SiC歐姆接觸的熱穩(wěn)定性

  盡管Ni₂Si或Al/Ti在n型和p型SiC上形成的歐姆接觸具有低阻特性,但是高溫下暴露在空氣中易于氧化。而且,器件最上層的金屬層,即壓焊點(Al,Au),在高溫的非惰性氣體中不穩(wěn)定(氧化或擴散)。所有這些因素都將使接觸性能退化,比接觸電阻增大,并最終導(dǎo)致器件導(dǎo)通電阻增大。
 
  器件制造過程中的邊緣終端和封裝等技術(shù)所需的氧化、鈍化和電激活,使得接觸具有額外的熱積存。但是,對于器件和探測裝置,形成熱穩(wěn)定的歐姆接觸是關(guān)鍵,而且高溫下(不止在真空中,還要在破壞性氛圍中)對接觸的長期可靠性測試是重要的物理和工藝問題。
 
  已有報道指出,n型SiC上形成的具有低比接觸電阻的Ni₂Si接觸在650℃的真空中經(jīng)過較長時間(幾百小時)仍穩(wěn)定。最近,已經(jīng)證實即使在高達1000℃的N₂中退火一個小時,Ni₂Si接觸的比接觸電阻基本保持不變(如圖1所示),這說明制作在n型6H-SiC上的Ni₂Si比接觸電阻的變化相對于初始值?c0(3.9×10^-5cm²)可以看作是退火溫度的函數(shù)。

 
  Tanimoto等人已經(jīng)證實,無論是n型還是p型重摻雜SiC材料上的 MOSFET器件,形成的Ni₂Si接觸在500℃N₂中退火1000小時仍保持長期熱穩(wěn)定性。如圖2所示,這些接觸的比接觸電阻可以看作是退火時間的函數(shù)。n型材料上的接觸電阻在整個退火過程的初始階段有微弱下降,這一點現(xiàn)在還無法解釋。  
  在空氣中退火時,除了吸入氧氣外,其他引起接觸性能退化的因素可能是高溫下金屬層間的擴散和反應(yīng)。因此,為了更好的金屬化,如同擴散勢壘所需的金屬一樣,需要使用如Au,Pt等貴金屬作保護層。
 
  Baeri等人研究了在真空和氧氣中退火后,形成的基于Au/TiW/ Ni₂Si/6H-SiC多層金屬化的TiW擴散勢壘。當退火時間較短時(約3小時),高達575℃的O₂中退火形成的金屬化表現(xiàn)了電學(xué)穩(wěn)定性,但超過這個溫度后,接觸性能退化。真空環(huán)境下,600℃的熱循環(huán)中比接觸電阻基本保持不變。另外,在O₂中對接觸進行長達100小時的長期穩(wěn)定性測試表明,當溫度未超過450℃之前,比接觸電阻保持不變。
 
  利用XPS對多層材料進行化學(xué)分析可知,Ti擴散過程是晶界擴散和體擴散的綜合,體擴散溫度高于400℃時發(fā)生。315℃時在Au中沒有發(fā)現(xiàn)Ti,因此,Ti外擴散穿過Au晶界,到達樣品表面,在表面處可以測量到TiOx。當溫度超過400℃時,Ti擴散就變成了穿越Au層的體擴散。實際上,除了表面的氧化鈦,Au層中還發(fā)現(xiàn)了大量的Ti(500℃退火后可能高達30%)。
 
  其他的擴散勢壘(如TaSi₂或TaC)也被用于研究制作高溫(~600℃)、長期(幾百小時)穩(wěn)定的接觸。
 
  Okojie等人在n型6H和4H-SiC上,按Pt/TaSi₂/Ti/SiC順序堆疊淀積后,在600℃的N₂中退火,形成了熱穩(wěn)定的Ti基歐姆接觸。這樣熱處理后,在界面形成了Ti₅Si₃,并導(dǎo)致了TaSi₂的分解,最上層形成硅化鉑層。當摻雜濃度為(0.7~2)×10¹⁹cm^-3時,如圖3所示在N₂中退火30分鐘可以獲得比接觸電阻為(1~5)×10^-4?cm²,600℃的空氣中退火100小時可以將比接觸電阻降低到(1~6)×10^-5?cm²。最初的100小日時退火得到的比接觸電阻較高是因為預(yù)燒階段需要完成主要的反應(yīng)。這些接觸能在600℃的空氣中堅持1000小時,因為生成的硅化鉑能起到保護作用以抵制氧擴散。  
  Jang等人報道的具有W/WC/TaC/SiC堆疊層的TaC接觸比接觸電阻3×10^-5?cm²，且1000℃的直空中維持600小時并表現(xiàn)出非常好的熱穩(wěn)定性,如圖4所示,當1000℃時,比接觸電阻是退火時間的函數(shù)。1000℃退火600小時只能導(dǎo)致很小的變化,這主要是由于接觸內(nèi)氧的參與,但是退火時間超過800小時后,治金反應(yīng)(W₂C,TaOx, TaCxOy)以及接觸的氧化將導(dǎo)致接觸性能退化。


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