用于碳化硅裝置中歐姆接觸的系統(tǒng)和方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明展示的碳化硅裝置包括設(shè)置于碳化硅襯底的一部分上的柵電極，以及設(shè)置于該柵電極上的電介質(zhì)膜。該裝置具有設(shè)置于柵電極附近的接觸區(qū)，并且具有設(shè)置于該電介質(zhì)膜上以及設(shè)置于該接觸區(qū)上的層。該層包括部分設(shè)置于電介質(zhì)膜上的鎳以及包括部分設(shè)置于接觸區(qū)上的硅化鎳。硅化鎳層配置成提供至碳化硅裝置的接觸區(qū)的歐姆接觸。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于碳化硅裝置中歐姆接觸的系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001]本文中公開(kāi)的主題涉及碳化硅半導(dǎo)體裝置，并且更具體地，涉及用于功率應(yīng)用的碳化硅半導(dǎo)體裝置。
[0002]在例如場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的半導(dǎo)體裝置制造過(guò)程中，可以形成一個(gè)或者更多的接觸(例如在FET裝置的接觸區(qū)中)。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)在例如碳化硅FET裝置中構(gòu)建接觸通孔時(shí)，可能希望接觸具有低電阻(例如，歐姆接觸)。另外，在這些低電阻接觸的構(gòu)建期間，某些半導(dǎo)體裝置制造技術(shù)(例如剝離技術(shù))可能導(dǎo)致所得到的裝置結(jié)構(gòu)中的缺陷(例如，粗糙邊緣、縱梁、破裂接觸、不需要的多余金屬、不良粘附、和/或其他形式的裝置損傷)。此夕卜，包括在硅裝置構(gòu)建中運(yùn)作良好的方法的其他裝置制造技術(shù)(例如，自對(duì)齊技術(shù))對(duì)于碳化硅裝置的構(gòu)建經(jīng)常不能被證實(shí)為是有效的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]在實(shí)施例中，碳化硅裝置包括設(shè)置在碳化硅襯底的一部分上的柵電極，以及設(shè)置在該柵電極上的電介質(zhì)膜。該裝置具有設(shè)置在該柵電極附近的接觸區(qū)以及具有設(shè)置在該電介質(zhì)膜上以及設(shè)置在該接觸區(qū)上的層。該層包括部分設(shè)置在該電介質(zhì)膜上的鎳，以及包括部分設(shè)置在該接觸區(qū)上的硅化鎳。硅化鎳層配置成提供至碳化硅裝置的接觸區(qū)的歐姆接觸。
[0004]在另一實(shí)施例中，碳化硅裝置包括設(shè)置在碳化硅襯底的一部分上的柵電極，以及設(shè)置在柵電極上的電介質(zhì)膜。該裝置也包括設(shè)置在電介質(zhì)膜上的鎳層。該裝置具有設(shè)置在柵電極附近的接觸區(qū)，以及該裝置包括設(shè)置在碳化硅裝置的接觸區(qū)上的一個(gè)或更多個(gè)層。該一個(gè)或更多層配置成提供至碳化硅裝置的接觸區(qū)的歐姆接觸，并且該一個(gè)或更多層包括娃化鎳層。
[0005]在另一實(shí)施例中，方法包括在碳化硅裝置的表面上沉積鎳層，其中碳化硅裝置的表面包括碳化硅裝置的接觸區(qū)以及電介質(zhì)層。該方法進(jìn)一步包括將碳化硅裝置退火以將鎳層的一部分轉(zhuǎn)換為包含至少一個(gè)硅化鎳種類(lèi)的硅化鎳層。此外，硅化鎳層配置成提供至碳化硅裝置的接觸區(qū)的低電阻接觸。
[0006]提供一種碳化硅裝置，其包括:
[0007]設(shè)置于碳化娃襯底的一部分上的柵電極；
[0008]設(shè)置于所述柵電極上的電介質(zhì)膜；
[0009]設(shè)置于所述柵電極附近的碳化硅裝置的接觸區(qū)；以及
[0010]設(shè)置于所述電介質(zhì)膜上和所述接觸區(qū)上的層，其中所述層包括部分設(shè)置于所述電介質(zhì)膜上的鎳并且其中所述層包括部分設(shè)置于所述接觸區(qū)上的硅化鎳，以及其中硅化鎳層配置成提供至所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)的歐姆接觸。
[0011]優(yōu)選的，所述硅化鎳層設(shè)置于柵電極附近并且通過(guò)電介質(zhì)間隔與所述柵電極隔離。
[0012]優(yōu)選的，所述電介質(zhì)間隔配置成將所述硅化鎳層自對(duì)齊于所述接觸區(qū)以及所述碳化硅裝置的所述柵電極。
[0013]優(yōu)選的，所述硅化鎳層包括Ni31Si12、Ni2S1、NiSi或者其的組合。
[0014]優(yōu)選的，所述歐姆接觸具有小于10_3ohm.cm2的接觸電阻率。
[0015]優(yōu)選的，所述歐姆接觸具有小于10_6ohm.cm2的接觸電阻率。
[0016]優(yōu)選的，所述碳化硅裝置是碳化硅功率裝置。
[0017]優(yōu)選的，所述碳化硅裝置是碳化硅MOSFET或者JFET裝置。
[0018]提供一種碳化硅裝置，其包括:
[0019]設(shè)置于碳化娃襯底的一部分上的柵電極；
[0020]設(shè)置于所述柵電極上的電介質(zhì)膜；
[0021]設(shè)置于所述電介質(zhì)膜上的鎳層；
[0022]設(shè)置于所述柵電極附近的所述碳化硅裝置的接觸區(qū)；以及
[0023]設(shè)置于所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)上的一個(gè)或更多層，其中所述一個(gè)或更多層配置成提供至所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)的歐姆接觸，其中所述一個(gè)或更多層包括硅化鎳層。
[0024]優(yōu)選的，所述一個(gè)或更多層包括設(shè)置于所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)的第一部分上的鈦/鋁層。
[0025]優(yōu)選的，所述裝置包括設(shè)置于所述鈦/鋁層上的鎳層。
[0026]優(yōu)選的，所述硅化鎳層設(shè)置為在所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)的第二部分上相鄰所述鈦/鋁層。
[0027]優(yōu)選的，所述裝置包括柵電極，其中所述接觸區(qū)配置成從遠(yuǎn)離所述柵電極間隔一
定距離。
[0028]優(yōu)選的，所述裝置包括設(shè)置于所述柵電極與所述接觸通孔之間的電介質(zhì)間隔，其中所述電介質(zhì)間隔配置成相對(duì)于所述柵電極而自對(duì)齊所述接觸通孔。
[0029]優(yōu)選的，所述電介質(zhì)間隔配置成相對(duì)于所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)而自對(duì)齊所述接觸通孔。
[0030]優(yōu)選的，所述硅化鎳層的鎳與硅的比包括在大約2.6與大約1.0之間。
[0031]優(yōu)選的，所述硅化鎳層的鎳與硅的比包括在大約2.6與大約2.0之間。
[0032]優(yōu)選的，所述硅化鎳層的鎳與硅的比包括在大約2.0與大約1.0之間。
[0033]優(yōu)選的，所述碳化硅裝置是碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)或者結(jié)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET)功率裝置。
[0034]提供一種方法，其包括:
[0035]在碳化硅裝置的表面上沉積鎳層，其中所述碳化硅裝置的所述表面包括電介質(zhì)膜和所述碳化硅裝置的接觸區(qū)；以及
[0036]將所述碳化硅裝置退火以將所述鎳層的一部分轉(zhuǎn)換為包括至少一個(gè)硅化鎳種類(lèi)的硅化鎳層，其中所述硅化鎳層配置成提供所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)的低電阻接觸。
[0037]優(yōu)選的，所述低電阻接觸包括小于10_5ohm.cm2的接觸電阻率。
[0038]優(yōu)選的，所述低電阻接觸包括比退火前的所述鎳層低4至10倍的接觸電阻率。
[0039]優(yōu)選的，所述方法包括在所述碳化硅裝置的所述表面上沉積柵極電介質(zhì)層以及柵電極。[0040]優(yōu)選的，所述方法包括在所述柵極電介質(zhì)層和所述柵電極上共形沉積電介質(zhì)層；以及圖案化和蝕刻所述電介質(zhì)層和所述柵極電介質(zhì)層以暴露所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)。
[0041]優(yōu)選的，所述方法包括在所述碳化硅裝置的所述表面上的所述柵極電介質(zhì)層和所述柵電極之上沉積第一電介質(zhì)層；圖案化和蝕刻所述第一電介質(zhì)層以及所述柵電極層以形成重合邊緣并暴露所述接觸區(qū)；在所述碳化硅裝置的所述表面上共形沉積第二電介質(zhì)層；以及蝕刻所述第二電介質(zhì)層以暴露所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)同時(shí)在所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)與所述柵電極之間提供電介質(zhì)間隔。
[0042]優(yōu)選的，所述電介質(zhì)間隔配置成相對(duì)于所述柵電極以及相對(duì)于所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)自對(duì)齊所述硅化鎳層。
[0043]優(yōu)選的，退火所述碳化硅裝置包括在大約30(TC至大約110(TC將所述碳化硅裝置退火。
[0044]優(yōu)選的,所述至少一個(gè)娃化鎳種類(lèi)包括Ni31Si12。
[0045]優(yōu)選的，所述方法包括從所述碳化硅裝置的一個(gè)或更多電介質(zhì)表面蝕刻未反應(yīng)的鎳。
[0046]優(yōu)選的，所述方法包括在蝕刻所述未反應(yīng)的鎳之后執(zhí)行所述碳化硅裝置的二次退火。
[0047]優(yōu)選的，所述二次退火包括在大約500°C至大約950°C退火所述碳化硅裝置，以及其中，在執(zhí)行所述二次退火之后，所述硅化鎳層包括Ni2Si。
[0048]優(yōu)選的，所述二次退火包括在大約900°C至大約1100°C退火所述碳化硅裝置，以及其中，在執(zhí)行所述二次退火之后，所述硅化鎳層包括NiSi。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0049]當(dāng)閱讀下述的詳細(xì)說(shuō)明時(shí)，參照附圖將使得本發(fā)明的這些以及其他特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)變得更好理解，其中在全部附圖中相近的附圖標(biāo)記代表相近的部件:
[0050]圖1是流程圖，圖解了根據(jù)本方式的一個(gè)實(shí)施例形成碳化硅裝置中的非自對(duì)齊歐姆接觸的方法；
[0051]圖2是作為在圖1或8的方法執(zhí)行之前的碳化硅裝置結(jié)構(gòu)示例的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的實(shí)施例；
[0052]圖3是按照?qǐng)D1提出的方法沉積電介質(zhì)層之后的圖2的碳化硅裝置實(shí)施例；
[0053]圖4是按照?qǐng)D1提出的方法將所沉積的電介質(zhì)層圖案化和蝕刻以暴露碳化硅裝置的接觸區(qū)之后的圖3的碳化硅裝置實(shí)施例；
[0054]圖5是按照?qǐng)D1提出的方法沉積鎳層之后的圖4的碳化硅裝置實(shí)施例；
[0055]圖6是按照?qǐng)D1提出的方法將碳化硅裝置退火以形成硅化鎳層之后的圖5的碳化硅裝置實(shí)施例；
[0056]圖7是按照?qǐng)D1提出的方法去除鎳層的未反應(yīng)部分之后的圖6的碳化硅裝置實(shí)施例；
[0057]圖8是流程圖，圖解了根據(jù)本方式的另一個(gè)實(shí)施例在碳化硅裝置中形成自對(duì)齊歐姆接觸的方法；[0058]圖9是按照?qǐng)D8提出的方法沉積、圖案化和蝕刻電介質(zhì)層以及柵電極層以提供重合邊緣之后的圖8的碳化硅裝置實(shí)施例；
[0059]圖10是按照?qǐng)D8提出的方法沉積另一電介質(zhì)層之后的圖9的碳化硅裝置實(shí)施例；
[0060]圖11是按照?qǐng)D8提出的方法將碳化硅裝置毯覆式蝕刻以在柵極和暴露的接觸區(qū)之間提供電介質(zhì)間隔之后的圖10的碳化硅裝置實(shí)施例；
[0061]圖12是按照?qǐng)D8提出的方法沉積鎳層之后的圖11的碳化硅裝置實(shí)施例；
[0062]圖13是按照?qǐng)D8提出的方法將碳化硅裝置退火以形成硅化鎳層之后的圖12的碳化硅裝置實(shí)施例；
[0063]圖14是按照?qǐng)D8提出的方法將鎳層的未反應(yīng)部分去除之后的附圖13的碳化硅裝置實(shí)施例；
[0064]圖15是非自對(duì)齊MOSFET碳化硅裝置的備選實(shí)施例，其除了硅化鎳層之外，還具有沉積在碳化硅裝置的接觸區(qū)中的鈦/鋁層；以及
[0065]圖16是自對(duì)齊MOSFET碳化硅裝置的備選實(shí)施例，其除了硅化鎳層之外，還具有沉積在碳化硅裝置的接觸區(qū)中的鈦/鋁層。
【具體實(shí)施方式】
[0066]下面將描述本公開(kāi)的一個(gè)或更多特定實(shí)施例。為了提供這些實(shí)施例的簡(jiǎn)明描述，在說(shuō)明書(shū)中可能不會(huì)描述實(shí)際實(shí)現(xiàn)中的所有特征。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在任何這樣實(shí)際實(shí)現(xiàn)的開(kāi)發(fā)中，如在任何工程和設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，為了達(dá)到開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)必須作出大量實(shí)現(xiàn)特定的決定，例如順應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)的限制以及商業(yè)相關(guān)的限制，而該限制可能從一個(gè)實(shí)現(xiàn)到另一個(gè)實(shí)現(xiàn)而改變。此外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到這樣的開(kāi)發(fā)的努力可能是復(fù)雜且耗時(shí)的，但是對(duì)于受益于本公開(kāi)的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員其仍然將是設(shè)計(jì)、裝配和制造的常規(guī)任務(wù)。
[0067]當(dāng)介紹本公開(kāi)各種實(shí)施例的元件時(shí)，冠詞“一”、“一個(gè)”、“該”和“所述”意欲表示具有一個(gè)或更多該元件。術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”和“具有”意味著包含在內(nèi)并且表示除了所列出的元件之外還可以具有額外部件。
[0068]如上所述，在例如碳化硅FET的半導(dǎo)體裝置制造過(guò)程期間，可能希望在FET裝置的接觸區(qū)中形成歐姆接觸。然而，如所述的，當(dāng)構(gòu)建碳化硅裝置時(shí)某些半導(dǎo)體制造技術(shù)(例如，用于硅裝置的剝離技術(shù)、自對(duì)齊技術(shù)等)可能不能提供有效的方法用于提供具有所需對(duì)齊的期望接觸。
[0069]因此，當(dāng)前公開(kāi)的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了在碳化硅裝置(例如，碳化硅FET)構(gòu)建期間歐姆接觸的形成(例如用于接觸通孔)。本技術(shù)實(shí)現(xiàn)了僅將沉積在碳化硅裝置的暴露碳化硅表面上的部分鎳層在退火條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)換以得到硅化鎳層，該硅化鎳層可以提供至碳化硅裝置的接觸區(qū)的歐姆接觸。此外，由于在退火條件下沉積在碳化硅裝置的電介質(zhì)表面上的部分鎳層未反應(yīng)，因此可以可以選擇性地去除鎳層的這些未反應(yīng)部分(例如，通過(guò)濕法蝕刻)，而在碳化硅裝置的接觸區(qū)中留下該硅化鎳層。如下所述，可以將此方式應(yīng)用在用于構(gòu)建包含硅化鎳歐姆接觸的非自對(duì)齊(例如，根據(jù)圖1的方法10)碳化硅裝置和自對(duì)齊(例如，根據(jù)圖8的方法70)碳化硅裝置這二者的方法中。而且，如下所述，本技術(shù)還可以應(yīng)用在用于構(gòu)建除了具有設(shè)置在碳化硅裝置的接觸區(qū)中以提供歐姆接觸的硅化鎳之外還包含其他金屬層(例如鈦/鋁層)的碳化硅裝置的方法中。[0070]應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到相比于其他金屬(例如，鈦，鋁或其合金)，鎳通?？赡転槟承┨蓟柩b置(例如，重?fù)诫sP+碳化硅層)提供更高的接觸電阻。然而，應(yīng)該注意的是現(xiàn)在所公開(kāi)的歐姆接觸層包括至少一個(gè)硅化鎳種類(lèi)。同樣地，如下所述，相對(duì)于碳化硅上的典型鎳層，由所公開(kāi)的硅化鎳層提供的性質(zhì)(例如，電性質(zhì)、物理性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)性等)可以得到顯著改進(jìn)。同樣地，通過(guò)控制在所沉積的鎳層部分中的硅化鎳形成，本方式可以充分提高在碳化硅裝置制造期間鎳的有用性。
[0071]考慮上述，圖1說(shuō)明了根據(jù)本方式的實(shí)施例的方法10，借此可以在碳化硅裝置上形成歐姆接觸。為了更好地說(shuō)明該方法10，圖2— 7描述了在方法10執(zhí)行期間的各個(gè)階段處的示例碳化硅裝置12(用于功率應(yīng)用的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(M0SFET))。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，盡管本探討可指向碳化硅M0SFET12，但是本技術(shù)可以應(yīng)用于其中需要或利用了歐姆接觸的任何MOSFET或者其他合適的碳化硅裝置(例如，結(jié)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(JFET))。應(yīng)該指出，圖2-7以及圖9-16所示的M0SFET12的特征不是按比繪制的。
[0072]圖2示出了在方法10之前的示例碳化硅裝置12。在圖2中示出的MOSFET碳化硅裝置12的基本結(jié)構(gòu)包括襯底本體14，該襯底本體14具有在其上設(shè)置例如N+SiC緩沖層18和N-SiC漂移層20的多個(gè)其它層的襯底層(例如，N+SiC襯底16)。P阱22形成在N-SiC漂移層20頂上，其包括設(shè)置在重?fù)诫sP+基極26的相對(duì)側(cè)的兩個(gè)重?fù)诫sN+區(qū)24。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到碳化硅裝置12僅提供示例裝置結(jié)構(gòu)，并且其他碳化硅裝置結(jié)構(gòu)(例如，相反摻雜的裝置、具有附加或者更少層的裝置、具有不同相對(duì)尺寸結(jié)構(gòu)的裝置等等)目前也是可以預(yù)期的。此外，如圖2所示，柵極(例如金屬柵極28)沉積在部分襯底本體14的頂上，其由相對(duì)薄的柵極電介質(zhì)30層與襯底本體14相分隔。
[0073]圖1所示的方法10開(kāi)始于在圖2所示的在碳化硅裝置12的表面上沉積(框40)共形電介質(zhì)層。所得到的結(jié)構(gòu)(如圖3的碳化硅裝置12所示)包括沉積在碳化硅裝置12表面上的共形電介質(zhì)層52。在某些實(shí)施例中，電介質(zhì)層52可以包括二氧化娃、磷娃玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氮化硅或其他任何合適的電介質(zhì)材料。此外，在某些實(shí)施例中，電介質(zhì)層52可以利用化學(xué)氣相沉積(CVD)法、旋涂法或者另外合適的沉積方法來(lái)沉積。
[0074]圖1所示的方法10接著圖案化和蝕刻(框42)部分電介質(zhì)層52以及部分柵極電介質(zhì)層30，以暴露碳化硅裝置12的接觸區(qū)。例如，使用標(biāo)準(zhǔn)光刻技術(shù)，可以移除圖3所示的碳化硅裝置12的部分電介質(zhì)層52以及部分柵極電介質(zhì)層30以暴露襯底本體14的部分表面。轉(zhuǎn)向圖4，示出了在去除部分電介質(zhì)層52和柵極電介質(zhì)層30從而將位于襯底本體14的表面處的接觸區(qū)54暴露之后的圖3的碳化硅裝置12。圖4所示的接觸區(qū)54從蝕刻工藝期間所形成的電介質(zhì)層52和柵極電介質(zhì)層30的邊緣56延伸。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到電介質(zhì)層52和柵極電介質(zhì)層30從柵極28延伸一定距離58，以將柵極28與接觸區(qū)54電絕緣。應(yīng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，在某些實(shí)施例中，距離58可以大于使用自對(duì)齊技術(shù)可獲得的距離，如以下根據(jù)圖8的描述。例如，由非自對(duì)齊方法10提供的更大距離58通常允許在框42的圖案化和蝕刻期間所可能遭遇的微小變動(dòng)，而同時(shí)仍然提供了功能裝置12。
[0075]轉(zhuǎn)至圖1，方法10接著在碳化硅裝置12的表面上沉積(框44)鎳層。S卩，鎳層可以沉積在電介質(zhì)層52以及圖4所示的碳化硅裝置12的暴露接觸區(qū)54的表面上。例如，轉(zhuǎn)至圖5，示出了將鎳層60沉積在電介質(zhì)層52和接觸區(qū)54這兩者的表面上之后的圖4的碳化硅裝置12。此外，在某些實(shí)施例中，可以使用化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)、濺射或者其他合適的沉積方法來(lái)沉積鎳層52。由此，完成框44之后，通?？梢詫D5所示的鎳層60設(shè)置在至少兩種表面上:電介質(zhì)表面(例如，設(shè)置在電介質(zhì)層52上的部分鎳層60)和碳化娃表面(例如，設(shè)置在高度摻雜碳化硅接觸區(qū)54上的部分鎳層60)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到方法10允許腐蝕預(yù)處理反應(yīng)離子蝕刻(RIE)或者背面濺射蝕刻以準(zhǔn)備用于金屬沉積(例如，鎳層60)的表面。應(yīng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，因?yàn)楸┞兜墓饪棠z表面的敏感性，這種腐蝕蝕刻技術(shù)通常不與剝離方法相兼容。
[0076]再次轉(zhuǎn)至圖1，方法10接著退火(框46)該碳化硅裝置12以在碳化硅裝置12的接觸區(qū)54中形成至少一個(gè)硅化鎳種類(lèi)。即，轉(zhuǎn)至圖6，可以加熱碳化硅裝置12，從而使得部分鎳層60 (例如，在框44中所沉積的)可以與部分碳化硅接觸區(qū)54反應(yīng)以形成包括一個(gè)或更多硅化鎳種類(lèi)的硅化鎳層62。例如，在某些實(shí)施例中，在特定氣氛(例如，氬氣、氮?dú)?、或者其他合適氣氛)下，可以將碳化硅裝置12加熱至大約300°C至1100°C之間、大約500°C至900°C之間或者大約600°C至800°C之間。例如，在某些實(shí)施例中，框46的退火可以提供硅化鎳層62，其具有比相似安置的鎳層的接觸電阻率低大約4至10倍的接觸電阻率。通過(guò)特定示例，硅化鎳層62所提供的接觸電阻率可以大約近似10_3ohm.cm2至近似10_6ohm.cm2。
[0077]如前所述，在退火期間(例如，在圖1的框46中所提出)加熱碳化硅裝置12，可以促使在硅化鎳層62中由鎳層60形成一個(gè)或者更多硅化鎳種類(lèi)。雖然不希望被理論所限，在一個(gè)或更多退火步驟之后，在硅化鎳層62之內(nèi)可以存在硅化鎳種類(lèi)的族群相。例如，當(dāng)在較低的退火溫度(例如，大約300°C至大約500°C)形成該硅化鎳層62時(shí)，所得到的硅化鎳層62可以包括大量的Ni31Si12。因而,對(duì)于這樣的娃化鎳層62,鎳與娃的比可以在大約2.6與大約1.0之間的范圍內(nèi)。通過(guò)進(jìn)一步的示例，當(dāng)在較高的退火溫度(例如，大約600°C至大約900°C)形成該硅化鎳層62時(shí)，所得到的硅化鎳層可以包括大量的Ni2Si。因而，對(duì)于這樣的硅化鎳層62，鎳與硅的比可以在大約2.6與大約2.0之間的范圍內(nèi)。通過(guò)更進(jìn)一步的示例，當(dāng)在甚至更高的退火溫度(例如，大約900°C至大約1100°C )形成該硅化鎳層62時(shí)，所得到的硅化鎳層可以包括大量的NiSi。因而，對(duì)于這樣的硅化鎳層62，鎳與硅的比可以在大約2.0與大約1.0之間的范圍內(nèi)。還應(yīng)當(dāng)注意到，雖然設(shè)置在接觸區(qū)54上的僅部分鎳層60可以形成該硅化鎳層62，但是在框46的退火期間設(shè)置在電介質(zhì)層52上的鎳層60剩余可以基本保持不變。
[0078]接著通過(guò)圖1所示的方法10，在如框46所提出的碳化硅裝置12退火之后，未反應(yīng)的鎳層60(例如，設(shè)置在電介質(zhì)層52之上)可以從碳化硅裝置的電介質(zhì)表面蝕刻掉(框48)。然而，具有與未反應(yīng)鎳層60不同的反應(yīng)性的硅化鎳層62可以保持基本不變。例如，轉(zhuǎn)至圖7，示出了將未反應(yīng)鎳層60蝕刻從而僅保留硅化鎳層62之后的碳化硅裝置12。例如，在某些實(shí)施例中，可以使用濕法蝕刻工藝去除該未反應(yīng)的鎳層60。然而，在其他實(shí)施例中，可以不執(zhí)行框48所提出的未反應(yīng)鎳層60的蝕刻，從而使得最終裝置結(jié)構(gòu)除了硅化鎳層62之外還包括未反應(yīng)鎳層60。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在這樣的實(shí)施例中，可予以充分注意以避免該鎳層60與某些其他裝置特征、例如柵極接觸焊盤(pán)(未示出)相接觸。
[0079]此外，如圖1所示，在某些實(shí)施例中，碳化硅裝置12可以在比第一次退火更高的溫度下進(jìn)行二次退火(框50)，以進(jìn)一步改善硅化鎳層62處的接觸電阻。例如，在某些實(shí)施例中，碳化硅裝置12可以在特定氣氛下(例如,氬氣、氮?dú)饣蛘咂渌线m氣氛)加熱到大約800°C至大約1100°C之間。如在第一次退火的探討中所提出的，可以相信加熱碳化硅裝置12至更高的溫度(例如，在框50提出的二次退火期間)可以促使硅化鎳層62(例如，在框46提出的第一次退火期間形成)進(jìn)一步與碳化硅接觸區(qū)54反應(yīng)。在二次退火之后，硅化鎳層62可以在某些硅化鎳種類(lèi)(例如，Ni2S1、NiSi等)上更加富裕。例如，在某些實(shí)施例中，在框50提出的二次退火之后，硅化鎳層62中的鎳與硅的比可以大約接近I。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，通過(guò)框50的二次退火所形成的硅化鎳層62可以進(jìn)一步降低碳化硅裝置12的接觸區(qū)54處的接觸電阻。
[0080]圖8示出了根據(jù)本方式的另一實(shí)施例的第二方法70，藉此可以在碳化硅裝置12上形成自對(duì)齊歐姆接觸(例如，用于接觸通孔)。為了更好的闡述該方法70，圖2以及9-14描述了在圖8所示的方法70執(zhí)行期間的各個(gè)階段處與以上所論述相同的示例MOSFET碳化硅裝置12。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，類(lèi)似于圖1的方法10，盡管第二方法70的論述可以指向碳化硅M0SFET12，但本技術(shù)可以應(yīng)用于任何MOSFET或者其他合適的碳化硅裝置。此外，以上所描述的圖2示出了在圖8所示的方法70執(zhí)行之前的示例碳化硅裝置12。
[0081]圖8所示的方法70以在圖2所示的碳化硅裝置12的表面上沉積(框72)電介質(zhì)層而開(kāi)始，接下來(lái)圖案化并蝕刻沉積的電介質(zhì)膜和柵電極以來(lái)形成重合邊緣。所得到的結(jié)構(gòu)(如圖9所示的碳化硅裝置12所示)包括設(shè)置在柵極28上的電介質(zhì)層90(例如，包含二氧化硅、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、氮化硅或者其他任何合適的電介質(zhì)材料)。另外，電介質(zhì)層90可以使用CVD、旋涂或者其他任何合適的沉積工藝進(jìn)行沉積。此外，圖9所示的電介質(zhì)層90已經(jīng)圖案化并進(jìn)行蝕刻(例如，使用光刻技術(shù))以暴露碳化硅裝置12的接觸區(qū)54并提供重合邊緣92。
[0082]圖8所示的方法70接著在碳化硅裝置12的表面上共形地進(jìn)行另一電介質(zhì)層的沉積(框74)。例如，轉(zhuǎn)至圖10，示出了在共形沉積電介質(zhì)層94之后的碳化硅裝置12。類(lèi)似于電介質(zhì)層90,該電介質(zhì)層94可以包含二氧化娃、磷娃玻璃(PSG)、硼磷娃玻璃(BPSG)、氮化硅或者其他任何合適的電介質(zhì)材料。另外，電介質(zhì)層94可以使用CVD、旋涂或者其他合適的沉積工藝進(jìn)行沉積。
[0083]轉(zhuǎn)至圖8，方法70接著將框74中所沉積的共形電介質(zhì)層進(jìn)行毯覆式蝕刻(框76)以在柵極30與接觸區(qū)54之間形成電介質(zhì)間隔。例如，轉(zhuǎn)至圖11，示出了將框74中所沉積的電介質(zhì)層94進(jìn)行毯覆式蝕刻(例如，如在框76中所提出)之后的碳化硅裝置12。如圖11所示，該毯覆式蝕刻去除了大部分電介質(zhì)層94，暴露了接觸區(qū)54，但是留下了設(shè)置在碳化硅裝置12的柵極28與接觸區(qū)54之間的間隔96。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)控制在框74中所沉積的電介質(zhì)層94的厚度以及框76的毯覆式蝕刻條件，可以控制電介質(zhì)間隔96的寬度98。
[0084]在形成電介質(zhì)間隔96之后，圖8的方法70接著在碳化硅裝置的表面上進(jìn)行鎳層的沉積(框78)。例如，轉(zhuǎn)至圖12，圖解了具有設(shè)置在碳化硅裝置的表面上的鎳層60的碳化硅裝置12，其包括剩余電介質(zhì)層90的表面、暴露的接觸區(qū)54以及電介質(zhì)間隔96。此外，在某些實(shí)施例中，可以使用化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝、旋涂或者其他合適的沉積方法沉積該鎳層52。
[0085]轉(zhuǎn)至圖8，一旦在框78中已將鎳層60沉積，碳化硅裝置12就可以進(jìn)行退火(框80)從而在碳化硅裝置的接觸區(qū)54中形成至少一個(gè)硅化鎳種類(lèi)。例如，轉(zhuǎn)至圖13，示出了已退火而使得硅化鎳層62從沉積在接觸區(qū)54上的部分鎳層60中形成之后的碳化硅裝置12。例如，在某些實(shí)施例中，碳化硅裝置12可以在特定氣氛(例如，氬氣、氮?dú)饣蛘咂渌线m的氣氛)下，加熱至大約300°C至大約1100°C之間、大約500°C和大約900°C之間或者大約600°C和大約800°C之間。例如，在某些實(shí)施例中，框80的退火可以提供硅化鎳層62，其具有比相似安置的鎳層的接觸電阻率低大約4至10倍的接觸電阻率。通過(guò)特定示例，硅化鎳層62所提供的接觸電阻率可在大約近似10_3ohm.cm2至近似10_6ohm.cm2。
[0086]如上所述，在退火期間(例如，圖8的框80中所提出)加熱碳化硅裝置12可以促使從鎳層60在硅化鎳層62中形成一個(gè)或者更多硅化鎳種類(lèi)。例如，當(dāng)在較低退火溫度(例如，大約300°C至大約500°C )形成硅化鎳層62時(shí)，所得到的硅化鎳層62可以包括大量的Ni31Si120因而，對(duì)于這樣的硅化鎳層62，鎳與硅的比可以在大約2.6與大約1.0之間的范圍內(nèi)。通過(guò)進(jìn)一步的示例，當(dāng)在更高的退火溫度(例如，大約600°C至大約900°C )形成娃化鎳層62時(shí)，所得到的硅化鎳層可以包括大量的Ni2Si。因而，對(duì)于這樣的硅化鎳層62，鎳與硅的比可以在大約2.6與大約2.0之間的范圍內(nèi)。通過(guò)更進(jìn)一步的示例，當(dāng)在甚至更高的退火溫度(例如，大約900°C至大約1100°C )形成硅化鎳層62時(shí)，所得到的硅化鎳層可以包括大量的NiSi。因而，對(duì)于這樣的硅化鎳層62，鎳與硅的比可以在大約2.0與大約1.0之間的范圍內(nèi)。還應(yīng)注意到，雖然設(shè)置在接觸區(qū)54上的僅部分鎳層60可以形成該硅化鎳層62，但是設(shè)置在電介質(zhì)層90和/或電介質(zhì)間隔96上剩余的鎳層60在框46退火期間可以基本保持不變。
[0087]接著通過(guò)圖8所示的方法70，在框80所提出的退火之后，鎳層60的未反應(yīng)部分可以從電介質(zhì)表面(例如，電介質(zhì)層90和電介質(zhì)間隔96)蝕刻(框82),而基本不影響娃化鎳層62。例如，轉(zhuǎn)至圖14，示出了在將未反應(yīng)鎳層60移除(例如，使用濕法蝕刻技術(shù))而僅剩下硅化鎳層62之后的碳化硅裝置12。在圖14示出的碳化硅裝置12的結(jié)構(gòu)中，硅化鎳層62通過(guò)間隔96相對(duì)于柵極28和/或接觸區(qū)54自對(duì)齊。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，電介質(zhì)間隔96的寬度98通常小于可以通過(guò)其他對(duì)齊方法得到的柵極與硅化鎳層之間的間距(例如，小于圖1所示的非自對(duì)齊方法10的圖4所示的寬度58)。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在其他實(shí)施例中，可以不執(zhí)行框82所提出的未反應(yīng)鎳層60的蝕刻，從而使得最終裝置結(jié)構(gòu)除了硅化鎳層62之外還包括未反應(yīng)鎳層60。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在這樣的實(shí)施例中，可予以充分注意以避免鎳層60與例如柵極接觸焊盤(pán)(未示出)的某些其他裝置特征相接觸。
[0088]再次轉(zhuǎn)至圖8，在某些實(shí)施例中，方法70接著在碳化硅裝置12上執(zhí)行二次退火(框84)。S卩，如框82所提出的已經(jīng)去除該未反應(yīng)鎳層60之后，圖14所示的碳化硅裝置12可以在比框80中所提出的第一次退火高的溫度下進(jìn)行二次退火。例如，在某些實(shí)施例中，在特定氣氛(例如，氬氣、氮?dú)饣蛘咂渌线m氣氛)下，碳化硅裝置12可以被加熱到大約80(TC至大約1100°C之間。此外，雖然不希望被理論限制，但認(rèn)為將碳化硅裝置12加熱至更高的溫度(例如，框84提出的二次退火期間)可以促使在第一次退火(例如，框80中提出)期間形成的硅化鎳層62進(jìn)一步與碳化硅接觸區(qū)54反應(yīng)以形成其他硅化鎳種類(lèi)(例如，Ni2S1、NiSi等)，其中娃化鎳層62中的鎳與娃的比可以大約接近于1.0。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到，通過(guò)框80的二次退火所形成的硅化鎳層62可以進(jìn)一步降低碳化硅裝置12的接觸區(qū)54處的接觸電阻。
[0089]圖15示出了非自對(duì)齊碳化硅裝置12的備選實(shí)施例，該裝置包括設(shè)置在接觸區(qū)54的一部分上的鈦/鋁層100。更具體而言，鈦/鋁層100設(shè)置在碳化硅裝置12的P+基極32上，同時(shí)硅化鎳層102設(shè)置在接觸區(qū)54的剩余部分上。此外，鎳層104的該部分保持設(shè)置在鈦/鋁層100上。圖15所示的碳化硅裝置12可以使用非自對(duì)齊方法(例如，類(lèi)似于圖1所示的方法10)制造，但是包括在鎳層的沉積(例如，圖1所示的方法10的框42與框44之間)之前，在接觸區(qū)54的中間選擇性沉積鈦/鋁層100的步驟。
[0090]圖16示出了自對(duì)齊碳化硅裝置12的備選實(shí)施例，該裝置也包括設(shè)置在接觸區(qū)54的一部分上的鈦/鋁層100。類(lèi)似于圖15所示的裝置，圖16所示的碳化硅裝置12包括設(shè)置在碳化硅裝置12的P+基極32上的鈦/鋁層100，同時(shí)硅化鎳層102設(shè)置在接觸區(qū)54的剩余部分上。此外，類(lèi)似圖15的裝置，鎳層104的一部分保持設(shè)置在鈦/鋁層100上。圖16所示的碳化硅裝置12可以使用自對(duì)齊方法(例如，類(lèi)似圖8所示的方法70)制造，但是包括在鎳層的沉積之前(例如，圖8所示的方法70的框76與框78之間)，在接觸區(qū)的中間選擇性沉積鈦/鋁層100的步驟。
[0091]本公開(kāi)技術(shù)的技術(shù)效果包括為碳化硅裝置形成易得的歐姆接觸。也就是，本技術(shù)使得沉積在碳化硅表面上的僅部分鎳層在退火條件下轉(zhuǎn)變?yōu)楣杌囈蕴峁┰摎W姆接觸(例如，在碳化硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)裝置的接觸區(qū)中)。此外，由于該退火條件沒(méi)有引發(fā)沉積在電介質(zhì)表面上的部分鎳層反應(yīng)或者形成硅化鎳，因此這些未反應(yīng)的沉積鎳層部分可以容易地且選擇性地去除(例如，通過(guò)濕法蝕刻)，從而使得僅硅化鎳保留在碳化硅裝置的接觸區(qū)中。本技術(shù)可以應(yīng)用于構(gòu)建包含硅化鎳歐姆接觸的非自對(duì)齊(例如，依照?qǐng)D1的方法10)碳化硅裝置以及自對(duì)齊(例如，依照?qǐng)D8的方法70)碳化硅裝置這二者的方法中。還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，使用采用自對(duì)齊技術(shù)(例如，圖8的方法70中提出)的公開(kāi)方式，可以實(shí)現(xiàn)更高的裝置密度(例如，更小的單元間距)和改善的裝置成品率。此外，本技術(shù)可以應(yīng)用于構(gòu)建除了具有設(shè)置在碳化硅裝置的接觸區(qū)中以提供歐姆接觸的硅化鎳之外還包含其他金屬層(例如，圖15和16所示的鈦/鋁層100)的碳化硅裝置的方法中。
[0092]本書(shū)面說(shuō)明使用示例公開(kāi)了本發(fā)明，包括最佳模式，并且也使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)，并執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的專(zhuān)利范圍由權(quán)利要求限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他示例。如果這樣其他的示例具有不異于權(quán)利要求字面語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)元件，或者如果這樣其他的示例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)差異的等效結(jié)構(gòu)元件，那么這樣的其他示例可以認(rèn)為落入在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種碳化硅裝置，包括: 設(shè)置于碳化娃襯底的一部分上的柵電極； 設(shè)置于所述柵電極上的電介質(zhì)膜； 設(shè)置于所述柵電極附近的碳化硅裝置的接觸區(qū)；以及 設(shè)置于所述電介質(zhì)膜上和所述接觸區(qū)上的層，其中所述層包括部分設(shè)置于所述電介質(zhì)膜上的鎳并且其中所述層包括部分設(shè)置于所述接觸區(qū)上的硅化鎳，以及其中硅化鎳層配置成提供至所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)的歐姆接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述硅化鎳層設(shè)置于柵電極附近并且通過(guò)電介質(zhì)間隔與所述柵電極隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述電介質(zhì)間隔配置成將所述硅化鎳層自對(duì)齊于所述接觸區(qū)以及所述碳化硅裝置的所述柵電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述硅化鎳層包括Ni31Si12、Ni2Si,NiSi或者其的組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述歐姆接觸具有小于10_3ohm-cm2的接觸電阻率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述歐姆接觸具有小于10_6ohm-cm2的接觸電阻率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述碳化硅裝置是碳化硅功率裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述碳化硅裝置是碳化硅MOSFET或者JFET裝置。
9.一種碳化硅裝置，包括: 設(shè)置于碳化娃襯底的一部分上的柵電極； 設(shè)置于所述柵電極上的電介質(zhì)膜； 設(shè)置于所述電介質(zhì)膜上的鎳層； 設(shè)置于所述柵電極附近的所述碳化硅裝置的接觸區(qū)；以及 設(shè)置于所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)上的一個(gè)或更多層，其中所述一個(gè)或更多層配置成提供至所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)的歐姆接觸，其中所述一個(gè)或更多層包括硅化鎳層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，所述一個(gè)或更多層包括設(shè)置于所述碳化硅裝置的所述接觸區(qū)的第一部分上的鈦/鋁層。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK103872103SQ201310726139
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
【發(fā)明者】Z·M·斯塔姆, R·甘地 申請(qǐng)人:通用電氣公司