阅读说明：本技术 一种具有MoC合金的肖特基势垒二极管 (Schottky barrier diode with MoC alloy ) 是由 王颖 杨朝阳 曹菲 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种具有MoC合金的肖特基势垒二极管,包括N型4H-SiC衬底,所述N型4H-SiC衬底的正面由下到上依次设有SiO<Sub>2</Sub>钝化层、肖特基金属层,所述N型4H-SiC衬底的背面上设有欧姆接触层,所述肖特基金属层为MoC合金,其中C在MoC合金中的质量百分含量为20～40％；本发明使得肖特基势垒二极管的肖特基势垒得到改善,以及在高温退火条件下仍保持稳定,参数能力得到明显改善。(The invention discloses a Schottky barrier diode with MoC alloy, which comprises an N-type 4H-SiC substrate, wherein SiO is sequentially arranged on the front surface of the N-type 4H-SiC substrate from bottom to top 2 The back of the N-type 4H-SiC substrate is provided with an ohmic contact layer, the Schottky metal layer is MoC alloy, and the mass percentage of C in the MoC alloy is 20-40%; the invention improves the Schottky barrier of the Schottky barrier diode, keeps stable under the condition of high-temperature annealing, and obviously improves the parameter capability.)

一种具有MoC合金的肖特基势垒二极管

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种具有MoC合金的肖特基势垒二极管。

背景技术

碳化硅肖特基二极管因其制造工艺成熟及器件正向电流大，从而成为碳化硅基器件中最为普遍的器件。而碳化硅表面肖特基接触及电极选择是影响碳化硅肖特基二极管重要参数的关键，因此形成良好的肖特基和欧姆接触是很重要的。

肖特基接触通常要进行快速热退火(RTA)处理，在金属淀积后的退火处理可以消除金属/SiC接触界面的悬挂键和内应力。而在退火处理过程中，金属则与SiC材料发生化合反应。肖特基接触的界面特性对肖特基势垒二极管的电学性能有很大影响。

肖特基接触可以由如Ti，Ni，Pt，Mo等各种金属与碳化硅接触形成，近年有相关文献对金属钼用作碳化硅的肖特基接触金属进行研究。这些研究表明，Mo金属的肖特基接触存在势垒不均匀现象。势垒不均匀是因为金属和半导体没有形成良好的接触界面，如接触界面处原子的不规则排列、谷粒状边界、多种物相组成及缺陷等。而在进行退火处理时金属将与半导体在接触界面发生反应，界面处反应生成的产物则会对肖特基接触的电学特性有直接的影响。因此认为形成良好的肖特基接触界面需要保证避免金属与碳化硅界面过量反应。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过使用合金来改善肖特基势垒高度以及在高温退火下仍能保持稳定的肖特基势垒二极管，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：包括N型4H-SiC衬底，所述N型4H-SiC衬底的正面由下到上依次设有SiO₂钝化层、肖特基金属层，所述N型4H-SiC衬底的背面上设有欧姆接触层，所述肖特基金属层为MoC合金，其中C在MoC合金中的质量百分含量为20～40％。

优选地，所述肖特基金属层中的MoC合金膜厚度的范围为60-80nm。

优选地，所述肖特基金属层的表面上沉积有TiN层。

优选地，所述TiN层的厚度为50nm。

优选地，所述肖特基金属层的形成方法为，在真空条件下以射频溅射的方式进行，靶材为C的质量百分比为20～40％的MoC合金，合金沉积过程充氮气保护，形成肖特基金属层。

优选地，所述SiO₂钝化层的厚度为250nm。

本发明提供一种具有MoC合金的肖特基势垒二极管，

本发明公开了以下技术效果：使得肖特基势垒二极管的肖特基势垒得到改善，从低温的0.89eV小幅度增加到高温时的1.2eV左右。以及在高温退火条件下仍能保持稳定，参数能力得到明显改善。另外，这种MoC合金靶材易于制作，材料成本和制作成本均较低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明肖特基二极管结构示意图；

图2为本发明肖特基势垒高度与退火温度的关系曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-2，本发明提供一种具有MoC合金的肖特基势垒二极管，包括N型4H-SiC衬底2，所述N型4H-SiC衬底2的正面由下到上依次设有SiO₂钝化层3、肖特基金属层4，所述N型4H-SiC衬底2的背面上设有欧姆接触层1，所述肖特基金属层4为MoC合金，其中C在MoC合金中的质量百分含量为20～40％。

进一步地，所述肖特基金属层4中的MoC合金膜厚度的范围为60-80nm。

进一步地，所述肖特基金属层4的表面上沉积有TiN层5。

进一步地，所述TiN层5的厚度为50nm。

进一步地，所述肖特基金属层4的形成方法为，在真空条件下以射频溅射的方式进行，靶材为C的质量百分比为20～40％的MoC合金，合金沉积过程充氮气保护，形成肖特基金属层4。

进一步地，所述SiO₂钝化层3的厚度为250nm

MoC合金的肖特基势垒二极管的制作方法，包括如下步骤：

步骤1，选取4H-SiC衬底2进行标准RCA清洗。

1a)选取掺杂浓度为1×10¹⁸cm³的N型4H-SiC衬底2；

1b)用比例为1：1：5的盐酸、双氧水、去离子水的混合溶液清洗选取的N型4H-SiC衬底2，清洗时间为5分钟，去除衬底表面的金属氧化物、氢氧化物和活泼金属等杂质；

1c)将清洗后的衬底放在比例为1：10的氟化氢和去离子水的混合溶液中浸泡30秒，去除衬底表面的自然氧化物；

1d)用氮气吹干清洗过的衬底。

步骤2，氧化层生长。

2a)将清洗后的N型4H-SiC衬底2立刻放入加热炉中，在1150℃温度下，在氧气气氛中，在外延层上生长50nm的氧化层，紧接着在氮气气氛中在1100℃下退火1小时。

2b)紧接着用PECVD的方法生长SiO₂钝化层3，厚度为250nm，生长完钝化层后，在氧化炉中致密1小时。

生长Si02钝化层3的工艺条件如下：

生长温度为300℃，生长时间为300秒；

生长过程中的反应气体为SiH₄和C₃H₈，其中SiH₄和C₃H₈的比例为5：1；

保护气体为氢气；

反应腔体内的压强为500mT。

步骤3，在经过上述步骤1-2处理后的N型4H-SiC衬底的背面制备欧姆接触。

3a)用直流溅射的方法在清洗后的N型4H-SiC衬底2的背面溅射Ni金属，金属Ni的厚度为150nm；

3b)蒸发完金属后，将器件放在氮气氛围的退火炉中进行2min的快速退火，退火温度为1000℃，形成欧姆接触层1。

步骤4，光刻中间的钝化层形成肖特基窗口，实现对MoC合金与碳化硅之间肖特基接触势垒的有效调节，改善了Mo金属在肖特基接触中存在的势垒不均匀现象。

4a)在钝化层表面涂0.2um厚度的光刻胶并显影，之后在超纯水中冲洗2min，并在氮气氛围中冲干；

4b)将光刻胶作为阻挡层，用反应离子刻蚀的方法刻蚀掉中间的SiO₂钝化层，从而形成肖特基窗口；

反应离子刻蚀的工艺条件如下：

反应气体为CF₄和O₂；

反应腔体内的压强为5mT；

反应腔体的功率为50W；

4c)刻蚀后用剥离液对器件进行有机清洗，去除残留的光刻胶。

步骤5，制备肖特基接触和场板终端。

5a)在钝化层表面和肖特基窗口表面涂光刻胶并显影，在钝化层表面形成场板终端的图形区域，在肖特基窗口表面形成肖特基接触的图形区域；

5b)形成图形区域后，将器件放在超纯水中冲洗2min，并在氮气氛围中冲干；

5c)在形成的图形区域中使用射频溅射沉积MoC合金，通过设计C的质量百分比以形成更加稳定的Mo₂C化合物，其中MoC合金的厚度为60-80nm，在肖特基窗口形成肖特基金属层4。在合金层上直流溅射沉积一层TiN层5，TiN层5的厚度为50nm，以防止退火过程中电极层的氧化。

5d)形成场板终端和肖特基接触后，用剥离液对器件进行有机清洗去除残留的光刻胶，并用乙醇和丙酮洗净残留的剥离液。

步骤6，肖特基金属退火

在快速退火炉中进行退火，在氮气气氛下热退火温度为600-1000℃，退火时间为1-2min，使Mo、C充分反应，进一步改善肖特基界面的势垒不均匀性。

至此，完成具有MoC合金的肖特基势垒二极管的制作，结构如图1所示。

本发明通过MoC合金的沉积形成了肖特基势垒二极管，实现对MoC合金与碳化硅之间肖特基接触势垒的有效调节，改善了Mo金属在肖特基接触中存在的势垒不均匀现象。其在不同温度退火下的肖特基势垒高度变化如图2所示。势垒高度从低温的0.89eV小幅度增加到高温时的1.2eV左右，表明在1000℃以下仍能保持稳定。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。