CN102768946A - 一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法 - Google Patents

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李理
陈刚
柏松
陶永洪
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Abstract

本发明是一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法，包括以下步骤：1）在SiC晶片正面制备一层SiO2作为保护层；2）在SiC晶片背面制备欧姆接触金属；3）将SiC晶片正面向下放在托盘上，晶片正面保护层和托盘直接接触，然后放入快速热处理装置；4）对SiC晶片进行快速退火；5）采用湿法腐蚀去除SiC晶片正面保护层。优点：可在任何采用灯光辐射为热源的商用快速热处理装置内实施，快速退火过程中使用的托盘可重复使用，无需每次退火前清洗，降低器件的生产成本。采用保护层后，能完全避免托盘上的杂质和颗粒对晶片的影响，提高器件成品率和可靠性。保护层采用湿法腐蚀的方式去除，不会对器件的背面欧姆接触和正面工艺有影响。

Description

一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法
技术领域
本发明涉及的是一种快速退火方法，具体是涉及一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法。
背景技术
碳化硅（SiC）材料是自第一代元素半导体材料（Si）和第二代化合物半导体材料（GaAs、GaP、InP等）之后发展起来的第三代宽带隙半导体材料。SiC材料由于具有宽带隙、高临界击穿电场、高热导率、高电子饱和漂移速度等特点，特别适合制作微波大功率、高压、高温、抗辐照电子器件，在国民经济各方面具有广泛的应用。当前，SiC器件的研制已经成为研究热点。
SiC是化合物半导体中唯一能够由热氧化形成SiO2的材料，因此非常适合制作功率器件，SiC功率器件可以显著降低电子设备的能耗。在SiC功率器件的制作过程中不仅要进行正面工艺，还需要在背面制作欧姆接触，欧姆接触质量的好坏，接触电阻的大小会直接影响到器件的性能和可靠性。
为了实现SiC与金属的欧姆接触，需要使用快速退火系统对器件进行快速退火处理。目前应用最广泛和制造成本最低的快速退火系统均采用灯光辐射作为热源，通过热辐射的方式加热晶片。由于SiC晶片对热辐射的透射率很高（约等于1），所以无法直接进行快速退火，需要将将SiC晶片放置在一个托盘上进行退火，SiC晶片与托盘直接接触，托盘升温后以热传导的方式加热SiC晶片。这种退火方法的缺点是SiC晶片需要与托盘直接接触，托盘在重复使用的过程中很难保证表面不出现杂质沾污，同时每一次升降温的过程都会使托盘表面产生少量颗粒。在进行背面欧姆接触退火时，如果SiC晶片正面向下托盘上的杂质和颗粒在退火过程中会扩散进入晶片或附着在晶片表面，最终导致器件的成品率下降；如果SiC晶片正面向上托盘上的杂质和颗粒会与晶片背面欧姆接触金属发生反应，导致金属表面粗糙，直接影响到器件的可靠性。针对以上缺点，目前常用的解决方法有两种，一是采用激光作为快速退火的热源，改用激光后无需使用托盘就能进行SiC晶片快速退火，能够完全避免托盘带来的杂质和颗粒对器件的影响，但激光快速退火装置十分昂贵，产量较低，运行成本也较高；二是在每次快速退火前对托盘进行清洗或更换，尽量减少托盘上的杂质和颗粒，但这种方法无法完全避免杂质和颗粒对器件的影响，还提高了器件的生产成本。
综上所述，目前常用的SiC器件背面欧姆接触的快速退火方法有许多缺陷，影响了SiC器件的可靠性和成品率，还缺少一种生产成本较低的快速退火方法。 
发明内容
本发明提出的是一种SiC器件背面欧姆接触的快速退火方法，其目的是为了解决现有技术所存在的上述不足，提出了一种生产成本低，工艺简单，退火效果好的快速退火方法。
本发明的技术解决方案：该方法包括以下步骤：
1）在SiC晶片正面制备一层厚度为20纳米-2微米的SiO2作为保护层；
2）在SiC晶片背面制备欧姆接触金属；  
3）将SiC晶片正面向下放在托盘上，晶片正面保护层和托盘直接接触，然后放入快速热处理装置，快速退火装置的加热面在SiC晶片上方，测温装置在托盘下方；
4）将SiC晶片进行30s -1000s的快速退火，退火温度600℃-1100℃；
5）采用5%-30%氢氟酸腐蚀SiC晶片正面的SiO2保护层。
所述的SiC器件背面欧姆接触的快速退火方法，可以在任何采用灯光辐射为热源，单面加热，单点测温的商用快速热处理装置内实施。
所述的SiC器件背面欧姆接触的快速退火方法，在制作背面欧姆金属之前，先在晶片正面制备一层SiO2保护层，SiO2具有良好的耐热性，在快速退火的过程中能够保持稳定。
所述的SiC器件背面欧姆接触的快速退火方法，在快速退火过程中晶片正面向下放置在托盘上，保护层与托盘直接接触，能够完全避免托盘上的杂质和颗粒对晶片的影响。
所述的SiC器件背面欧姆接触的快速退火方法，待快速退火工艺完成后，采用含氢氟酸的溶液去除SiC晶片正面SiO2保护层，腐蚀溶液不会对器件的背面欧姆接触和正面工艺有影响。
本发明的有益效果：1）该方法可以在任何采用灯光辐射为热源，单面加热，单点测温的商用快速热处理装置内实施，设备结构简单，购置和使用成本低。2）由于晶片正面有保护层，所以快速退火过程中使用的托盘可以重复使用，不需要每次退火前清洗，降低了器件的生产成本。3）在快速退火的过程中晶片正面向下，保护层与托盘直接接触，能够完全避免托盘上的杂质和颗粒对晶片的影响，提高了器件的成品率和可靠性。4）完成快速退火后，正面SiO2保护层采用湿法腐蚀的方式去除，腐蚀溶液不会对器件的背面欧姆接触和正面工艺有影响。
附图说明
附图1是本发明的较佳实施例的退火结构剖面示意图。
图中的1是快速退火装置的加热面；2是SiC晶片；3是托盘；4是测温装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
对照附图，
1）在SiC晶片采用热氧化方法制备一层厚度为20nm的SiO2作为保护层；
2）在SiC晶片背面采用电子束蒸发制备一层欧姆接触金属Ni；  
3）将SiC晶片2正面向下放在托盘3上，晶片正面保护层和托盘直接接触，然后放入快速热处理装置，快速退火装置的加热面1在SiC晶片2上方，测温装置4在托盘3下方；
4）将SiC晶片进行1000s的快速退火，退火温度1100℃；
5）采用5%氢氟酸腐蚀SiC晶片正面的SiO2保护层。
实施例2
对照附图，
1）在SiC晶片正面采用化学气相淀积制备一层厚度为2um的SiO2作为保护层；
2）在SiC晶片背面采用溅射设备制备欧姆接触金属Ti/Al；  
3）将SiC晶片2正面向下放在托盘3上，晶片正面保护层和托盘直接接触，然后放入快速热处理装置，快速退火装置的加热面1在SiC晶片2上方，测温装置4在托盘3下方；
4）将SiC晶片进行30s的快速退火，退火温度600℃；
5）采用30%氢氟酸腐蚀SiC晶片正面的SiO2保护层。
所述的工艺步骤1）在SiC晶片正面制备一层SiO2作为保护层步骤。这一步骤能在SiC晶片正面制作一层保护层，在快速退火的过程保护层与托盘直接接触，能够完全避免托盘上的杂质和颗粒对晶片的影响；在这一步骤中制备的SiO2保护层厚度范围是20纳米-2微米。保护层太薄在退火过程中杂质和颗粒会扩散穿过保护层进入晶片或附着在晶片表面。由于SiO2导热性能较差，保护层太厚会影响快速退火时的控温精度。
所述的工艺步骤2）在SiC晶片背面制备欧姆接触金属步骤。在这一步骤中不同的欧姆金属和不同的欧姆金属混合比例将直接影响到快速退火的工艺条件，例如采用Ti/Al作为欧姆接触金属，快速退火温度一般不能超过700℃，采用Ni作为欧姆接触金属，快速退火温度不能少于900℃。
所述的工艺步骤4）对SiC晶片进行快速退火步骤，在这一步骤中退火时间和退火温度都会直接影响到欧姆接触的性能，因此选择合适的退火条件是快速退火中的重要问题。在快速退火的过程中晶片正面向下，保护层与托盘直接接触，能够完全避免托盘上的杂质和颗粒对晶片的影响。
所述的工艺步骤5）腐蚀SiC晶片正面保护层步骤，在这一步骤中腐蚀溶液中含氢氟酸比例越高，保护层的腐蚀速率越快。氢氟酸不会对腐蚀器件的背面欧姆接触金属和SiC晶片，对正面工艺没有影响。

Claims (9)

1.一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法，其特征是该方法包括如下步骤：
1）在SiC晶片正面制备一层厚度为20纳米-2微米的SiO2作为保护层；
2）在SiC晶片背面制备欧姆接触金属；  
3）将SiC晶片（2）正面向下放在托盘（3）上，晶片正面保护层和托盘直接接触，然后放入快速热处理装置，快速退火装置的加热面（1）在SiC晶片（2）上方，测温装置（4）在托盘（3）下方；
4）将SiC晶片进行30s -1000s的快速退火，退火温度600℃-1100℃；
5）采用5%-30%氢氟酸腐蚀SiC晶片正面的SiO2保护层。
2.根据权利要求1所述的一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法，其特征是SiO2保护层的制备方法包括化学气相淀积，热氧化。
3.根据权利要求1所述的一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法，其特征是欧姆接触金属包括Ni，Ti，Al，Pd，Au，Pt中的一种或二种以上的合金。
4.根据权利要求1所述的一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法，其特征是快速热处理装置采用灯光辐射为热源，单面加热，单点测温。
5.根据权利要求1所述的一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法，其特征是托盘（3）是Si托盘或石墨托盘。
6.根据权利要求1所述的一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法，其特征是快速退火的温度范围是600℃-1100℃；快速退火的时间范围是30秒-1000秒。
7.根据权利要求1所述的一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法，其特征是采用含氢氟酸的溶液去除SiC晶片正面保护层。
8.根据权利要求1所述的一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法，其特征是碳化硅晶片是6H-SiC或4H-SiC。
9.根据权利要求1所述的一种碳化硅器件背面欧姆接触的快速退火方法，其特征是碳化硅晶片的类型包括碳化硅衬底和在碳化硅衬底上生长了一层或多层碳化硅薄膜的外延片。
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