專利名稱：一種金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(shù)：
碳化硅(SiC)材料是自第一代元素半導(dǎo)體材料(Si)和第二代化合物半導(dǎo)體材料 (GaAs.GaP.InP等)之后發(fā)展起來的第三代寬帶隙半導(dǎo)體材料。SiC材料由于具有寬帶隙、 高臨界擊穿電場(chǎng)、高熱導(dǎo)率、高電子飽和漂移速度等特點(diǎn)，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(jīng)濟(jì)各方面具有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，SiC器件的研制已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。制備SiC器件的關(guān)鍵工藝之一是實(shí)現(xiàn)SiC與金屬的歐姆接觸，歐姆接觸質(zhì)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(guān)速度等性能指標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)SiC與金屬的歐姆接觸，需要使用快速退火系統(tǒng)對(duì)器件進(jìn)行快速退火處理。目前應(yīng)用最廣泛和制造成本最低的快速退火系統(tǒng)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(duì)熱輻射的透射率很高(約等于1)，所以無法直接進(jìn)行快速退火。目前，在不改變快速退火系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的前提下，用于SiC的快速退火方法是將SiC 晶片放置在一個(gè)石墨托盤上進(jìn)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(dǎo)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(jìn)行 SiC快速退火時(shí)升溫速率一般不能大于50°C /秒，升溫速率受限制會(huì)影響金屬硅化物的形成，使SiC器件歐姆接觸的質(zhì)量下降。此外石墨托盤還有不易采購，使用成本較高的缺點(diǎn)。在金屬-碳化硅歐姆接觸快速退火過程中，升溫速率太快會(huì)使導(dǎo)致溫度控制精度下降，峰值熱處理溫度的控制精度會(huì)直接影響到接觸電阻的大小和歐姆接觸的質(zhì)量。峰值溫度控制不精確造成的溫度過沖還會(huì)使托盤變形，導(dǎo)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(huì)使歐姆接觸的性能下降，因此對(duì)升溫過程的中對(duì)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(chǎn)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(jìn)的必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，具有使用成本低，能形成高質(zhì)量，低接觸電阻。本發(fā)明的技術(shù)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(cè)溫裝置在Si片托盤下方，同時(shí)充入保護(hù)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(wěn)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(wěn)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(jìn)行退火使SiC晶片維持在第四溫度， 退火時(shí)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(diǎn)測(cè)溫的商用快速熱處理裝置內(nèi)實(shí)施，不需要對(duì)快速熱處理裝置的結(jié)構(gòu)做出任何改變。作為托盤的硅片是商用拋光單晶硅片。本發(fā)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(diǎn)測(cè)溫的商用快速熱處理裝置內(nèi)實(shí)施，不需要對(duì)快速熱處理裝置的結(jié)構(gòu)做出任何改變，減少了設(shè)備改造費(fèi)用。2)作為托盤的硅片可以采用多種規(guī)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(chǎn)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(huì)受到限制， 提高了工藝設(shè)計(jì)的靈活度。4)退火方法能夠去除碳化硅晶片表面水汽，穩(wěn)定溫度。5)快速升溫階段分為兩部分，通過改變?cè)O(shè)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(zhì)量，器件可靠性和成品率。


附圖1是本發(fā)明的較佳實(shí)施例的退火結(jié)構(gòu)剖面示意圖。附圖2是本發(fā)明的較佳實(shí)施例的退火過程中的溫度與時(shí)間的示意圖。附圖3是本發(fā)明的較佳實(shí)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(cè)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(wěn)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(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例1 對(duì)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(cè)溫裝置4在Si片托盤3下方，同時(shí)充入保護(hù)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(wěn)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(wěn)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(jìn)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(shí)施例2 對(duì)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(cè)溫裝置4在Si片托盤3下方，充入保護(hù)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(wěn)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(wěn)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(jìn)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(jìn)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(fā)，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(shí)由于測(cè)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(jīng)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(jìn)行穩(wěn)定溫度步驟。這一步驟的作用是穩(wěn)定溫度，提高快速熱處理裝置的溫度控制精度。第二溫度設(shè)定為不大于600°C，在這一溫度金屬-碳化硅不會(huì)反應(yīng)形成金屬硅化物，在第二溫度穩(wěn)定溫度不會(huì)影響歐姆接觸的形成。所述的經(jīng)過第三升溫步驟和第四升溫步驟，碳化硅晶片達(dá)到第四溫度進(jìn)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(huì)使導(dǎo)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(huì)使托盤變形，導(dǎo)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(fā)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(gè)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(shè)備的溫度控制精度，減小第四溫度的控制誤差。針對(duì)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(shè)定值，能夠得到優(yōu)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(jìn)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(huì)加大退火工藝的成本，降溫速率太慢會(huì)影響快速退火的效果，因此選擇一個(gè)合適的降溫速率是快速退火中的問題。
權(quán)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(cè)溫裝置在Si片托盤下方，同時(shí)充入保護(hù)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(wěn)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(wěn)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(jìn)行退火使SiC晶片維持在第四溫度， 退火時(shí)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(jù)權(quán)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(diǎn)測(cè)溫。
3.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(fā)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(shí)充入保護(hù)氣體Ar；2)第一升溫階段、保持溫度；3)第二升溫階段，穩(wěn)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(fā)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(nèi)實(shí)施，作為托盤的硅片可以采用多種規(guī)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(wěn)定溫度。通過改變?cè)O(shè)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(zhì)量，器件可靠性和成品率。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102569039SQ20121000025
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者李理, 柏松, 陳剛 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所