專利名稱：一種金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法
技術領域：
本發明涉及的是一種快速退火方法，具體是涉及一種金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法。
背景技術：
碳化硅(SiC)材料是自第一代元素半導體材料(Si)和第二代化合物半導體材料 (GaAs.GaP.InP等)之后發展起來的第三代寬帶隙半導體材料。SiC材料由于具有寬帶隙、 高臨界擊穿電場、高熱導率、高電子飽和漂移速度等特點，特別適合制作微波大功率、高壓、 高溫、抗輻照電子器件，在國民經濟各方面具有廣泛的應用。當前，SiC器件的研制已經成為研究熱點。制備SiC器件的關鍵工藝之一是實現SiC與金屬的歐姆接觸，歐姆接觸質量的好壞，接觸電阻的大小直接影響到器件的效率，增益和開關速度等性能指標。為了實現SiC與金屬的歐姆接觸，需要使用快速退火系統對器件進行快速退火處理。目前應用最廣泛和制造成本最低的快速退火系統均采用燈光輻射作為熱源，通過熱輻射的方式加熱晶片。由于SiC晶片對熱輻射的透射率很高(約等于1)，所以無法直接進行快速退火。目前，在不改變快速退火系統結構的前提下，用于SiC的快速退火方法是將SiC 晶片放置在一個石墨托盤上進行退火，SiC晶片和石墨托盤直接接觸，石墨托盤升溫后以熱傳導的方式加熱SiC晶片。由于在升溫過程中石墨托盤極易破碎，因此使用石墨托盤進行 SiC快速退火時升溫速率一般不能大于50°C /秒，升溫速率受限制會影響金屬硅化物的形成，使SiC器件歐姆接觸的質量下降。此外石墨托盤還有不易采購，使用成本較高的缺點。在金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火過程中，升溫速率太快會使導致溫度控制精度下降，峰值熱處理溫度的控制精度會直接影響到接觸電阻的大小和歐姆接觸的質量。峰值溫度控制不精確造成的溫度過沖還會使托盤變形，導致碳化硅受熱不均勻，歐姆接觸不一致，影響器件可靠性和成品率。升溫速率太慢又會使歐姆接觸的性能下降，因此對升溫過程的中對升溫速率的控制十分重要。為了提高SiC器件的可靠性和成品率，降低生產成本。目前常用的SiC快速退火方法還有許多缺陷，升溫過程中的溫度控制方法還有改進的必要。
發明內容
本發明提出的是一種金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法，其目的是為了解決現有技術所存在的上述不足，具有使用成本低，能形成高質量，低接觸電阻。本發明的技術解決方案該方法包括以下步驟
1)將SiC晶片放在Si片托盤上，然后置入快速熱處理裝置，將待快速退火的SiC晶片置于Si片托盤上，接著放入快速熱處理裝置中，快速退火裝置的加熱面在SiC晶片上方，測溫裝置在Si片托盤下方，同時充入保護氣體Ar ；
2)第一升溫階段、保持溫度階段，將SiC晶片作第一次升溫，加熱到第一溫度2000C -3000C，保持溫度60-180秒，升溫速率5°C /秒_10°C /秒；
3)第二升溫階段，穩定溫度階段，將SiC晶片作第二次升溫，由第一溫度升溫加熱到第二溫度550°C -600°C，穩定溫度30秒，升溫速率10°C /秒_20°C /秒；
4)第三升溫階段，將SiC晶片作第三次升溫，由第二溫度升溫加熱到第三溫度 8500C -9000C，升溫速率 100°C / 秒 _150°C / 秒；
5)第四升溫階段和退火階段，將SiC晶片作第四次升溫，由第三溫度升溫加熱到第四溫度950°C -IOOO0C，升溫速率10°C /秒_30°C /秒，進行退火使SiC晶片維持在第四溫度， 退火時間不小于100秒；
6)降溫階段，將SiC晶片由第四溫度降溫到室溫，降溫速率10°C/秒-20°C /秒。所述的金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法中，可以在任何采用燈光輻射為熱源，單面加熱，單點測溫的商用快速熱處理裝置內實施，不需要對快速熱處理裝置的結構做出任何改變。作為托盤的硅片是商用拋光單晶硅片。本發明的有益效果1)可以在任何采用燈光輻射為熱源，單面加熱，單點測溫的商用快速熱處理裝置內實施，不需要對快速熱處理裝置的結構做出任何改變，減少了設備改造費用。2)作為托盤的硅片可以采用多種規格的商用拋光單晶硅片，成本低。3)降低了碳化硅器件的生產成本。由于采用了硅片作為托盤，快速退火過程中升溫速率不會受到限制， 提高了工藝設計的靈活度。4)退火方法能夠去除碳化硅晶片表面水汽，穩定溫度。5)快速升溫階段分為兩部分，通過改變設定值，能夠在保證峰值熱處理溫度的控制精度前提下，提高升溫速率。6)最終減小退火后的歐姆接觸電阻，提高歐姆接觸的質量，器件可靠性和成品率。
附圖1是本發明的較佳實施例的退火結構剖面示意圖。附圖2是本發明的較佳實施例的退火過程中的溫度與時間的示意圖。附圖3是本發明的較佳實施例的退火流程示意圖。圖中的1是快速退火裝置的加熱面；2是SiC晶片；3是Si片托盤；4是測溫裝置； 5是第一升溫階段；6是保持溫度階段；7是第二升溫階段；8是穩定溫度階段；9是第三升溫階段將；10是第四升溫步驟；11是退火階段；12是降溫階段；13是將SiC晶片放在Si拖盤上后置入快速熱處理裝置。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例，進一步闡述本發明，應理解這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。實施例1 對照附圖，
1)將SiC晶片2放在Si片托盤3上后置入快速熱處理裝置13，將待快速退火的3英寸4H碳化硅晶片(SiC晶片》置于4英寸Si片托盤3上，然后放入快速熱處理裝置13中， 快速退火裝置的加熱面1在SiC晶片2上方，測溫裝置4在Si片托盤3下方，同時充入保護氣體Ar ；2)第一升溫階段5、保持溫度階段6，將SiC晶片2作第一次升溫，加熱到200°C即第一溫度，保持溫度60秒，升溫速率5°C /秒；
3)第二升溫階段7，穩定溫度階段8，將SiC晶片2作第二次升溫，由200°C升溫加熱到 550°C即第二溫度，穩定溫度30秒，升溫速率10°C /秒；
4)第三升溫階段9，將SiC晶片2作第三次升溫，由550°C升溫加熱到850°C即第三溫度，升溫速率100°C/秒；
5)第四升溫階段10和退火階段11，將SiC晶片2作第四次升溫，由850°C升溫加熱到 950°C即第四溫度，保溫150秒，升溫速率10°C /秒，進行退火使SiC晶片2維持在第四溫度 950 0C ；
6)降溫階段12，將SiC晶片2由950°C降溫到室溫，降溫速率10°C/秒。實施例2 對照附圖，
1)將待快速退火的2英寸6H碳化硅晶片(SiC晶片)2置于4英寸Si片4上，然后放入快速熱處理裝置13中，快速退火裝置的加熱面1在碳化硅晶片上方，測溫裝置4在Si片托盤3下方，充入保護氣體N2;
2)第一升溫階段5、保持溫度階段6，將SiC晶片2作第一次升溫，升溫加熱到300°C即第一溫度，保持保溫180秒，升溫速率10°C /秒；
3)第二升溫階段7，穩定溫度階段8，將SiC晶片2作第二次升溫，由200°C升溫加熱到 600°C即第二溫度，穩定溫度60秒，升溫速率20°C /秒；
4)第三升溫階段9，將SiC晶片2作第三次升溫，由600°C升溫加熱到900°C即第三溫度，升溫速率150°C/秒；
5)第四升溫階段10、退火階段11，將SiC晶片2作第四次升溫，由900°C升溫加熱到 1000°C即第四溫度，保溫180秒，升溫速率20°C /秒，進行退火使SiC晶片2維持在第四溫度；
6)降溫階段12，將SiC晶片2由1000°C降溫到室溫，降溫速率20°C/秒。所述的將碳化硅晶片加熱到第一溫度，升溫速率不大于5°C /秒，進行保持溫度步驟。這一步驟能使碳化硅晶片表面附著的水分充分蒸發，防止在快速退火過程中形成氧化物，影響歐姆接觸性能。在溫度較低時由于測溫裝置的誤差較大，第一升溫步驟的升溫速率不能太快，才能夠保證溫度的控制精度，減小溫度誤差。所述的經過第二升溫步驟，升溫速率不大于20°C /秒，碳化硅晶片加熱到第二溫度，進行穩定溫度步驟。這一步驟的作用是穩定溫度，提高快速熱處理裝置的溫度控制精度。第二溫度設定為不大于600°C，在這一溫度金屬-碳化硅不會反應形成金屬硅化物，在第二溫度穩定溫度不會影響歐姆接觸的形成。所述的經過第三升溫步驟和第四升溫步驟，碳化硅晶片達到第四溫度進行退火步驟。在此過程中，升溫速率越快，歐姆接觸電阻越小。但升溫速率太快會使導致溫度控制精度下降，峰值熱處理溫度(第四溫度)控制不精確會使托盤變形，導致碳化硅受熱不均勻， 歐姆接觸不一致，影響器件可靠性和成品率。在本發明所述的金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法中，將升溫過程分成兩個步驟，第三升溫步驟作用是快速升溫，升溫速率不小于 100°C /秒，在這一步驟中升溫速率越快，歐姆接觸性能越好；在第四升溫步驟中降低升溫速率，升溫速率不大于20°C /秒，作用是提高設備的溫度控制精度，減小第四溫度的控制誤差。針對不同厚度和大小的托盤，通過改變第三升溫步驟，第四升溫步驟的升溫速率和第三溫度的設定值，能夠得到優化程序使升溫速率足夠快，又保證峰值熱處理溫度的控制精度。
所述的進行降溫步驟，將碳化硅晶片由第四溫度降溫到室溫，降溫速率不小于 20°C /秒。在此步驟中，降溫速率太快會加大退火工藝的成本，降溫速率太慢會影響快速退火的效果，因此選擇一個合適的降溫速率是快速退火中的問題。
權利要求
1.一種金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法，其特征在于該方法包括以下步驟1)將SiC晶片放在Si片托盤上，然后置入快速熱處理裝置，將待快速退火的SiC晶片置于Si片托盤上，接著放入快速熱處理裝置中，快速退火裝置的加熱面在SiC晶片上方，測溫裝置在Si片托盤下方，同時充入保護氣體Ar ；2)第一升溫階段、保持溫度階段，將SiC晶片作第一次升溫，加熱到第一溫度 2000C -3000C，保持溫度60-180秒，升溫速率5°C /秒_10°C /秒；3)第二升溫階段，穩定溫度階段，將SiC晶片作第二次升溫，由第一溫度升溫加熱到第二溫度550°C -600°C，穩定溫度30秒，升溫速率10°C /秒_20°C /秒；4)第三升溫階段，將SiC晶片作第三次升溫，由第二溫度升溫加熱到第三溫度 8500C -9000C，升溫速率 100°C / 秒 _150°C / 秒；5)第四升溫階段和退火階段，將SiC晶片作第四次升溫，由第三溫度升溫加熱到第四溫度950°C -1000°C，升溫速率10°C /秒-30°C /秒，進行退火使SiC晶片維持在第四溫度， 退火時間不小于100秒；6)降溫階段，將SiC晶片由第四溫度降溫到室溫，降溫速率10°C/秒-20°C /秒。
2.根據權利要求1所述的一種金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法，其特征是快速熱處理裝置采用燈光輻射為熱源，單面加熱，單點測溫。
3.根據權利要求1所述的一種金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法，其特征是Si片托盤厚度在300微米-700微米，Si片形狀為圓形，Si片直徑大于SiC晶片直徑。
4.根據權利要求1所述的一種金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法，其特征是碳化硅晶片的類型包括6H-SiC，4H-SiC。
5.根據權利要求4所述的一種金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法，其特征是碳化硅晶片的類型包括碳化硅襯底和在碳化硅襯底上生長了的一層或多層碳化硅薄膜的外延片。
全文摘要
本發明是一種金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法，包括以下步驟1)將SiC晶片放在Si片托盤上，然后置入快速熱處理裝置，同時充入保護氣體Ar；2)第一升溫階段、保持溫度；3)第二升溫階段，穩定溫度階段8；4)第三升溫階段；5)第四升溫階段，退火階段；6)降溫階段。本發明的有益效果可以在任何采用燈光輻射為熱源的商用快速熱處理裝置內實施，作為托盤的硅片可以采用多種規格的商用拋光單晶硅片，成本低。退火方法能夠去除碳化硅晶片表面水汽，穩定溫度。通過改變設定值，能夠在保證峰值熱處理溫度的控制精度前提下，提高升溫速率。最終減小退火后的歐姆接觸電阻，提高歐姆接觸的質量，器件可靠性和成品率。
文檔編號H01L21/28GK102569039SQ20121000025
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月4日 優先權日2012年1月4日
發明者李理, 柏松, 陳剛 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所