专利名称：用于霍尔效应测量的轻掺杂SiC基体上制作欧姆电极的方法
技术领域：
本发明属于在半导体材料上制造电极，特别涉及用于霍尔效应测量的轻掺
杂SiC基体上制作电极的方法。
背景技术：
SiC半导体材料由于其可在更高温度下工作、同时有助于大功率器件的制
备、大的载流子饱和漂移速度和迁移率，在半导体器件制备方面具有广阔的前
景，被人们称为继硅和砷化镓之后的"第三代半导体"。SiC材料及SiC元器件
的研制已经成为半导体领域的研究热点。
各种不同性能SiC元器件的开发得益于SiC材料特性的研究，而在SiC半
导体材料性能的研究中，霍尔效应的测量是表征其半导体性质的重要手段。利
用霍尔效应测量，可确定SiC材料的导电类型、载流子浓度；利用霍尔系数和
电导率的联合测量，可研究半导体的导电机制，即本征导电或杂质导电，以及
散射机制，来进一步确定半导体的迁移率、禁带宽度、杂质电离能等基本参数;
测量霍尔系数随温度的变化，可确定半导体的禁带宽度、杂质电离能及迁移率
的温度特性。传统的用于霍尔效应测量的半导体基体上制备欧姆电极的方法为
在单一掺杂浓度的材料划定欧姆电极的区域、在上述区域沉积或涂覆金属、高 温下退火，金属与半导体材料发生反应，在金属与半导体材料界面处形成合金 层，进而得到不含整流特性或整流特性可以忽略的欧姆电极，工艺流程如图1
所示。但是由于SiC材料化学性质稳定，禁带宽，杂质电离能高，造成其合金 层的形成相对于Si、 GaAs等困难很多，尤其是轻掺杂SiC基体，即掺杂浓度低 于1E17cnf3。而良好的用于霍尔效应测试的样品需要具有较低的比接触电阻和较 高的稳定性，以保证电流的传输，减少电极电阻对样品迁移率的影响。为了得到较低的比接触电阻和较高的稳定性的欧姆电极，国内外从淀积的
金属的选择、高温退火的条件等方面作了很多研究，取得了一定进展；还有申 请号为200810018341. 6的中国专利提供了一种SiC半导体器件的欧姆接触电极 的制作方法在SiC半导体和金属之间增加一层SiC:Ge过渡层或重掺杂GaN层 起到缓冲作用，便于欧姆接触电极的制作。但是该专利公开的方法不适用霍尔 样品电极的制备，主要原因该专利的重掺杂GaN外延层与轻惨杂SiC形成异 质结，晶体质量差，在温度循环过程中，数据稳定性较差；该专利采用熔融态 K0H，增加钾离子和钠离子沾污，影响后续测试结果。而且采用熔融态的K0H， 其腐蚀性强，对环境影响较大。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是寻求一种更适于霍尔效应测试、稳定性高的 用于霍尔效应测试的轻掺杂SiC基体上制备欧姆电极的方法，该方法是对传统
工艺的补充和改造。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案中包括在轻掺杂SiC基体上划
定欧姆电极的区域、在上述区域淀积或涂覆金属、高温退火，形成欧姆电极，
在淀积或涂覆金属的步骤前面，增加下列工序在欧姆电极的区域形成一导电
类型相同的重掺杂SiC层。
形成一导电类型相同的重掺杂SiC层的工艺为
① 在轻掺杂SiC基体的整个表面外延生长一导电类型相同的重掺杂SiC层，
② 在上述重掺杂SiC层上淀积保护性介质层，
③ 分别去除欧姆电极的区域外的介质层和重掺杂SiC层，
④ 对轻掺杂SiC基体，包括欧姆电极的区域，进行修复性的牺牲氧化，
⑤ 分别去除欧姆电极的区域上因牺牲氧化形成的氧化层和介质层。
所述的重掺杂SiC层是指掺杂浓度大于1E19cm—3。 所述的介质层为Si02或者SixNy，其中(Xx《3， 0去除重掺杂SiC层的方法为等离子体干法刻蚀。
所述的氧化层为SKD2。
高温退火的条件为退火温度800 110(TC，退火时间30 180秒。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于本发明在轻掺杂SiC基体上的
欧姆电极的区域形成一导电类型相同的重掺杂SiC外延层，易于欧姆电极的制 备，且比接触电阻较低；轻掺杂SiC基体与外延的重掺杂SiC层是同质结，不 存在晶体结构变化的问题，因此在温度循环过程中，电极稳定，获得霍尔效应 测试的数据稳定、可靠；欧姆电极制作完成后，在轻掺杂SiC基体上欧姆电极 的区域外形成了一Si02氧化层，对轻掺杂SiC基体起到了保护作用，因此用于 霍尔效应测量的样品可较长时间保存。
图1是传统的用于霍尔效应测量的半导体基体上制备欧姆电极的流程图2是本发明的工艺流程图3 图8是本发明结构示意其中，1、轻掺杂SiC层；2、重掺杂SiC层；3、介质层；5、氧化层；6、
合金层；7、 金属层。
具体实施例方式
本发明的方法适用于掺杂浓度小于lE17cm—3的SiC基体上制备电极。下面结 合附图对本发明做进一步详细描述 实施例一
本发明的工艺流程如图2所示，结构示意图如图3 图8所示。
1) 在轻掺杂SiC基体上预先划定欧姆电极的区域。
2) 在轻掺杂SiC基体1上外延生长一导电类型相同的重掺杂SiC层2，在 上述重掺杂SiC层2表面淀积一介质层3，如图3所示。
其中轻掺杂SiC基体的掺杂浓度为5E16cm'3;重掺杂SiC层2的掺杂浓度
6为L6E19cm.3。
外延生长重掺杂SiC层2的条件采用高温热壁式CVD碳化硅外延炉，在 1500 160(TC的高温下同质外延生长与轻掺杂SiC层1导电类型相同的重掺杂 SiC外延层。生长重掺杂SiC层晶体遵循轻掺杂SiC层原子台阶延伸方式。其特 点是高温下生长保证重掺杂SiC层2多型体种类与轻掺杂SiC层1的层间只有 电学界面，晶体质量完整，不存在晶体学界面，不存在测试过程中需要避免的 界面电容和电流聚集的问题。同时重掺杂SiC层2保持SiC晶体高化学惰性和 物理、电学优点，不会出现在高温、反复测试及长时间放置后欧姆接触变差， 甚至影响测试结果的问题。
重掺杂SiC层2与介质层3的厚度比大于3:1 。上述介质层为Si02或SixNy， 其中03) 分别去除欧姆电极的区域外的介质层3和重掺杂SiC层2，如图4所示。 在划定的欧姆电极的区域上涂敷光刻胶，然后去除电极区域外的介质层3，
裸露出重掺杂SiC层2。当介质层为Si02时，用氢氟酸或者氢氟酸缓冲溶液腐 蚀；当介质层为SixNy时，用7(TC 8(TC的磷酸腐蚀。
去除电极区域的光刻胶层，采用等离子体刻蚀设备刻蚀电极区域外的重掺 杂SiC层2，裸露出轻掺杂SiC层l。
4) 对轻掺杂SiC基体，包括轻掺杂SiC基体上的欧姆电极的区域进行修复 性的牺牲氧化；牺牲氧化后在轻掺杂SiC基体上，包括上述区域形成氧化层5， 如图5所示。
进行牺牲氧化的原因由于在刻蚀重掺杂SiC层2时，等离子体会在轻掺 杂SiC层1的暴露表面产生损伤层，这些缺陷除了使载流子表面散射加剧，同 时损伤轻掺杂SiC层1中的空位和游离的悬挂键，形成额外的导电层，严重影 响测试结果。
上述氧化层5的成分为Si02。
5) 去除欧姆电极的区域上的氧化层5和介质层3，如图6所示。在上述区域外的氧化层5上涂覆光刻胶，当介质层3为Si02时，用氢氟酸 或氢氟酸缓冲溶液腐蚀欧姆电极的区域上的氧化层5和介质层3;当介质层3为 SixNy时，先用氢氟酸或氢氟酸的缓冲溶液腐蚀氧化层5，然后用7(TC 8(TC的磷 酸腐蚀介质层3。
这样可保留以上区域外的氧化层5，氧化层5起到保护轻掺杂SiC层1的作用。
6)在欧姆电极的区域上蒸发金属合金Ni-Pt，并在800 110(TC范围内高温 退火30 180秒，形成合金层6，即为欧姆电极，如图7所示。
在合金层6上继续淀积Ti-Au合金，加厚欧姆电极，形成金属层7，如图8所示。
轻掺杂SiC基体上的欧姆电极制备完成后，在室温下进行霍尔测试，测得 载流子迁移率高达1040cm2/vS，而采用传统方法制备的欧姆电极为整流结，不 能满足测试要求。本实施例充分说明了本发明制备方法的优越性。
权利要求
1、一种用于霍尔效应测量的轻掺杂SiC基体上制作欧姆电极的方法，包括在轻掺杂SiC基体上划定欧姆电极的区域、在上述区域淀积或涂覆金属、高温退火，形成欧姆电极，其特征在于，在淀积或涂覆金属步骤前面，增加下列工序在欧姆电极的区域形成一导电类型相同的重掺杂SiC层。
2、 根据权利要求1所述的用于霍尔效应测量的轻掺杂SiC基体上制作欧姆电极的方法，其特征在于形成一导电类型相同的重掺杂SiC层的工艺为① 在轻掺杂SiC基体的整个表面外延生长一导电类型相同的重掺杂SiC层，② 在上述重掺杂SiC层上淀积保护性介质层，③ 分别去除欧姆电极的区域外的介质层和重掺杂SiC层，④ 对轻掺杂SiC基体，包括欧姆电极的区域，进行修复性的牺牲氧化，⑤ 分别去除欧姆电极的区域上因牺牲氧化形成的氧化层和介质层。
3、 根据权利要求1或2所述的用于霍尔效应测量的轻掺杂SiC基体上制作 欧姆电极的方法，其特征在于所述的重掺杂SiC层是指掺杂浓度大于1E19cm'3。
4、 根据权利要求2所述的用于霍尔效应测量的轻掺杂SiC基体上制作欧姆 电极的方法，其特征在于所述的介质层为Si02或者SixNy，其中0〈x《3， 05、 根据权利要求2或4所述的用于霍尔效应测量的轻掺杂SiC基体上制作 欧姆电极的方法，其特征在于所述的去除介质层的方法用氢氟酸或者氢氟酸 缓冲溶液腐蚀Si02，或者用7(TC 8(TC的磷酸腐蚀SixNy。
6、 根据权利要求2所述的用于霍尔效应测量的轻掺杂SiC基体上制作欧姆 电极的方法，其特征在于所述的去除重掺杂SiC层的方法为等离子体干法刻 蚀。
7、 根据权利要求2所述的用于霍尔效应测量的轻掺杂SiC基体上制作欧姆 电极的方法，其特征在于所述的氧化层为Si02。
8、根据权利要求1所述的用于霍尔效应测量的轻惨杂SiC基体上制作欧姆电极的方法，其特征在于所述的高温退火的条件为退火温度800 1100°C， 退火时间30~180秒。
全文摘要
本发明公开了一种用于霍尔效应测量的轻掺杂SiC基体上制作欧姆电极的方法，包括在轻掺杂SiC基体上划定欧姆电极的区域、在上述区域淀积或涂覆金属、高温退火，形成欧姆电极，在淀积或涂覆金属步骤前面，增加下列工序在欧姆电极的区域形成一导电类型相同的重掺杂SiC层。本发明在轻掺杂SiC基体上的欧姆电极的区域形成一导电类型相同的重掺杂SiC外延层，易于欧姆电极的制备，且比接触电阻较低；轻掺杂SiC基体与外延的重掺杂SiC层是同质结，不存在晶体结构变化的问题，因此在温度循环过程中，电极稳定，获得霍尔效应测试的数据稳定、可靠。
文档编号G01R31/26GK101552195SQ20091007430
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月8日 优先权日2009年5月8日
发明者潘宏菽, 昊 陈, 霍玉柱, 齐国虎 申请人:中国电子科技集团公司第十三研究所