化。
全文摘要
SiC上的金屬鋨(β或γ)形成一接觸。該接觸牢牢地固定在SiC表面上,并形成一有效阻擋,以防止來(lái)自導(dǎo)電金屬的擴(kuò)散。在n－型SiC(12)上,Os(20)形成一陡變肖特基整流結(jié)和肖特基二極管,前者具有到至少1050℃下仍保持不變的操作性能,后者到1175℃下仍可操作,并且阻擋高度大于1.5eV。在P－型SiC上,Os形成一具體接觸電阻小于10
文檔編號(hào)H01L21/331GK1216635SQ97193978
公開日1999年5月12日 申請(qǐng)日期1997年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月7日
發(fā)明者詹姆斯·D·帕森斯 申請(qǐng)人:3C半導(dǎo)體公司