Свойства карбида кремния

1. ВВЕДЕНИЕ

Карбид кремния (SiC) является перспективным полупроводниковым материалом для будущих мощных и высокочастотных электронных устройств из-за его широкой энергетической запрещенной зоны около 3 эВ, высокой критической напряженности поля и хорошей теплопроводности [1-3]. Для использования превосходных свойств SiC в электронном устройстве важны термодинамически стабильные омические контакты с низким удельным контактным сопротивлением, поскольку паразитные сопротивления обычно ограничивают или даже ставят под угрозу работу устройства [2]. Омические контакты с SiC обычно образуются путем осаждения слоев переходных металлов (возможно, в комбинации с другими металлами, кремнием или углеродом) на сильно легированный карбид кремния (> 5 ? 1018 см -3) с последующим высокотемпературным отжигом (> 900 ° C ), А СКВ (удельное контактное сопротивление) находятся в диапазоне 10-4-10-6 см2 [4]. Но мало изучены контакты с SiC с гетеропереходной структурой, особенно омические контакты [5]. Поликристаллический кремний (поликремний) широко используется для Si CMOS-процесса. Его сродство к электрону (? 4.05 эВ) близко к таковому для SiC, что делает высоту барьера для электронов n + поликремния / n-SiC-контактов очень низкой. Кроме того, интерфейс между поликремнетом и SiC является резким без каких-либо структурных проблем и термостабилен по сравнению с поверхностью раздела между металлическим контактом и SiC, что очень важно для высокомощного и высокотемпературного применения SiC-устройств. Поэтому в этом исследовании в популярном процессе пытаются изготовить омические контакты поли кремния с SiC с гетеро переходной структурой, и обсуждается механизм формирования омического контакта.

За последние годы накоплен большой опыт в разработке омических и барьерных контактов с широкозонными полупроводниками SiC и GaN, которые являются наиболее изученными и перспективными для высокотемпературной СВЧ-электроники. Этот опыт основан на применении традиционных (в основном вакуумных) технологий. Они хорошо согласуются с технологиями изготовления различных устройств (микроволновых диодов и транзисторов разного типа, микросхем и т. Д.), Когда барьерные контакты выполнены из поликристаллических слоев чистых металлов или их силицидов или нитридов [1-7].



Такой подход имеет много преимуществ. Однако проблема зернограничной диффузии в таких контактах в процессе их долговременной работы при высокой (> 500 ° С) рабочей температуре [2-5] все еще остается нерешенной. Наши исследования показали, что данная проблема может быть решена путем использования наноструктурных (квазиаморфных) слоев соединений металлов типа TiB2- и ZrB2 в качестве барьерных или буферных слоев [8, 9]. Здесь мы рассматриваем возможность образования подобных контактов с широкозонными полупроводниками SiC и GaN.



  Актуальность темы. В настоящее время технология выращивания карбида кремния (SiC) достигла высокого уровня, позволяющего получать на основе SiC приборные структуры для силовой высокотемпературной электроники [1-4]. 

Одним из важнейших этапов изготовления приборных структур является формирование омических контактов. К омическим контактам предъявляют ряд требований, от выполнения которых во многом зависят электрические и механические свойства изготавливаемых полупроводниковых приборов, а также их стабильность. Основными требованиями являются следующие:








Глава 1. Литературный обзор.

1.1 Карбид кремния.

Кремния карбид (карборунд), SiC. Чистый карбид кремния стехиометрического состава -- бесцветные кристаллы с алмазным блеском.           

Технический SiC может иметь разнообразную окраску: белую, серую, желтую, зеленую и черную. Цвет материала зависит от сырья и технологии получения кристаллов и определяется как типом и количеством примеси, так и степенью отклонения состава от стехиометрического. Карбид кремния кристаллизуется в двух модификациях: при температурах менее 2000оС -- в кубического типа сфалерита (SiC), и при более высоких температурах -- в гексагональной (SiC). Для высокотемпературной гексагональной модификации карбида кремния характерно явление политипизма. Обнаружено более 50 политипных модификаций SiC.

Природный карбид кремния -- муассанит можно найти только в ничтожно малых количествах в некоторых типах метеоритов и в месторождениях корунда и кимберлита. Практически любой карбид кремния, продаваемый в мире, в том числе и в виде муассанитового украшения, является синтетическим. Природный муассанит был впервые обнаружен в 1893 году в качестве небольшого включения в метеорите Каньон Диабло в Аризоне Фердинандом Анри Муассаном, в честь которого и был назван минерал в 1905 году. Исследование Муассана о естественном происхождении карбида кремния было изначально спорным, потому что его образец мог быть загрязнён крошкой карбида кремния от пилы (в то время пилы уже содержали данное вещество).

Хоть карбид кремния и является редким веществом на Земле, однако, он широко распространен в космосе. Это вещество распространено в пылевых облаках вокруг богатых углеродом звезд, также его много в первозданных, не подверженных изменениям, метеоритах. Карбид кремния нашли в космосе и в метеоритах, почти исключительно, в форме бета-полиморфа. Анализ зёрен карбида кремния, найденных в Мерчисонском углеродистом хондритовом метеорите, выявил аномальное изотопное соотношение углерода и кремния, что указывает на происхождение данного вещества за пределами Солнечной системы: 99% зёрен SiC образовалось около богатых углеродом звёзд принадлежащих к асимптотической ветви гигантов. Карбид кремния можно часто обнаружить вокруг таких звезд по их ИК-спектрам. Из-за редкости нахождения в природе муассанита, карбид кремния, как правило, имеет искусственное происхождение. Простейшим способом производства является спекание кремнезема с углеродом в графитовой электропечи Ачесона при высокой температуре 1600--2500о C: Синтетические кристаллы SiC 3 мм в диаметре.

Чистота карбида кремния, образующегося в печи Ачесона, зависит от расстояния до графитового резистора в ТЭНе. Кристаллы высокой чистоты бесцветного, бледно-желтого и зеленого цвета находятся ближе всего к резистору. 

На большем расстоянии от резистора цвет изменяется на синий или черный из-за примесей. Загрязнителями чаще всего являются азот и алюминий, они влияют на электропроводность полученного материала. Кристаллы карбида кремния, полученные благодаря процессу Лели.



1.2 Свойства карбида кремния.

Карбид кремния -- единственное полупроводниковое бинарное соединение АIV ВIV. Тип связи -- ковалентный, доля ионной составляющей порядка 10%. Ширина запрещенной зоны для кристаллов SiC составляет 2,39 эВ, для различных модификаций SiC ширина запрещенной зоны может иметь значение в пределах от 2,72 до 3,34 эВ. Большие значения ширины запрещенной зоны позволяют создавать на его основе полупроводниковые приборы, сохраняющие работоспособность при температурах до 600оС. Собственная электропроводность из-за большой ширины запрещенной зоны наблюдается лишь при температурах выше 1400оС. Подвижность носителей заряда низкая. Монокристаллы карбида кремния, легированные примесями элементов V группы (азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут), а также литием и кислородом имеют n-тип проводимости и зеленую окраску. Элементы III группы (бор, алюминий, галлий, индий) и элементы II группы (бериллий, магний, кальций) являются акцепторами. При этом кристаллы имеют p-тип проводимости и голубую или черную окраску. В случае отклонения состава от стехиометрического в сторону кремния кристаллы обладают электропроводностью n-типа, в случае избытка углерода -- p-типа.

Карбид кремния тугоплавок (t пл. 2830°С), химически стоек, по твердости уступает лишь алмазу и нитриду бора: твердость по МООСу -- 9,1 -- 9,5; микро-твердость 3300-3600 кгс/мм2. Карбид кремния обладает высокой термической, химической и радиационной стойкостью, выделяется своей устойчивостью к окислению среди многих стойких сплавов и химических соединений. Заметно окисляется только при температурах выше 800оС. Карбид кремния химически стоек и в других средах. Он не реагирует с минеральными кислотами любых концентраций, включая и плавиковую кислоту. При комнатной температуре химически взаимодействует с ортофосфорной и кислотой и смесью азотной и фтористоводородной кислот при температуре 200оС. Водяной пар реагирует с карбидом кремния по реакции:

SiC + 2H2O=SiO2 + CH  только начиная с 1300-1400оС.

Вплоть до 1100оС с карбидом кремния совершенно не взаимодействует азот. Инертен он также в среде водорода и углекислого газа. В среде хлора теряет устойчивость при сравнительно низких температурах, разлагаясь по реакциям:

SiC + 2Cl2 = SiCl4 + C при 100оС; при 1000оС.

Карбид кремния активно разлагается с образованием соответствующих силикатов при сплавлении с едкими и углекислыми щелочами и перекисями. 

      Омический контакт металл-карбид кремния.

Изучение свойств карбида кремния. Понятие омического контакта. Разработка и оптимизация технологии воспроизводимого получения омических контактов к карбиду кремния n- и р-типа проводимости на основе выявления факторов, влияющих на его формирование.

За последние десять лет в области науки и производства сделан большой скачек. Более заметен он в области электроники. В настоящее время трудно представить себе современный прибор, в котором нет полупроводниковых элементов. Сверхточные измерения делаются сейчас с использованием подобных приборов.

Но электроника не стоит на месте, она развивается и требует принципиально новых полупроводниковых материалов, имеющих более полезные свойства, чем их предшественники. Сначала в науке возникает проблема, а как следствие потребность в новых элементах. Так в применение попал новый полупроводниковый синтетический материал Карбид кремния. Его свойства хорошо изучены и сейчас идет его активное внедрение в производство современной электроники.

Получение карбида кремния

Поликристаллический карбид кремния получают в электрических печах при температуре 1800-2300оС путем восстановления двуокиси кремния углеродом:

SiO2 + 3C = SiC + 2CO

В качестве сырья при производстве технического карбида кремния используется кварцевый песок с минимальным содержанием примесей и малозольный кокс или антрацит, или нефтяной кокс. Для повышения газопроницаемости шихты в нее иногда вводят древесные опилки. В шихту также вводят поваренную соль, количество которой влияет на цвет карборунда.

Из-за высоких значений температуры и давления, при которых существует расплав карбида кремния, классические методы получения из него монокристаллов не применимы. Используют методы выращивания кристаллов SiC из газовой фазы или из растворов в расплаве. Большое распространение получил метод сублимации. В этом методе рост кристаллов карбида кремния происходит из газовой фазы в графитовых тиглях в атмосфере инертных газов при температуре 2500-2600оС. Эпитаксиальные слои и твердые растворы на основе карбида кремния можно получать всеми известными методами, используемыми в полупроводниковой технологии. Технология формирования структур карбида кремния на подложках кремния принципиально не отличается от процессов получения кремниевых пленок. Гетеро-эпитаксиальные слои выращиваются методом газо-фазной эпитаксии в открытой системе. В качестве газа-носителя используется водород диффузионной очистки; в первой зоне свободный углерод связывается с водородом и переносится в зону роста полупроводниковой пленки.

1. Переходное сопротивление омических контактов (Rс) должно быть мало по сравнению с последовательным сопротивлением приборной структуры.

Технология изготовления омического контакта должна быть совместима с технологией изготовления прибора в целом, в том числе с операциями формирования необходимой для приборной структуры топологии и последующей корпусировки прибора. Процедура изготовления омического контакта не должна вести к деградации приборной структуры, например, вследствие глубокого проникновения материала контакта в полупроводник.

Омический контакт должен обладать хорошей адгезией к полупроводнику, представлять собой стабильную металлургическую систему.

4. С практической точки зрения необходимо обеспечить высокую воспроизводимость электрических, механических и др. свойств омических контактов, включая высокую однородность характеристик по площади образца.

5. Изготовленный омический контакт должен обеспечивать функционирование приборной структуры без существенного изменения ее характеристик во всем диапазоне рабочих параметров. Следует отметить, что приборы на основе карбида кремния способны функционировать при высоких температурах окружающей среды. В связи с этим повышаются требования к омическим контактам, изготавливаемым к карбид кремниевым приборам.

Актуальность проводимых в настоящей работе исследований обуславливается необходимостью воспроизводимого изготовления омических контактов с низким значением удельного контактного сопротивления, работоспособных при повышенных температурах окружающей среды и больших плотностях тока.

Разработке технологии изготовления омических контактов к карбиду кремния посвящено большое количество работ. Показана возможность использования в качестве контактных покрытий целого ряда материалов. Однако, вплоть до настоящего времени, наблюдаются существенные различия в экспериментальных результатах, полученных разными авторами даже при использовании одинаковых контактных систем. Так например, наиболее низкие значения удельного сопротивления (10-6 Ом см2) приведены в работе [5] для омических контактов на основе никеля к n-6H-SiC. В то же время авторы [6] сообщают о существенно более высоких сопротивлениях контактов, изготовленных с использованием такой же системы. Аналогичная ситуация наблюдается и при формировании омических контактов к p-6H-SiC [7, 8, 9].

Цель работы. Целью настоящей работы является разработка и оптимизация технологии воспроизводимого получения омических контактов к карбиду кремния n- и р-типа проводимости на основе выявления факторов, влияющих на формирование омического контакта.





1.3 Омический контакт.

Под омическим контактом понимают контакт металл-полупроводник, обладающий линейной вольт-амперной характеристикой (ВАХ) (рис 1.1), т.е. удельное переходное сопротивление которого не зависит как от величины, так и направления протекающего тока.

Обычно выделяют несколько механизмов формирования омического контакта:

1. В случае низкой плотности или отсутствия поверхностных состояний, возникающих на интерфейсе металл-полупроводник, высота энергетического барьера между полупроводником и металлом (рис. 1.1) будет соответствовать пределу Шоттки-Мотта и определяться разностью работ выхода электрона из металла Фм и электронным сродством полупроводника Хn [10] (для определенности рассматриваем полупроводник n-типа проводимости):

                                                Ф=Фм-Хn

Теоретически, подобрав металл с соответствующей работой выхода, можно получить либо контакт с малой высотой барьера с механизмом надбарьерной эмиссии либо так называемый антизапорный омический контакт. Однако в реальных условиях из-за наличия поверхностных состояний на границе металл-полупроводник, фиксирующих положение уровня Ферми, омические контакты в большинстве случаев не удается получать подбором этой величины.

2. Большинство омических контактов основывается на создании тонкого слоя сильнолегированного полупроводника непосредственно у границы с металлом. Такой слой имеет тот же тип проводимости, что и полупроводник, к которому формируется контакт, и образуется структура n+ -n или р+-р - типа. Энергетической. Между металлом и легированной приповерхностной областью полупроводника существует потенциальный барьер Ф. 

Вследствие того, что эта область легирована сильно, обедненный слой вблизи барьера достаточно тонок, барьер становится тоннельно прозрачным, и при пропускании тока через контакт падение напряжения мало и понижается сопротивление контакта.

Сильнолегированная область может быть получена, например, вплавлением, диффузией или ионной имплантацией соответствующей примеси.

3. Если поверхность полупроводника нарушена, то вблизи поверхности могут образоваться дефекты кристаллической решетки, проявляющиеся как эффективные рекомбинационные центры. В случае, когда плотность таких центров высока, преобладающим механизмом в токопереносе через обедненную область станет рекомбинационный, который может приводить к существенному уменьшению контактного сопротивления.

Учитывая широкий круг требований, предъявляемых к омическим контактам, техническая реализация на практике того или иного механизма переноса носителей через контакт может представлять серьезные трудности, особенно для широко-зонных полупроводников.

Следовательно, для преодоления возникающих при формировании омических контактов трудностей необходимо как обеспечение оптимального подбора материалов контактного покрытия, так и разработка специальных технологических приемов их нанесения и последующей обработки.

Рис 1.1


Глава 2. Современные технологии.

2.1 Технология изготовления омических контактов к широкозонным полупроводникам.

Для получения малых значений удельного контактного сопротивления, как правило, стремятся либо повысить степень легирования полупроводника, к которому формируется контакт, либо понизить высоту барьера, образующегося при контакте металла с полупроводником (либо и то и другое вместе).

К широко-зонным полупроводникам обычно очень трудно получить контакт с малой высотой барьера. В таких случаях для изготовления омических контактов создают дополнительный высоколегированный слой на поверхности полупроводника. Сильнолегированный слой может быть сформирован, например, посредством диффузии или ионной имплантации [23]; или в результате осаждения и последующей обработки сплава, содержащего элементы, являющиеся легирующей примесью для данного полупроводника [24]. Для достижения этих целей используют высокотемпературный отжиг сформированной структуры металл-полупроводник.

 В следующих пунктах будут рассмотрены основные подходы при изготовлении омических контактов как к хорошо разработанному широко-зонному полупроводнику - арсениду галлия, так и перспективным более широко-зонным - нитриду галлия и карбиду кремния.



2.2 Омические контакты к карбиду кремния.

В ряду широко-зонных полупроводников карбид кремния является одним из наиболее перспективных с точки зрения применимости его в качестве материала силовой, высокотемпературной электроники. К настоящему времени на основе карбида кремния разработаны практически все типы полупроводниковых приборов.

Основными при создании полупроводниковых приборов на основе SiC являются эпитаксиальные методы выращивания структур. Развитие таких методов как жидкофазная эпитаксия [59,60-64], эпитаксия из газовой фазы (CVD) [65,66,67-72], сублимационные методы [73-79], молекулярно-лучевая эпитаксия [80-83] имеет уже давнюю историю. Одновременно с развитием технологии получения материала и созданием полупроводниковых приборов на основе SiC [65,66,84-89] развивалась технология формирования омических контактов.

В более ранних работах сообщается об изготовлении омических контактов методом вплавления навесок контактного материала [89], в том числе методом лазерного отжига [90,91]. При этом навеска металла помещается на поверхность полупроводника и вплавляется в течение нескольких секунд при температуре -1500-2300 К. В качестве контактных материалов при этом использовались сплавы Au-Ta, W-Au, Si-Ta, Si-P, Si-As, Si-Al, Si-W, Ni-Mo, Au-Si-Ta, Al-Si-Mo, Al-Au-Ta. 

Получаемые контакты имели высокую механическую прочность, однако для изготовления таких контактов требовались высокие температуры термообработки. Кроме того, такая технология не позволяет получать контактные площадки размером более 0,5x0,5 мм и плохо совместима с технологией формирования приборных структур сложной геометрии.

В этом смысле существенное преимущество имеют напыленные контакты [86,87,92,93]. Как показывают работы по исследованию поверхностно-барьерных структур к SiC с использованием различных металлов [88], высокая плотность поверхностных состояний приводит к закреплению уровня Ферми. При этом практически не проявляется зависимость высоты барьера металл-SiC от величины работы выхода электрона из металла. Следовательно, формирование омического контакта методом простого напыления металла на поверхность карбида кремния практически невозможно. Поэтому при изготовлении омических контактов к SiC, как правило, применяют высокотемпературный отжиг.

В ранних работах в качестве контактного материала к n-SiC использовался Ті, Сг, М [86,87,93], а к p-SiC - А1 [86,89,92]. Хотя указанные материалы технологичны и совместимы с методами формирования приборных структур, полученные омические контакты обладали довольно высокими величинами удельного контактного сопротивления(10-2-10-4Омсм2). Ом-см указана в работе [93] для омических контактов на основе Ni. Однако работа выполнена в виде краткого сообщения, где не указаны ни методы измерения величины гс, ни концентрация нескомпенсированной донорной примеси SiC, к которому были изготовлены контакты.

Дальнейшее развитие технологии выращивания как подложек большого диаметра, так и структурно-совершенных эпитаксиальных слоев [94], делает возможным изготовление полупроводниковых приборов на основе SiC более высокого качества (таких, например, как диодные структуры с обратным напряжением до 4.5 кВ [96], MESFET на 1-2 ГГц [95,97] и т.д.). Как следствие повышаются требования к омическим контактам, заключающиеся в снижении удельного контактного сопротивления, повышении термической стабильности контакта, стабильной работоспособности при высоких плотностях тока и повышении воспроизводимости его получения. Для этого требуются более детальные исследования изготовленных контактов.

2.3. Металл - полупроводниковые контакты .

Одной из основных проблем, которые необходимо решить для применения при высоких температурах, является решающая контактная металлизация, сфера применения этой проблемы лицензирования. Низкие резистивные омические контакты были проблемой во всем развитии электроники SiC. Сегодня существует несколько рабочих систем металлизации, хотя сложная обработка, высокие сопротивления, особенно для контактов p-типа, а жесткая экологическая совместимость остается областями улучшения.



2.4 Барьер Щетки.

Щетки ограждают металлический полу проводник может вести себя двумя путями - как исправляющий контакт Щетки или как низко-стойкий омический контакт с линейными характеристиками I-v. Контакты Щетки типичны для низко одурманенных полупроводников. В чрезвычайно одурманенном полупроводнике омическое поведение происходит от туннелирования носителей через тонкий барьер ЩОТКИ.







Рис. 2.1 а) Выравнивание энергетического уровня Ферми в n-образном полупроводниковом соединении.

                б) Выравнивание энергетического уровня Ферми с P-образным соединением полупроводник-металл.

 

        На диаграмме зон металл-полупроводник энергетический уровень Ферми будет сплющен, если смещение не будет применено, как показано на       рис. 2.1. Это приведет к изгибу полосы с зоной истощения с шириной W в интерфейсе, и результатом будет барьер Шоттки, ???, высота которого повлияет на то, будет ли контакт иметь коррекцию поведения Шоттки или линейную низкоомную омическую поведение. На ??? влияет выбор материала с обеих сторон через работу выхода металла, ширину запрещенной зоны и тип легирования и концентрации. На рис. 2.1. Оба Шоттки  Барьеры ????? и ????? в полупроводниках n-типа и p-типа показаны на примере барьеров Шоттки для потока электронов и дырок соответственно. Уравнение 2.1 дает связь между запрещенной зоной электронов и барьерами Шоттки. Тесная связь между высотой барьера Шоттки и функцией работы металла ??? и сродством к полупроводниковому элек- трону, ?????, объясняется в уравнении 2.2.





                                 ?????+?????=????                                                  2.1  

                                 ?????=?????????                                                   2.2

             Для контакта с низким сопротивлением совмещение полупроводника с металлом для достижения достаточно низкой высоты барьера является первым соображением при выборе контактных материалов. Чтобы иметь металл, который обеспечивает достаточно низкий барьер для n- и p, не был успешным в SiC из-за его широкой запрещенной зоны. Из-за широкой зазоров ширины необходима различная контактная металлизация для n-легированных и p-легированных слоев. Однако не только высота барьера определяет, является ли это выпрямляющим или низкоомным соединением.         Накопление атомов легирующей примеси даст увеличенную концентрацию легирования в границе раздела, что приведет к сужению области обеднения и станет возможным туннелирование носителей через барьер [7] - [9].



2.5 Механизмы транспортировки носителей .

               Существуют три разных механизма транспортировки носителей через барьер. Высота барьера почти не зависит от концентрации легирования, а ширина истощения W пропорциональна допированию после

                                    

                                          ???                                                         2.3

Очень малолегированный SiC, ниже 1 ? 1017 см-3, требует тепловой энергии носителей для преодоления барьера Шоттки. Этот механизм известен как термоэлектронная эмиссия. Если вместо этого SiC сильно легирован, то барьер по-прежнему имеет одинаковую высоту, но ширина истощения значительно более узкая, а туннелирование носителей через барьер возможно вместо того, чтобы преодолевать его. Туннельный механизм, полевая эмиссия, доминирует для концентраций легирования SiC выше 1 · 1019 см-3.     Для умеренных допинговых концентраций между 1 ? 1017 и 1 · 1019 см-3 происходит комбинированный механизм термоэлектронной эмиссии. Здесь ширина истощения барьера все еще слишком велика для прямого туннелирования, но путем добавления тепловой энергии носители смогут туннелировать через барьер при более высоких энергиях выше уровня  Ферми.

       Для предсказания доминирующего механизма значение kT / qE00 можно рассчитать, так как оно дает отношение между термоэлектронной эмиссией по сравнению с другими двумя механизмами относительно легирования N и температуры T. E00 дается формулой 2.4, используя постоянную Планка h, эффективную массу m и

Диэлектрическая постоянная ?. Таким образом, термоническое излучение доминирует, когда

 kT / qE00 >> 1, 

а kT / qE00 << 1 

указывает на противоположный случай полевой эмиссии и туннелирования носителей. Для отношения kT / qE00 = 1 промежуточная термическая эмиссия поля является доминирующим механизмом проводимости [7] - [10].

                  ??00=                                                             2.4





2,6 Омичные контакты 

В устройствах и интегральных схемах вся текущая транспортировка осуществляется через низкоомные металлические контакты. Для обеспечения наилучшей производительности потери в этих контактах должны быть минимизированы. Требуются контакты линейных характеристик I-V, так называемые омические контакты с низким удельным сопротивлением. Для омического контакта, образующегося на SiC, недостаточно осаждать металл; Для реакции с субстратом требуется высокотемпературный отжиг. Трудностью для хорошо налаженных контактов является интерфейс полупроводника - металл-силицид / карбид. Как только силицид / карбид образуется, дальнейшая металлизация для межсоединений легче. Сопротивление контакта, Rc, выражают сопротивление в ? от контактного металла с полупроводниковым интерфейсом. Так как сопротивление зависит от области контакта и геометрии, предпочтительной единицей является независимое от геометрии ?c удельное удельное удельное сопротивление, измеренное в ?cm2. При ?c можно сравнивать контакты разных размеров и конструкций [10], [11]. Иногда удельное контактное сопротивление на ширину рассчитывается с единицей ?cm. Различные механизмы переноса несущей зависят от легирования N и влияние N на ?c также будет различаться. Для низких концентраций легирования и термоэлектронной эмиссии ?c не зависит от легирования, а только от высоты барьера Шоттки. В образцах с высоким N, где туннелирование доминирует, и барьер, и концентрация легирования будут сильно влиять на ?c. Кроме того, для умеренно-допированных контактов с термическим полевым эмиссией в дополнение к влиянию высоты барьера имеется легирующая зависимость ?c, но не такая сильная, как для высоколегированных контактов [10].

Для хороших омических контактов необходима максимальная концентрация допирования, предпочтительно по меньшей мере 5 ? 1018 см-3 для контактов n-типа и 1019 см-3 для р-типа [3]. В конструкции устройства эти концентрации допинга могут быть неудобными. Локальное увеличение носителей, вводимых посредством ионной имплантации, является одной из возможностей улучшения омического контакта. Для внутреннего процесса электроники KTH SiC для высоких температур ионная имплантация была устранена из-за дефектов и повреждений, возникающих при имплантации, а также последующего отжига. Это особая проблема, особенно для контактов p-типа, поскольку p-слои обычно доводятся до 5 ? 1017 см-3. Обычно высокотемпературный отжиг, выше 800 ° C, необходим для формирования омических контактов

между металлом и полупроводником [10]. Это можно сделать либо в печи, либо в быстром термическом процессе, в потоке газа или в вакууме. В зависимости от выбора металла могут образовываться силицид и / или карбиды. Для металлов, которые образуют только силициды, из субстрата будет выделяться углерод, поскольку только Si в SiC реагирует и присутствует в виде осадка в силициде металла. Этот углерод может оказывать сильное отрицательное влияние на контактное сопротивление. Высокие температуры отжига могут вызвать проблемы как с более грубыми поверхностями, так и с расслоением. Шероховатая поверхность металла может вызвать проблемы для прокладки проволоки на более поздних этапах процесса. Проблема расслоения более распространена для более толстых металлических пленок. При ограниченной толщине контактной металлизации шероховатая поверхность и расслаивание могут быть ограничены. Более толстый слой металла, часто Al, добавляется сверху для лучшего распределения тока и в качестве соединительного металла. Для высокой температурной стабильности Al не является подходящим соединительным металлом из-за температуры плавления 660 ° C. Для процесса KTH SiC IC платина является альтернативой, которая была протестирована, но нуждается в дальнейшей работе [12].



2.7Испытательные структуры для измерения контактного сопротивления. 

Вместо оценки целых устройств или схем, тестовые структуры включаются в схему пластины для характеристики одного конкретного свойства за раз. В основном в этой работе используется одна такая структура; Линейный метод длины переноса или структуры L-TLM, называемый здесь TLM. В будущих проектах добавлено более сложные, но мощные кресты Кельвина. Также были изготовлены диоды Шоттки.

2.8. Метод длины передачи - TLM. Известным и используемым методом измерения контактного сопротивления является структура линейной длины передачи (TLM). Краткое описание измерения между двумя соседними металлическими контактами показано на рис. 2.2, где полное сопротивление RT представляет собой сумму нескольких сопротивлений: сопротивление металла Rm, объемное сопротивление SiC Rsemi и контактные сопротивления в интерфейсе металл-SiC, RC 



TLM представляет собой боковую структуру, где поток тока является горизонтальным относительно контакта. Текущий поток достигает наименьшего сопротивления, что означает, что не будет использоваться вся длина контакта. Длина передачи LT, Eq 2.5 выражает, какБольшая часть длины контакта используется для большей части потока тока по границе раздела металл-полупроводник.

																

                                         

                                          ????=                                                           2.5

																Важно, чтобы длина контакта L была больше длины передачи LT. Контактное сопротивление RC для L ниже LT будет слишком высоким. RC уменьшается с увеличением L, достигая постоянного значения длины контакта L> LT [11]. Структура TLM состоит из нескольких контактов в строке, разделенных увеличением расстояния d, как показано на рис. 2.4 а). Для L? 1,5 LT измерения из структуры TLM имеют соотношение

																

																

                   ????= +2???????(??+2????)                                                2.6

																W здесь RT это общее сопротивление, Rsh сопротивление листа, Z ширина контакта, d расстояние между двумя измеренными контактами, Rc контактное сопротивление и LT - длина передачи. Путем измерения и построения общего сопротивления RT в зависимости от расстояния d контактное сопротивление Rc может быть извлечено, рис. 2.4 b) -c). RT и d-plot также дают длину переноса LT и сопротивление листа Rsh полупроводникового слоя. Для расчетов геометрического независимого удельного контактного сопротивления ?c эффективная площадь контакта используется по уравнению 2.7.

                                          ????=??                                                      2.7

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																

																Рис. 2.4. А) Структура TLM сверху на изолированной мезе (затененной) с увеличением расстояний 5-25 мкм между контактами b) IV кривые пяти расстояний в такой структуре TLM, из которой построено полное сопротивление RT по сравнению с расстоянием d в c ). (Измерение из документа II, представленное в главе 3.6)

       









																Рис. 2.5. A) ширина мезы W, близкая к ширине контакта Z, дает боковой ток, а в b) с шириной мезы W, большей ширины контакта Z, ток течения больше не является боковым, а также стороны контактов задействованы в Текущий транспорт.

     

																Для правильных измерений структуры TLM должны быть изолированы друг от друга на пластине как по бокам, так и по вертикали. В образцах с эпитаксиальными слоями вертикальная изоляция представляет собой эпитаксиальный интерфейс ниже. Для боковой изоляции необходимы структуры мезы, вытравленные до лежащего в основе эпитаксиального слоя. Модели, лежащие в основе структуры TLM, предполагают боковой поток от одного контакта к другому. В дополнение к изолированию мезы это также требует минимальной разницы в ширине контакта и мезы, Z и W, рис. 2.5 а). Как показано на рис. 2.5, б), .......................