[发明专利]用于碳化硅功率半导体器件上的背侧欧姆接触的碳受控欧姆接触层

说明书

本发明题为“用于碳化硅功率半导体器件上的背侧欧姆接触的碳受控欧姆接触层”。本发明公开了一种半导体功率器件，所述半导体功率器件可包括在其第一表面上形成有有源功率器件的碳化硅SiC层。可在所述SiC层的第二相对表面上形成欧姆接触层，所述欧姆接触层包括具有第一硅化物区域的硅化镍NiSix，所述第一硅化物区域包含第一未反应的碳的析出物并且设置在所述SiC层与第二硅化物区域之间。所述第二硅化物区域可设置在所述第一硅化物区域与第三硅化物区域之间，并且可包含第一难熔金属碳化物的析出物和第二未反应的碳的析出物的混合物。所述第三硅化物区域可包含第二难熔金属碳化物的析出物。可在所述欧姆接触层上形成焊料金属层，其中所述第三硅化物区域设置在所述第二硅化物区域与所述焊料金属层之间。

技术领域

本说明书涉及碳化硅大功率半导体器件。

背景技术

碳化硅(SiC)功率器件、特别是碳化硅大功率器件提供诸如高开关速度和低功率损耗的优点。高效SiC功率器件的示例包括(但不限于)整流器、场效应晶体管(FET)和双极性结型晶体管(BJT)。多种物理特性引起了碳化硅大功率器件的各种优点，诸如其雪崩击穿的高临界场。

因此，例如，800V与4500V之间的高电压可在例如大约4μm与35μm之间的极薄层内阻断。机械稳定性考虑因素在至少一些处理环境期间决定至少大约300至500μm之间的典型SiC衬底厚度，但从电器件功能的角度来看，此类厚度可高于所需厚度。即，例如，过厚的衬底的电阻和热阻倾向于影响SiC大功率器件的性能。

为了减轻此类影响，可以对SiC衬底的至少一部分执行减薄。正如刚才提及的，此类减薄的SiC衬底在例如用于形成有源器件结构的顶侧半导体工艺期间可能不是优选或可行的。具体地讲，薄于大约280μm的150mm或更大SiC衬底可能与晶圆制造环境中的前端SiC器件处理不兼容。相反，可在顶侧有源结构完成(或几乎完成)的阶段执行晶圆减薄。因此，减薄后的晶圆工艺可限于特定操作，诸如欧姆接触形成，后接焊料金属的沉积。为实现所需欧姆行为和低接触电阻而对背侧接触的退火可在此类场景中使用脉冲能量源(诸如具有数纳秒到数百纳秒的脉冲持续时间的脉冲激光)进行。然后接触退火可后接焊料金属堆叠的沉积。

SiC的具体特征是欧姆接触形成通常需要大约850C与1050C之间的温度。这对于形成硅化镍(NiSix)接触而言尤其如此，该硅化镍(NiSix)接触提供低电阻率和良好工艺稳定性。能够以与在硅上形成硅化镍类似的方式，通过SiC与金属镍的反应来在碳化硅上形成硅化镍。在碳化硅上，该反应伴随过量碳的释放，该碳的一部分被捕获在SiC与NiSix的分界面处，并且该碳的一部分扩散到硅化物中而在硅化物的本体中以及在硅化物的自由表面上形成碳团簇。俘获在SiC/NiSix分界面处的碳据报告具有多层石墨烯的结构，并且有利地形成具有对SiC的低势垒的分界面。因此，碳对SiC的该低势垒被认为会引起SiC上的NiSix接触的所需欧姆特性或与这些所需欧姆特性相关。

然而，过量碳产生及其在硅化物内的分布可导致许多问题和困难。例如，此类问题和困难可包括由熔炉或由快速热处理(RTP)退火形成的接触的金属粘附不良(以及所得的接触缺乏稳定性)。

发明内容

在以下公开内容中，公开了适用于利用减薄的SiC衬底来实现SiC功率器件的脉冲激光退火背侧接触层的可靠形成的技术。正如所述，适用性已例如通过对实际接触组成的研究以及对完全处理、切块且封装的SiC功率器件的可靠性测试来验证。

本公开描述了能够提供阻断电压与通态电阻的接近理论组合的器件。竖直非注入功率器件的通态比电阻R_spon的限值由漂移区域的电阻设定。对于非穿通型器件而言，该数值是R_spon＝4BV²/(ε*μ*Ec³)，其中BV是击穿电压，ε是半导体的绝对电容率，μ是载流子迁移率，并且Ec是雪崩击穿的临界场。