在碳化硅（SiC）衬底上制造欧姆接触的方法

技术领域

本公开总地涉及在碳化硅衬底上制造欧姆接触的方法、制造半导体器件的方法以及由此获得的半导体器件。

背景技术

具有宽带隙属性的半导体器件，例如基于SiC的二极管或功率MOSFET，被视为例如在恶劣环境中或在电力电子领域中的应用中的下一代电子器件。通常，在SiC衬底和金属接触层的界面处生成欧姆接触需要高掺杂表面区和在金属化后退火步骤中相对高的温度（参见李等人，IEEE Electron Device Letters，第37卷，第9期，2016年9月，第1189-1192页）。然而，金属化后退火步骤通常会导致中间半导体层的形成，例如硅化物或碳化物层，以及由于再结晶过程以及后侧接触的分层，而在半导体层和金属接触层的界面处丢失欧姆接触行为。再结晶通常导致掺杂剂向衬底的单晶结构内层重组，并因此，金属层和表面的界面附近的掺杂剂浓度显著降低。因此，通常会实行附加的步骤，这增加在宽带隙半导体上产生欧姆接触的成本。可替代地，李等人提出在不需要任何金属化后退火步骤的情况下制造欧姆接触。

鉴于上述内容，存在以下需求：为基于SiC的半导体衬底上的欧姆接触提供可替代制造过程，该制造过程使得能够以高效且成本敏感的方式产生欧姆接触。此外，存在以下需要：提供具有可靠欧姆接触的基于SiC的半导体器件的制造方法，以及可由此获得的宽带隙半导体器件。

发明内容

一些实施例涉及在碳化硅（SiC）衬底上制造欧姆接触的方法，包括以下步骤：提供SiC衬底；将掺杂剂注入SiC衬底的表面区；退火注入表面区，从而生成3C-SiC层；以及在3C-SiC层上沉积金属层。衬底可以是单晶衬底，主要基于4H-SiC或6H-SiC结晶结构。具体而言，注入序列可包括具有至少两个不同注入能级的多个等离子体沉积步骤。在这方面，多个意味着可以应用具有不同注入能级的至少两个等离子体沉积步骤。通过使用至少两个不同的等离子体沉积步骤，可以将高浓度的掺杂剂注入基于SiC的衬底的表面区，从而改进欧姆接触行为。此外，当使用两个或更多单独的等离子体沉积步骤时，表面层中的掺杂浓度分布（profile）可以在垂直于晶片表面的方向上加宽。例如，对于更单独设计的浓度分布，可以使用三个或更多等离子体沉积步骤。

可以选择多个等离子体沉积步骤中的每个步骤中的注入能量和注入剂量，以在随后的退火步骤期间在包含注入的掺杂剂的SiC衬底的表面区中生成结晶或多晶3C-SiC层。因此，可以通过本文所述的方法获得所获得的SiC衬底的宽带隙属性。这些宽带隙衬底适用于在3C-SiC层上金属化接触金属后产生具有可靠欧姆接触行为的半导体器件。在本说明书中，术语“上”确切地意指层或元件可以直接在另一层或元件上或直接延伸到另一层或元件上，或者也可以存在居间层或元件。相反，当元件被称为“直接在另一元件上”或“直接延伸到另一元件上”时，不存在居间元件。

即使该方法可用于将后侧和前侧半导体表面与金属层接触，但通常其用于提供n掺杂后侧接触。术语“前侧”和“后侧”参考附图部分所示示例中的取向来使用。由于实施例的组件可以定位在许多不同的取向上，因此方向术语仅用于说明目的，并且决不应被视为是限制性的。

另一实施例涉及在碳化硅（SiC）衬底上制造欧姆接触的方法，包括以下步骤：

- 提供4H-SiC或6H-SiC衬底，

- 在SiC衬底的表面区中生成非晶层，

- 对SiC衬底进行第一热退火，以将非晶层再结晶为结晶或多晶3C-SiC层，

- 将掺杂剂注入结晶或多晶3C-SiC层，

- 对至少3C-SiC层进行第二高温退火，以及

- 在3C-SiC层上沉积金属层。

在如本文前述的方法的可替代实施例中，可在碳化硅（SiC）衬底上制造欧姆接触，包括以下步骤：

- 提供4H-SiC或6H-SiC衬底，

- 通过使用激光热退火处理在SiC衬底的表面区中生成结晶或多晶3C-SiC层，

- 将掺杂剂注入结晶或多晶3C-SiC，

- 对3C-SiC层进行第二高温退火，以及

- 在3C-SiC层上沉积金属层。

在所有这些实施例中，要被提供欧姆接触的衬底可以是任何单晶衬底，但大多基于4H-SiC或6H-SiC结晶结构。在一些实施例中，可通过以下操作在靠近SiC衬底表面的区中改变衬底的结晶度：在表面区中生成非晶层，然后在升高的温度下进行退火步骤以将非晶层再结晶为3C-SiC层。通过本文所述实施例可获得或获得的3C-SiC层是具有立方结构的结晶或多晶层，这是与4H-SiC或6H-SiC带隙相比提供减小的带隙的原因，从而在被金属接触层接触时产生较低的接触电阻。

在另外的步骤中，可以通过合适的注入方法将掺杂剂注入结晶或多晶层。示例性注入方法为束线注入物或等离子体沉积注入物。所获得的注入物用作接触注入物，并且可以基本上提供在3C-SiC层中，而不显著延伸到随后提供的单晶衬底中。可选择束线注入物期间的注入剂量和注入温度，以便在接下来的第二高温退火处理期间防止结晶材料的非晶化以及3C-SiC层内注入元素的显著移动。束线注入步骤的合适温度范围介于约150°C与1000°C之间。

在第二高温退火步骤期间，即以升高温度退火步骤期间，注入的掺杂元素被激活。该第二退火步骤的温度可在约1600°C至1800°C之间选择。

最后，提供金属层作为接触材料，从而在半导体衬底的宽带隙3C-SiC材料处生成欧姆接触。本文描述的方法产生可靠的欧姆接触，其中与单晶衬底材料相比，3C-SiC层的较小带隙可以被适当使用。此外，掺杂元素放置在3C-SiC层和金属化层的界面附近，从而可以在该表面区中维持高浓度的掺杂剂。分离生成3C-SiC层和生成掺杂区的步骤可以允许防止掺杂元素在表面区内的不希望的实质性移动或重组。因此，使用该方法可以在3C-SiC层和金属层之间的界面附近实现具有高浓度掺杂元素的可靠接触。该方法可用于在单晶SiC衬底的后侧和/或前侧提供欧姆接触，同时该方法特别用于半导体器件前侧的p掺杂接触。

本文描述的另一实施例涉及一种制造半导体器件的方法，该半导体器件具有至少三层的结构，包括4H-SiC层、3C-SiC层和金属层。在该方法中可以使用如任何前述任何实施例中所定义的在碳化硅（SiC）衬底上制造欧姆接触的步骤，从而以成本和有效的方式获得可靠的宽带隙半导体器件。

另外的实施例涉及具有至少三层的结构的半导体器件，即4H-SiC层、3C-SiC层和金属层，其中3C-SiC层中掺杂剂的浓度最大值离金属层和3C-SiC层的界面小于30 nm或甚至更好地是小于20 nm或甚至更好地是小于10 nm。由于金属接触层界面附近掺杂剂的高浓度，那些半导体器件具有良好的欧姆接触。

当然，本公开不限于上述特征和优点。实际上，本领域技术人员在阅读以下详细描述和查看附图时将认识到附加的特征和优点。

附图说明

附图的元素不一定是按相对于彼此的比例。相似的附图标记标示对应的相似部分。可以组合各种图示示例的特征，除非它们相互排除。示例在附图中描绘，并在下面的描述中详细说明。

图1示出了在SiC衬底上制造欧姆接触的方法的示例性实施例，该方法包括等离子体沉积和退火步骤。

图2示出了在SiC衬底上制造欧姆接触的方法的另一示例性实施例，该方法包括两个退火步骤。

图3示出了在SiC衬底上制造欧姆接触的方法的另一示例性实施例，除其他步骤外，该方法还包括具有倾斜角度的束线注入步骤。

图4示出了在SiC衬底上制造欧姆接触的方法的另一示例性实施例，该方法包括激光热退火处理。

具体实施方式

在下文中，更详细地描述了在基于SiC的半导体衬底上的欧姆接触的制造过程，其使得能够以高效且成本敏感的方式产生欧姆接触。基于SiC的半导体衬底通常是要处理的碳化硅工件。例如，基于SiC的半导体衬底可以是基于SiC的晶片。可替代地，基于SiC的半导体衬底可以包括基晶片（也称为“生长衬底”或“生长晶片”），例如通过使用外延处理将半导体层沉积在所述基晶片上。至少一个外延层可以邻接半导体衬底的前侧。在可选处理步骤中，可在基于SiC的半导体衬底上提供金属接触层。在这种情况下，基于SiC的半导体衬底可以是经处理的晶片。具有基于SiC的半导体衬底的示例性经处理的晶片可以包括功率MOSFET或二极管。那些基于SiC的电子组件通常在半导体衬底的后侧具有n掺杂SiC衬底层，以与金属接触层接触。在半导体衬底的前侧，可能需要在半导体衬底和金属接触层之间的界面处的p掺杂半导体层以用于可靠的欧姆接触。虽然重点放在功率MOSFET或二极管组件部分处的欧姆接触的制造方法上，但本文所述的实施例和示例并不意图限于这些特定的电子组件。替代地，这些方法可用于制造基于SiC衬底的任何其他电子组件（例如SiC衬底包括的外延层）的欧姆接触。此外，术语“衬底”可包括经处理的晶片，所述经处理的晶片包括若干外延层，在所述若干外延层中可以在生成后侧接触之前已至少部分去除生长衬底。此外，半导体衬底前侧和/或后侧与金属层之间的界面可以掺杂其他掺杂剂。例如，也可以取决于所产生的电子器件来选择前侧的n掺杂层或后侧的p掺杂层。对于每种掺杂类型“n”或“p”，可以使用不同的掺杂浓度。例如，通常将这些浓度标识为n-或p+。在本说明书中，本文所指示的任何掺杂类型可以具有与另一实施例或示例中的相同类型相同或不同的绝对浓度。

这些电子器件的半导体衬底和外延层（如适用）通常为单晶。单晶半导体材料的示例性实施例主要基于4H-SiC或6H-SiC衬底。因此，第一步骤通常是提供单晶4H-SiC或6H-SiC衬底。如上所述，衬底可包括衬底内的器件结构。在通过沉积金属层来制造接接触的步骤之前，可以在基衬底内产生另外的器件结构。此外，如果需要，可以在制造接触之前应用半导体衬底的打薄步骤。

在一个实施例中，在SiC衬底上制造欧姆接触的方法还包括将掺杂剂注入SiC衬底的表面区的步骤。掺杂剂的注入意味着用掺杂元素掺杂SiC单晶结构以在半导体衬底表面附近生成注入区，例如，n掺杂或p掺杂区。注入区的厚度取决于若干因素，例如，所用的注入方法、注入温度、注入能量和每个注入步骤的另外参数。在本文描述的方法中，等离子体沉积用于在半导体衬底表面附近生成具有高浓度掺杂元素的特定注入分布。该表面意图在已制备欧姆接触后，在SiC衬底或（在制造前侧接触的一些实施例中在衬底中提供的）外延层与金属接触层之间创建界面。

由于掺杂剂的浓度分布可以具有更靠近表面的浓度最大值，这意味着在较低的注入深度处掺杂剂浓度较高，并且由于3C-SiC生成所引起的更好的接触，所以能够以相对低的成本制备改进的浓度分布，因为所需的注入剂量较低。取决于选择的注入剂量，注入序列可包括具有至少两个不同注入能级的多个等离子体沉积步骤。在这方面，多个意味着可以应用具有不同注入能级的至少两个等离子体沉积步骤。能级确切地意指注入能量或注入剂量在至少两个等离子体沉积步骤中不同。术语“至少两个”包括两个、三个、四个或甚至更多等离子体沉积步骤，以改进浓度分布。然而，通过使用两个或更多单独的等离子体沉积步骤，可以将足够高浓度的掺杂剂注入基于SiC的衬底的表面区，从而改进欧姆接触行为。更具体地说，使用两个或更多等离子体沉积步骤会导致半导体衬底表面区中掺杂剂的更宽整体浓度分布，这将有助于减少SiC表面上不期望的天然氧化物层的影响，该氧化物层影响SiC衬底或外延层内产生的掺杂分布并由此影响产生的接触电阻的再现性和均匀性。选择应用的总注入能级——其意指两个或更多步骤的能级之和——以便在退火步骤期间在4H-SiC或6H-SiC衬底的表面区中生成3C-SiC层。

在一个实施例中，在实行多个等离子体沉积步骤后，注入表面区包括至少部分非晶SiC。等离子体沉积已用于在SiC衬底的表面区中生成接触注入。在一些实施例中，通过注入步骤或序列非晶化的那些SiC表面层区至少部分再结晶，从而在随后的退火步骤期间创建结晶或多晶3C-SiC多型体（polytype）。退火，例如通过使用升高温度的热激光退火或熔炉处理进行的退火，可导致去除离子损伤和相应区的非晶化，从而引发所期望的3C-SiC结构和注入的掺杂剂的部分或全部激活。特别是由于与4H-SiC或6H-SiC带隙结构相比的减小带隙，由此获得的具有高浓度掺杂剂的结晶或多晶层允许可靠的欧姆接触行为，从而在由此获得的欧姆接触中产生较低的接触电阻。

掺杂剂可以在具有若干不同能级的单独的等离子体沉积步骤中被注入。因此，可以实现掺杂剂的连续且宽的垂直浓度分布。术语“垂直”被理解为意指通常垂直于表面或侧面并因此垂直于半导体材料或衬底的横向方向而行进的方向。因此，垂直方向沿半导体材料或衬底的厚度方向行进。

以多种能量和剂量注入掺杂剂可以进一步最小化由于掺杂轮廓在垂直晶片方向上的变宽而导致的“天然氧化物”对半导体中产生的有效掺杂剂剂量的潜在负面影响，特别是在靠近半导体表面区的区中。为了直接在天然氧化物和SiC半导体材料之间的界面处或靠近该界面处生成最大掺杂剂浓度，等离子体沉积的示例性能级从约0.5至约10keV、特别是从约2keV至10keV中选择。示例性注入剂量从约1x10

在上述标识的能级下的等离子体沉积允许以低成本注入高剂量的掺杂剂。尽管目标掺杂分布可能需要多个注入步骤和高注入剂量，但与传统使用的束线注入技术相比，注入的总成本可以显著降低。常用的束线注入技术导致掺杂剂的类

在如前所述的注入步骤或序列之后，可以对注入表面区实行退火。在退火期间，注入的掺杂剂至少部分被激活。退火可在通常高于1400°C的升高温度下实行，所述升高温度通常在约1600至1800°C之间。

在掺杂剂激活期间，在注入序列期间生成的表面区中的非晶衬底层经历至少部分再结晶成结晶或多晶3C-SiC层。在表面区生成3C-SiC层促进将具有低接触电阻的金属层沉积到3C-SiC层上，从而产生具有可靠欧姆接触行为的宽带隙半导体器件。该应用中的可靠欧姆接触行为意味着，与4H-SiC或6H-SiC层相比，立方3C-SiC层的减小带隙通常会导致较低的接触电阻。在这方面，术语“到……上”再次意味着金属层可以直接沉积到半导体衬底的表面区上，或者可选地沉积在诸如天然氧化物层的至少一个中间层上。

根据一些示例，退火处理可以通过激光退火处理来实行。这特别是用于处理衬底的后侧。可替代地，退火处理可以通过熔炉处理实行。熔炉处理通常应用于处理衬底的前侧。

在本文所述方法的一些示例中，可以在注入步骤中注入至少两种不同的掺杂剂类型。这些掺杂剂类型中的至少一种包括掺杂元素。掺杂元素的示例性实施例可以从由N、P、Al、Ga、B、Ge、Se和S组成的组中选择。通常，如果应产生n掺杂层，则适当使用N、P、Se和S，而Al、Ga和B适用于p掺杂层。

在另外的示例中，至少一种掺杂剂类型包括如前所述的掺杂元素，并且至少另一种掺杂剂类型包括通常不被视为掺杂元素的一个或多个非掺杂元素。在一些示例中，这种典型的非掺杂元素可以提供至少一些掺杂特性，并因此在本申请中将被视为掺杂元素。在其他示例中，此类非掺杂元素可能不提供此类特性，并因此，根据本申请，被视为非掺杂元素。通常，具有非掺杂特性的那些掺杂剂可以从既不具有受主属性也不具有施主属性的元素中选择。这些掺杂剂的示例性实施例为Ar或Kr或Xe或Si或C。在一些示例中，至少一种非掺杂元素为锗（Ge）。

使用锗作为共掺杂元素允许调节带隙结构。由此，可以利用一种单一方法促进与p型和n型SiC的欧姆接触。例如，纯锗注入物或共注入物与上文标识的掺杂剂种类一起可有助于改进与SiC的接触电阻。在没有任何其他掺杂剂的情况下，能够产生与单个金属的接触欧姆。原因可能是锗注入物不是一种显著改变电子特性的元素，而是一种接触改进元素，因为它可能会对SiC晶格具有若干影响。例如，锗可以经历向SiC晶格的大量并入而抢占硅的位置。作为与硅或碳相比更大的原子，锗可以引发SiC结晶中的变形，并以有利的方式调制（例如减小）带隙。此外，锗-碳键不如硅-碳键强。因此，锗-碳键可能在与基底和金属的界面处的金属反应期间断裂，并可能与金属（诸如钛）形成相应的键。然后，锗金属键可以提供具有非常低肖特基（Schottky）高度的直接接触，这可以有利于欧姆接触的形成。这可以与本文所述方法中使用的其他掺杂剂的类型无关，并且可以是该效应可用于p型和n型SiC衬底层的原因。

例如，锗注入物的示例性剂量可在约10

在至少一个示例中，在SiC衬底上制造欧姆接触的方法包括对SiC衬底表面区中的浓度分布进行特定适配。通常，通过等离子体沉积应用的浓度分布在靠近SiC衬底与金属层的界面处具有浓度最大值，同时浓度随着垂直扩展到衬底层而持续降低。然而，在一些示例中，浓度分布的最大值可以加宽，从而构建垂直深度为几纳米的平台（plateau），特别是5nm或更大，并且更特别地为10-15nm。可以通过在多个等离子体沉积步骤中使用不同的条件来适当地选择浓度分布。调整的适当条件可以是电离速率、等离子体的注入能量、单独等离子体沉积的注入剂量等。附加地或可替代地，要沉积的物质的化学成分可适当地适配。例如，可以通过使用纯元素、元素的氢化物或要沉积元素的卤化物来生成等离子体。例如，在P或B的情况下，可以从PH

在另一实施例中，在碳化硅（SiC）衬底（包括在其上沉积至少一个外延层的衬底）上制造欧姆接触的方法包括以下步骤：提供4H-SiC或6H-SiC衬底，其可以与前面描述的实施例中相同；在SiC衬底的表面区中生成非晶层；对SiC衬底进行第一热退火以将非晶层再结晶为结晶或多晶3C-SiC层；将掺杂剂注入结晶或多晶3C-SiC层；对3C-SiC层进行第二高热退火；以及以与第一实施例中所述相同或类似的处理在3C-SiC层上沉积金属层。本实施例可用于提供前侧或背面衬底层，用于直接或间接在其上沉积金属层，从而生成半导体器件的欧姆接触。在下文中，本文更详细地描述了用于基于SiC的二极管或功率MOSFET器件的前侧接触的p掺杂衬底结构的示例。然而，在不脱离本文所公开的一般技术原理的范围的情况下，相同的方法也可以应用于n掺杂衬底结构。

衬底主要是结晶4H-SiC或6H-SiC衬底，并且沉积在该衬底上的外延层可包括其中的多个器件结构。在本实施例的第一步骤中，在SiC衬底的前侧表面区中生成至少部分非晶层。在这方面，至少部分确切地意指具有一定厚度的某些部分或总表面层被非晶化。在SiC衬底的表面层的限定厚度内生成至少一些非晶区，这些非晶区可通过热退火至少部分再结晶为3C-SiC层。热退火适当地是对SiC衬底表面层内的至少非晶化区的热处理。第一热退火步骤的示范温度高于900°C，更特别地在约950或1500°C之间或1000与1400°C之间。由此生成的3C-SiC层主要包括结晶或多晶3C-SiC多型体，其使得能够制造在金属化部和半导体表面之间具有低接触电阻的宽带隙半导体器件。

根据本实施例，已对SiC衬底的表面区进行了改性，使得表面区（通常包括外延层）现在包括3C-SiC材料，在所述3C-SiC材料中，可在后续步骤中将适当的掺杂剂注入晶片前侧。然而，注入步骤不受限制，并且可以应用任何常见的注入技术或上述注入方法。取决于半导体器件的意图应用，可以使用束线注入或等离子体沉积的任何组合。本文所述方法的一般原理是分离在SiC衬底上生成3C-SiC层和掺杂剂注入。这避免了在用于在SiC衬底内生成3C-SiC层的热处理期间通常实现的对注入的掺杂剂的重新定向。通常，在4H-SiC或6H-SiC衬底表面区中注入高剂量掺杂剂的过程中，在随后的热激活步骤期间，向3C-SiC多型体的再结晶过程通常会导致掺杂剂的最大浓度向4H-SiC或6H-SiC表面与3C-SiC表面之间的界面移动。因此，金属接触层表面处的掺杂浓度通常不够高，或者后续的打薄步骤是必要的。由此，如本文所述的方法基本上防止了激活步骤中掺杂剂的移动，因为没有发生SiC衬底表面区的再结晶。由此，已主要包括3C-SiC多型体材料的衬底表面层内的注入浓度分布基本上不受之后的附加步骤的影响，诸如进一步的注入步骤或用于激活注入的掺杂元素的退火步骤。因此，可通过本实施例的方法制造具有3C-SiC表面层并且在表面区附近具有高掺杂浓度的半导体衬底，用于制造在晶片前侧具有可靠欧姆接触并且在金属化部和半导体表面之间具有低接触电阻的半导体器件。

在一些实施例中，本文所述方法包括用于激活注入的掺杂剂的第二高温退火。该步骤的适当退火温度通常为约1400°C或更高，更特别地介于约1600°C与1800°C之间。

一些实施例的最后步骤是在之前提供并注入本文所述掺杂剂的3C-SiC层上沉积金属层。可以应用如本文所公开的第一实施例中所述的相同或类似的金属化步骤。在表面附近具有高掺杂浓度的表面区处生成3C-SiC层促进将金属层沉积到3C-SiC层上，从而产生在金属化部和半导体表面之间具有低接触电阻的宽带隙半导体器件。例如，在这方面，术语“到……上”再次意味着金属层可以直接沉积到半导体衬底的表面区上，或者可选地沉积在诸如天然氧化物层的至少一个中间层上。

在前述方法的示例中，通过激光热退火处理来实行创建结晶或多晶3C-SiC层的步骤。因此，激光热退火用于为4H-SiC或6H-SiC衬底提供包括3C-SiC层的表面区。使用高能激光束的热处理通常会导致外延重排，从而生成主要包括3C-SiC多型体的结晶或多晶表面层。通常，激光热退火处理产生具有单晶4H-SiC或6H-SiC层、结晶或多晶3C-SiC层、硅层和顶部碳层的衬底结构。热退火处理中使用的高能（例如3 J/cm

在一些示例中，注入步骤包括将非掺杂元素等离子体沉积到结晶或多晶3C-SiC层的表面区中，其中至少一种非掺杂元素为锗。由此，锗的掺杂或共掺杂允许调节带隙结构。由此，可以利用上述一种单一方法促进与p型以及n型SiC的欧姆接触。

在本实施例所述方法的其他示例中，通过使用非晶化剂量将掺杂剂注入SiC衬底的表面区中来形成非晶层。Al、Ga（例如，对于p掺杂衬底）或其他掺杂元素或非掺杂元素（例如Ar、Xe、Si）的第一注入可用于在SiC衬底的表面区内至少部分形成非晶区。在随后的第一退火步骤期间，SiC衬底的非晶化表面区可再结晶为3C-SiC表面层，主要包括结晶或多晶3C-SiC多型体。通常，退火步骤导致SiC晶格的再结晶和注入的掺杂剂的重组。通常，掺杂元素的浓度最大值移动靠近4H-SiC或6H-SiC层和3C-SiC层的界面。因此，在第一退火步骤期间，应在后续步骤中与金属接触层接触的衬底表面处的掺杂剂浓度降低。因此，由此生成的金属接触层的欧姆行为可能不足以用于宽带隙半导体器件。因此，本实施例的方法包括针对掺杂元素的后续注入步骤，用于在3C-SiC层和要提供到衬底上的金属接触层之间的界面附近提供高浓度掺杂剂。那些掺杂元素也称为提供在3C-SiC层内的接触注入物。任何注入方法都可以用于在表面区内生成适合在该界面附近提供高浓度的注入物。示范注入技术为束线注入、等离子体沉积、热注入物（即如本文所述在升高温度下实行的注入物）等。通常，需要后续退火步骤来激活这些注入的掺杂剂。

在本实施例所述方法的一些示例中，最后的注入步骤包括以下操作中的至少一个：在升高温度下将掺杂元素束线注入或等离子体沉积到结晶或多晶3C-SiC层的表面区中。例如，选择注入剂量和注入温度，使得在应用于激活注入的掺杂剂的高温下的第二退火步骤中，掺杂元素的非晶化或重排大部分被阻止。

束线注入步骤的适当温度可在约150与1000°C之间并且更特别地在约300与700°C之间选择。

在一些示例中，接触注入物的生成通过具有至少两个不同注入能级的多个（即两个或更多）等离子体沉积步骤来实行，如之前第一实施例中所述。至少两个不同注入能级意味着可以在若干等离子体沉积步骤中使用两个、三个、四个或甚至更多的注入能量，以便将更高浓度的掺杂剂注入到所提供的3C-SiC层中。然而，在本示例中，与在一个步骤内实行注入的示例相比，每个等离子体沉积步骤可以具有较低的能级。例如，可以利用在后续步骤之一中要提供的3C-SiC层和金属接触层之间的界面附近的平台状浓度分布来同时调整浓度分布。

在一些示例中，在实行第二高温退火步骤之前，可以在3C-SiC层或中间层上提供钝化层或外部能量过滤器，以保护3-SiC层免受应用到表面的高温或高能的影响。示范钝化或能量过滤层是硅层和碳层，通常在衬底表面处的单晶4H-SiC或6H-SiC衬底的激光热退火期间按此顺序生成所述硅层和碳层，从而生成3C-SiC层。在激光热退火之后，通常存在整体层结构，包括按此顺序提供在经处理的单晶衬底上的单晶层、结晶或多晶3C-SiC层、硅层和碳层。硅和碳层在向3C-SiC层中的注入步骤期间作为能量过滤器是有用的。在注入步骤之后和适当地在高温退火步骤之前，可以去除或磨损硅和碳层，并且可以在表面附近具有高浓度注入掺杂剂的3C-SiC层上提供接触层。因此，可以在SiC衬底上制造具有低接触电阻的可靠金属接触层。

可替代地，如果在随后的注入步骤期间不需要能量过滤层，例如如果在足够低的能级下实行一个或多个等离子体沉积步骤，则可以在激光热退火步骤之后去除硅和或碳层。为了使得能够在注入步骤期间、尤其是在使用束线注入或热注入步骤时应用更高能级的使用，该方法可以包括在SiC衬底上应用能量过滤层的步骤。应用能量过滤层可包括以下步骤：在层堆叠上应用新能量过滤层、使用外部能量过滤器或加厚已经提供的层之一（例如硅层）。也可以组合这些可替代方案中的两个或更多方案。例如，可以去除激光热退火期间生成的碳层，并然后通过适当的硅结晶生长技术使硅层加厚。

本文所述方法的一些示例可以可选地包括以下步骤：将阻挡层提供到衬底上，通常针对前侧接触提供到作为衬底的外延层上，或者在生成接触注入物的步骤之前或之后提供到中间层上。那些阻挡层可防止掺杂剂在升高温度的退火步骤期间从包括外延层（如适用）的衬底层扩散。取决于温度和使用的掺杂剂，在传统处理中，一些部分掺杂剂扩散出衬底层。因此，在3C-SiC层上提供阻挡层可以显著减少掺杂剂的外扩散过程。阻挡层的示例是在高温下具有良好稳定性的材料，例如由石墨烯制成的层。尤其是石墨烯层阻挡铝原子的大部分扩散。在一些示例中，在外延沉积漂移区层后通过更高温度下的特定退火步骤提供石墨烯层。那些石墨烯阻挡层可存在于各器件层中，同时通过例如生成欧姆接触来进一步处理衬底。阻挡材料的可替代示例为Al

在本文所述的一些实施例中，用作接触层的金属层包括超过98%的金属含量或金属化合物含量，并且金属或金属化合物选自由以下各项组成的组：Al、Ti、Ta、W、Mo、Ni、NiAl、TiN、TaN、MoN、WN和NiSi。金属化合物通常为金属氮化物或金属硅化物，但也可包含其他非金属成分。在NiSi的情况下，Si含量小于15%，特别地是约10%到12%，并且更特别地是约11%。

根据另一实施例，公开了一种制造半导体器件的方法。该半导体器件具有至少三层的结构，包括4H-SiC层、3C-SiC层和金属层。本实施例的方法包括在碳化硅（SiC）衬底上制造欧姆接触的步骤，如本文所述的任何实施例和示例中所限定的。在通过该方法获得的半导体器件中，与单晶多型体4H-SiC或6H-SiC相比使用3C-SiC材料的更高价带水平允许制造具有低接触电阻的半导体器件，因为衬底和金属接触层的界面处存在3C-SiC层。在界面处直接生成3C-SiC层是可再现的，而无需后续步骤，例如将掺杂最大值移到靠近半导体/金属界面的衬底或外延层的打薄步骤等等。此外，独立于后续的注入步骤或激活步骤生成和维护3C-SiC层。因此，以低成本在衬底和金属层之间的界面处创建具有小带隙并且可再现和低接触电阻的可靠欧姆接触。

本文实施例中描述的方法适用于提供半导体器件。根据实施例，该半导体器件具有至少三层的结构，包括4H-SiC层、3C-SiC层和金属层，其中3C-SiC层中掺杂剂的浓度最大值离金属层和3C-SiC层的界面小于30 nm或甚至更好地是小于20 nm或甚至更好地是小于10 nm。由于金属接触层界面附近掺杂剂的高浓度，因此这些半导体器件适合用作具有良好欧姆接触的宽带隙半导体器件。在一些示例中，金属层包括超过98%的金属含量或金属化合物含量，并且金属或金属化合物选自由以下各项组成的组：Al、Ti、Ta、W、Mo、Ni、NiAl、TiN、TaN、MoN、WN和NiSi。具有器件结构的示范半导体器件是功率MOSFET或二极管。在这种半导体器件中，3C-SiC层通常是n型或p型外延或多晶层。n掺杂源区和p掺杂体或发射区通常在前侧制备，并且高n掺杂接触层通常在后侧制备，这取决于所产生的半导体器件。

将通过参考示出所述方法及由此获得的半导体器件的具体示例的附图来进一步描述上述实施例。现在参考图1，示出了在要处理的晶片衬底后侧的SiC衬底或前侧的SiC外延层上制造欧姆接触的方法的示例性实施例，包括第一实施例中所述的等离子体沉积和退火步骤。图1示出了例如主要由4H-SiC或6H-SiC材料制成的单晶SiC衬底层1的横截面。在另外步骤中，实行掺杂剂10（例如P或N）的等离子体沉积以在表面区2内创建掺杂层。为了调整该掺杂层内的浓度分布，实行两个或更多等离子体沉积步骤，而以不同的注入能级实行这多个步骤中的每个步骤，这意味着至少不同的注入能量或注入剂量。

在通过升高用于激活掺杂剂的衬底的温度来退火衬底或外延层的至少表面区2（由光照（lighting）30所示）之后，掺杂表面材料在注入结晶或多晶3C-SiC层2后经历从至少部分非晶区再结晶。随后，将金属层沉积到由此获得的衬底上，在衬底表面和金属接触层3之间的界面处具有3C-SiC层。由于与单晶衬底层1相比，3C-SiC多型体层2的带隙更小，所获得的欧姆接触适用于具有宽带隙属性的半导体器件100，这由等离子体沉积过程实现的高掺杂水平引发的带隙变窄进一步促进。

现在参考图2，示出了在SiC衬底上制造欧姆接触的方法的另一示例性实施例。该示例特别适用于在衬底上实现前侧接触，尤其是在晶片衬底表面处包括的外延层上。在该方法中，应用了两个退火步骤（用光照30示出）。在第一步骤中，提供通常由4H-SiC或6H-SiC制成的单晶SiC衬底1。衬底1的表面至少部分非晶化（例如通过掺杂剂或非掺杂元素的束线注入），从而在衬底1的表面区内形成非晶层22。随后或可替代地同时，通过使用在例如950或1500°C之间或1000和1400°C之间的温度下的热退火对非晶层22进行热处理，从而通过再结晶过程在衬底1的表面区内生成3C-SiC层2。

在另外步骤中，将掺杂剂注入3C-SiC层2的表面区中以提供接触注入物，由此必须在很大程度上避免注入层的非晶化，更特别地是应完全避免非晶化。该步骤可在例如150°C至1000°C之间或约300°C至700°C之间的温度下实行。在金属接触层3沉积到3C-SiC层2之前，实行更高温度（例如1600°C至1800°C）下的第二热退火步骤，用于激活3C-SiC层2表面区中的接触注入物，以在衬底1上提供欧姆接触。由此获得的半导体器件100包括4H-SiC或6H-SiC衬底层1、3C-SiC层2和金属接触层3。

参考图3，在SiC衬底上制造欧姆接触的方法的另一示例性实施例包含具有倾斜角度的附加波束线注入步骤（由箭头20指示）。第一步骤与图1中描述的方法相同或类似。在至少在3C-SiC层2的表面区进行升高温度下的第一退火步骤以激活掺杂剂之后，实行具有倾斜角度的另外束线注入步骤（参见箭头20），以加深衬底1内3C-SiC层2表面区的浓度分布。倾斜角度可以在束线注入步骤期间取决于要产生的半导体器件100的应用而变化。在最后步骤中，将金属接触层3沉积到3C-SiC层2上以产生欧姆接触。

参考图4，示出了在SiC衬底上制造欧姆接触的方法的另一示例性实施例，尤其是在晶片衬底表面处包括的外延层上的前侧接触。在第一步骤中，提供通常由4H-SiC或6H-SiC制成的单晶SiC衬底1。衬底1的表面通过激光热退火25处理，从而通过再结晶过程在衬底1的表面区内生成结晶或多晶3C-SiC层2。如图4所示，激光热退火25导致4H-SiC或6H-SiC层1、3C-SiC层2、Si层5和C层7的衬底堆叠。Si和C层5、7是通过在衬底表面处的分解反应形成的。层5和7可用作后续注入步骤（如本示例所示）的能量吸收层，或者可以被去除。通常，能量吸收层用于针对高能量保护衬底表面区后面的结构。因此，由于Si和C层5和7材料的低温稳定性，在注入步骤之后但最迟在实行高温退火步骤之前，通过打薄程序去除Si和C层5和7。

在另外步骤中，将掺杂剂10注入3C-SiC层2的表面区中以提供接触注入物，由此必须在很大程度上避免注入层的非晶化，更特别地是应完全避免非晶化。该步骤可约在150°C与1000°C之间或300至700°C之间的温度下实行。实行更高温度（例如1600至1800°C）下的第二热退火步骤30，用于激活3C-SiC层2表面区中的接触注入物10。如果如本例所示使用能量吸收层，则通过典型的烧蚀或打薄过程去除这些层5和7。

在随后的步骤中，将金属接触层3沉积对3C-SiC层2上以在衬底1上提供欧姆接触。由此获得的半导体器件100包括4H-SiC或6H-SiC衬底层1、3C-SiC层2和金属接触层3。由于通过本文使用的过程获得的高掺杂3C-SiC层提供的小带隙，3C-SiC层2和金属层3之间的欧姆接触具有低接触电阻。

根据实施例，本文描述了一种制造半导体器件的方法，该半导体器件具有至少三层的结构，包括4H-SiC或6H-SiC层、3C-SiC层和金属层，所述方法包括在碳化硅（SiC）衬底上制造欧姆接触的步骤，如任何前述实施例和示例中所限定的。

根据另外的实施例，描述涉及具有至少三层的结构的半导体器件，包括4H-SiC或6H-SiC层、3C-SiC层和金属层，其中，3C-SiC层中掺杂剂的浓度最大值离金属层和3C-SiC层的界面小于30 nm。

根据另外的实施例，本文描述了一种半导体器件，其中金属层包括超过98%的金属含量或金属化合物含量，并且金属或金属化合物选自由以下各项组成的组：Al、Ti、Ta、W、Mo、Ni、NiAl、TiN、TaN、MoN、WN和NiSi。

根据又一实施例，本文描述了一种半导体器件，其中3C-SiC层（2）是n型或p型外延或多晶层。

诸如“第一”、“第二”等术语用于描述各种实施例、层、步骤顺序等，并且也无意于是限制性的。相似术语贯穿描述指代相似元素。

如本文所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等是指示所述元素或特征的存在的开放式术语，但不排除附加元素或特征。除非上下文另有清楚指示，否则冠词“一”、“一个”和“该”意图包括复数以及单数。

应理解，除非另有特别说明，否则本文所述的各种实施例的特征可以彼此组合。

尽管本文已经说明和描述了具体实施例，但本领域的普通技术人员将理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以用各种替代和/或等效实现来代替所示和描述的具体实施例和示例。本申请意图涵盖本文讨论的具体实施例的任何修改或变型。因此，意图仅通过权利要求及其等价物来限制本公开。