CN105244266B - 一种SiC晶圆的欧姆接触形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于SiC领域，尤其涉及一种SiC晶圆的欧姆接触形成方法。本发明提供的方法包括以下步骤：a)、SiC晶圆表面沉积金属层，得到表面沉积有金属层的SiC晶圆；b)、所述表面沉积有金属层的SiC晶圆进行退火处理，得到形成欧姆接触的SiC晶圆；所述退火处理包括若干个升温阶段、若干个保温阶段和若干个降温阶段，所述退火处理中的至少一个阶段在CO2气氛中进行。本发明提供的方法在沉积有金属层的SiC晶圆进行退火的过程中通入了CO2气体，CO2气体与退火过程中生成的碳单质反应生成CO气体，从而在退火过程中实现了碳单质的有效去除，因此无需额外增加除碳工艺，大大简化了SiC晶圆欧姆接触工艺的处理流程。
Description
技术领域
本发明属于SiC领域，尤其涉及一种SiC晶圆的欧姆接触形成方法。
背景技术
作为第三代半导体材料，SiC材料具有许多独特的优势，例如：击穿电场高、导通电阻低、热导率高及饱和电子迁移速率高等。因此，SiC器件具有较高的耐压容量、较低的导通电阻、较好的导热性能。由于SiC器件具有上述诸多优点，使得其越来越受到人们的重视，成为一种应用前景非常广阔的半导体器件。
SiC器件的制备十分复杂，包括SiC薄膜生长、离子掺杂、等离子体刻蚀和形成欧姆接触等诸多工序。其中，形成欧姆接触是制备SiC器件最为重要的工序之一，欧姆接触的好坏直接影响着SiC器件的性能。
所谓形成欧姆接触，实际上是指在金属与半导体之间形成一种特殊的接触状态，在这种接触状态下，接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻。由于金属与SiC晶圆表面直接接触无法形成欧姆接触，因此均需要在金属与SiC晶圆表面接触后进行退火处理，使接触金属与SiC晶圆之间形成金属硅化物层。该金属硅化物层可以有效降低接触金属与SiC晶圆之间的势垒，从而实现接触金属与SiC晶圆表面的欧姆接触。
在对SiC晶圆与金属接触后得到的器件进行退火过程中，接触金属与SiC晶圆反应生成金属硅化物的同时还会生成碳单质，这些碳单质中有一部会向接触金属表面析出，从而残留在接触金属表面上，形成薄层碳。这些薄层碳如果不被有效去除，将直接影响欧姆接触效果，导致欧姆接触电阻增加、欧姆接触特性恶化，从而严重影响器件的正向特性。
为了解决上述问题，目前采用的方法是在完成退火之后，增加一步表面除碳的工艺步骤。其中，较为普遍采用的除碳方法是氧等离子体除碳法，氧等离子体除碳法是通过电磁场将氧气电离成氧等离子体，再将氧等离子与退火后的SiC器件相接触，从而将SiC器件表面的薄层碳氧化成气体，实现薄层碳的去除。
虽然氧等离子体除碳法可以有效的去除SiC器件表面的薄层碳，但该方法不仅工艺复杂，还会造成SiC器件中接触金属的氧化，使得在除碳工艺之后还需要增加工艺处理被氧化的接触金属，导致整个SiC晶圆欧姆接触工艺的进一步复杂化。另外，如果薄层碳及被氧化的欧姆接触金属去除不够完全，将会对器件性能造成严重影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种SiC晶圆的欧姆接触形成方法，本发明提供的方法在退火过程中实现了碳的有效去除，无需额外增加除碳工艺，大大简化了SiC晶圆欧姆接触工艺的处理流程。
本发明提供了一种SiC晶圆的欧姆接触形成方法，包括以下步骤：
a)、SiC晶圆表面沉积金属层，得到表面沉积有金属层的SiC晶圆；
b)、所述表面沉积有金属层的SiC晶圆进行退火处理，得到形成欧姆接触的SiC晶圆；
所述退火处理包括若干个升温阶段、若干个保温阶段和若干个降温阶段，所述退火处理中的至少一个阶段在CO2气氛中进行。
优选的，所述退火处理依次包括升温阶段、第一保温阶段、第一降温阶段、第二保温阶段和第二降温阶段；所述第二保温阶段在CO2气氛中进行；所述第二保温阶段的温度为150～350℃。
优选的，所述第二保温阶段的时间为2～20min。
优选的，所述升温阶段的升温速率为10～40℃/s。
优选的，所述第一保温阶段的温度为800～1200℃。
优选的，所述第一保温阶段的时间为1～10min。
优选的，所述第一降温阶段和第二降温阶段的降温方式为自然降温。
优选的，所述第二降温阶段在惰性气体或N2气氛下进行。
优选的，步骤a)中，所述沉积金属层的方式为磁控溅射。
优选的，所述表面沉积有金属层的SiC晶圆的金属层厚度为50～500nm。
与现有技术相比，本发明提供了一种SiC晶圆的欧姆接触形成方法。本发明提供的方法包括以下步骤：a)、SiC晶圆表面沉积金属层，得到表面沉积有金属层的SiC晶圆；b)、所述表面沉积有金属层的SiC晶圆进行退火处理，得到形成欧姆接触的SiC晶圆；所述退火处理包括若干个升温阶段、若干个保温阶段和若干个降温阶段，所述退火处理中的至少一个阶段在CO2气氛中进行。本发明提供的方法在沉积有金属层的SiC晶圆进行退火的过程中通入了CO2气体，CO2气体与退火过程中生成的碳单质反应生成CO气体，从而在退火过程中实现了碳单质的有效去除，因此无需额外增加除碳工艺，大大简化了SiC晶圆欧姆接触工艺的处理流程。实验结果表明，相比于退火处理过程中未加入CO2气体的情况，由本发明提供的方法制得的形成欧姆接触的SiC晶圆组装成的半导体器件的正向特性大大提升，从而证明采用本发明提的方法可以有效去除SiC晶圆在欧姆接触形成过程中接触金属表面的残碳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的由实施例1制得的欧姆接触的SiC晶圆组装成的SBD器件的正向特性测试曲线图；
图2是本发明提供的由实施例2制得的欧姆接触的SiC晶圆组装成的SBD器件的正向特性测试曲线图；
图3是本发明提供的由实施例3制得的欧姆接触的SiC晶圆组装成的SBD器件的正向特性测试曲线图；
图4是本发明提供的由对比例制得的欧姆接触的SiC晶圆组装成的SBD器件的正向特性测试曲线图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种SiC晶圆的欧姆接触形成方法，包括以下步骤：
a)、SiC晶圆表面沉积金属层，得到表面沉积有金属层的SiC晶圆；
b)、所述表面沉积有金属层的SiC晶圆进行退火处理，得到形成欧姆接触的SiC晶圆；
所述退火处理包括若干个升温阶段、若干个保温阶段和若干个降温阶段，所述退火处理中的至少一个阶段在CO2气氛中进行。
在本发明中，首先在SiC晶圆表面沉积金属层。其中，本发明对所述SiC晶圆的来源没有特别限定，可以采用市售的SiC晶圆，也可以根据本领域技术人员熟知的方法制备得到。在本发明中，对在所述SiC晶圆表面沉积金属层的方式没有特别限定，优选为磁控溅射。所述磁控溅射的靶材优选为Ni或Ti；所述磁控溅射的溅射气压优选为0.1～5Pa，更优选为0.2～2Pa，最优选为0.5～1Pa。所述SiC晶圆表面完成金属层的沉积后，得到表面沉积有金属层的SiC晶圆。在本发明中，所述表面沉积有金属层的SiC晶圆的金属层优选为Ni层或Ti层；所述表面沉积有金属层的SiC晶圆的金属层厚度优选为50～500nm，更优选为100～400nm，最优选为200～300nm。
得到表面沉积有金属层的SiC晶圆后，对所述表面沉积有金属层的SiC晶圆进行退火处理。其中，所述退火处理包括若干个升温阶段、若干个保温阶段和若干个降温阶段，所述退火处理中的至少一个阶段在CO2气氛中进行。在本发明提供的一个实施例中，所述退火处理依次包括升温阶段、第一保温阶段、第一降温阶段、第二保温阶段和第二降温阶段，其中，所述第二保温阶段的温度为150～350℃，所述第二保温阶段在CO2气氛中进行。在本发明中，第二保温阶段在CO2气氛中进行的原因是第二保温阶段的温度比较适合SiC晶圆在退火过程中生成的碳单质与CO2进行反应，从而实现碳单质的高效去除。
在本发明提供的上述退火处理依次包括升温阶段、第一保温阶段、第一降温阶段、第二保温阶段和第二降温阶段的实施例中，所述升温阶段的升温速率优选为10～40℃/s，更优选为20～30℃/s；所述第一保温阶段的温度优选为800～1200℃，更优选为950～1050℃；所述第一保温阶段的时间优选为1～10min，更优选为2～5min；所述第一降温阶段的方式优选为自然降温；所述第二保温阶段的温度优选为200～300℃；所述第二保温阶段的时间优选为2～20min，更优选为5～10min；所述第二降温阶段的方式优选为自然降温。在本发明中，所述第二降温阶段优选在惰性气体或N2气氛下进行。在本发明中，第二降温阶段在惰性气体或N2气氛下进行的目的是为了避免CO2与SiC晶圆表面的C反应生成的CO在低温条件下与SiC晶圆表面沉积的金属进行反应，从而生成金属碳化物，影响制品品质。
所述表面沉积有金属层的SiC晶圆退火处理完毕后，得到形成欧姆接触的SiC晶圆。
本发明提供的方法在沉积有金属层的SiC晶圆进行退火过程中通入了CO2气体，CO2气体与退火过程中生成的碳单质反应生成CO气体，从而在退火过程中实现了碳单质的有效去除，因此无需额外增加除碳工艺，大大简化了SiC晶圆欧姆接触工艺的处理流程。
实验结果表明，相比于退火处理过程未加入CO2气氛的情况，由本发明提供的方法得到的形成欧姆接触的SiC晶圆组装成的半导体器件的正向特性大大提升，从而证明采用本发明提的方法可以有效去除SiC晶圆在欧姆接触形成过程中接触金属表面的残碳。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
制备形成欧姆接触的SiC晶圆
1)欧姆接触金属淀积：采用磁控溅射法在SiC晶圆(4寸×400μm)表面淀积欧姆接触金属，靶材为Ni，溅射气压设置为0.5～1Pa，磁控溅射结束后，得到表面沉积有200～220nmNi层的SiC晶圆。
2)金属合金化退火：将表面淀积有Ni层的SiC晶圆放置在高温快速退火炉内；通入氩气，当氧含量监测***显示设备腔体内部氧含量小于20～30ppm时，开始加热，以20℃/s的升温速率将温度升至950～975℃，在该温度维持5min；自然降温，当温度降至200～300℃之间时，向退火炉中通入CO2气体使SiC晶圆完全置于CO2气氛中，维持5min；维持时间结束之后，利用N2对设备内环境进行净化，直至设备内不再有CO2和反应生成气体CO，自然降温至100℃以下出炉，得到形成欧姆接触的SiC晶圆。
实施例2
制备形成欧姆接触的SiC晶圆
1)欧姆接触金属淀积：采用磁控溅射法在SiC晶圆(4寸×400μm)表面淀积欧姆接触金属，靶材为Ni，溅射气压设置为0.5～1Pa，磁控溅射结束后，得到表面沉积有230～250nmNi层的SiC晶圆。
2)金属合金化退火：将表面淀积有Ni层的SiC晶圆放置在高温快速退火炉内；通入氩气，当氧含量监测***显示设备腔体内部氧含量小于20～30ppm时，开始加热，以25℃/s的升温速率将温度升至970～990℃，在该温度维持3min；自然降温，当温度降至200～300℃之间时，向退火炉中通入CO2气体使SiC晶圆完全置于CO2气氛中，维持7min；维持时间结束之后，利用N2对设备内环境进行净化，直至设备内不再有CO2和反应生成气体CO，自然降温至100℃以下出炉，得到形成欧姆接触的SiC晶圆。
实施例3
制备形成欧姆接触的SiC晶圆
1)欧姆接触金属淀积：采用磁控溅射法在SiC晶圆(4寸×400μm)表面淀积欧姆接触金属，靶材为Ni，溅射气压设置为0.5～1Pa，磁控溅射结束后，得到表面沉积有280～300nmNi层的SiC晶圆。
2)金属合金化退火：将表面淀积有Ni层的SiC晶圆放置在高温快速退火炉内；通入氩气，当氧含量监测***显示设备腔体内部氧含量小于20～30ppm时，开始加热，以30℃/s的升温速率将温度升至1025～1050℃，在该温度维持2min；自然降温，当温度降至200～300℃之间时，向退火炉中通入CO2气体使SiC晶圆完全置于CO2气氛中，维持10min；维持时间结束之后，利用N2对设备内环境进行净化，直至设备内不再有CO2和反应生成气体CO，自然降温至100℃以下出炉，得到形成欧姆接触的SiC晶圆。
对比例
制备形成欧姆接触的SiC晶圆
1)欧姆接触金属淀积：采用磁控溅射法在SiC晶圆(4寸×400μm)表面淀积欧姆接触金属，靶材为Ni，溅射气压设置为0.5～1Pa，磁控溅射结束后，得到表面沉积有200～220nmNi层的SiC晶圆。
2)金属合金化退火：将表面淀积有Ni层的SiC晶圆放置在高温快速退火炉内；通入氩气，当氧含量监测***显示设备腔体内部氧含量小于20～30ppm时，开始加热，以20℃/s的升温速率将温度升至950～975℃，在该温度维持5min；自然降温，当温度降至200～300℃之间时，维持5min；维持时间结束之后，自然降温至100℃以下出炉，得到形成欧姆接触的SiC晶圆。
实施例4
性能测试
将实施例1～3和对比例制得的形成欧姆接触的SiC晶圆组装成肖特基势垒二极管(SBD)，对SBD器件进行正向特性测试，参照的测试标准为：MIL-STD-750F:2012Method4011.4&4016.4；测试条件为：温度24℃，湿度37％，电流范围0～30A，电压范围0～3V。测试结果如图1～图4所示，图1是本发明提供的由实施例1制得的欧姆接触的SiC晶圆组装成的SBD器件的正向特性测试曲线图；图2是本发明提供的由实施例2制得的欧姆接触的SiC晶圆组装成的SBD器件的正向特性测试曲线图；图3是本发明提供的由实施例3制得的欧姆接触的SiC晶圆组装成的SBD器件的正向特性测试曲线图；图4是本发明提供的由对比例制得的欧姆接触的SiC晶圆组装成的SBD器件的正向特性测试曲线图。
通过将图1～图3的正向特性测试结果与图4进行比较可以看出，由实施例1～3制得的形成欧姆接触的SiC晶圆组装成的SBD器件正向特性远远优于由对比例制得的形成欧姆接触的SiC晶圆组装成的SBD器件。从而可以证明采用本发明提的方法可以有效去除SiC晶圆在欧姆接触形成过程中接触金属表面的残碳。
对实施例1～3制得的形成欧姆接触的SiC晶圆组装成的SBD器件进行高温存储、温度冲击以及高温反偏可靠性试验，结果均为合格，说明本发明提供的形成欧姆接触的SiC晶圆具有良好的使用可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种SiC晶圆的欧姆接触形成方法，包括以下步骤：
a)、SiC晶圆表面沉积金属层，得到表面沉积有金属层的SiC晶圆；
b)、所述表面沉积有金属层的SiC晶圆进行退火处理，得到形成欧姆接触的SiC晶圆；
所述退火处理包括若干个升温阶段、若干个保温阶段和若干个降温阶段，所述退火处理中的至少一个阶段在CO2气氛中进行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火处理依次包括升温阶段、第一保温阶段、第一降温阶段、第二保温阶段和第二降温阶段；所述第二保温阶段在CO2气氛中进行；所述第二保温阶段的温度为150～350℃。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二保温阶段的时间为2～20min。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述升温阶段的升温速率为10～40℃/s。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一保温阶段的温度为800～1200℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一保温阶段的时间为1～10min。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一降温阶段和第二降温阶段的降温方式为自然降温。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二降温阶段在惰性气体或N2气氛下进行。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a)中，所述沉积金属层的方式为磁控溅射。
10.根据权利要求1～9任一项所述的方法，其特征在于，所述表面沉积有金属层的SiC晶圆的金属层厚度为50～500nm。
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