[发明专利]一种实现P型SiC材料低温欧姆合金退火的方法

说明书

技术领域

本发明涉及P型宽禁带材料欧姆接触合金退火技术领域，特别涉及一种采用两步退火方式实现P型SiC材料低温欧姆合金退火的方法。

背景技术

宽禁带碳化硅(SiC)材料的良好欧姆接触质量的获得是实现SiC器件高温、高压、高频及大功率应用的关键因素。但是，大部分文献中报道的Ti/Al基和硅化物欧姆电极的合金退火都在900-1180℃之间，高温退火不仅会引起表面形貌粗糙问题，而且可能导致器件性能的下降。实验证明，由原子力显微镜(AFM)或扫描电镜(SEM)得到表面粗糙度越小的样品，欧姆接触质量就越好。采用两步退火方式，利用催化剂金属的作用，在较低温退火条件下，促使欧姆电极金属与SiC层形成良好欧姆接触，是有效降低欧姆合金退火温度的有效方式之一。

目前，在P型SiC材料欧姆合金退火方面，主要是通过优化选择金属化系统，实现低温欧姆合金退火。已经有报道的有，采用Ge/Ti/Al金属化系统可使合金温度降至600℃，且表面形貌平整，获得低欧姆接触比电阻率。有关这方面的专利，也都集中在多层欧姆接触金属结构的改进和退火装置的改进方面(见专利CN1868036.美国克里公司D·B小斯拉特等.金属-碳化硅欧姆接触的局部退火及其形成的装置；专利CN1195883.太田顺道等.欧姆电极的形成方法及半导体装置；专利CN101567383.陈小龙等.一种用于碳化硅的欧姆电极结构及其制造方法；专利CN101369600.姜岩峰等.P型碳化硅器件及其制作方法)。通过专利调研发现，降低欧姆接触合金退火温度方面的专利甚少，特别是采用两步退火方式来实现低温合金欧姆接触方面的专利，未见报道。

要形成良好P型SiC欧姆接触，除了能形成良好界面过渡层微结构外，其形态和表面形貌的好坏也很重要。因为好的欧姆接触要求界面过渡层连续，表面粗糙度大、表面不平整都会导致界面过渡层的不连续并产生界面态。而SiC的肖特基势垒高度微弱的依赖金属的功函数，界面态会导致部分的费米能级扎钉。同时界面的化学连接对确定势垒高度也起着重要的作用。因此，采用低温欧姆合金退火方法，在源头消除引起表面形貌、界面形态不平整、不连续的因素，实现P型SiC材料的良好欧姆接触是十分必要的。采用本发明提供的两步退火方式，是一种改良的欧姆合金技术。采用这种改良的欧姆合金退火技术，不但可以保证低温下形成界面过渡层结构，而且得到的样品表面粗糙度低、表面形貌良好，有效避免了表面态和能带的不连续性对欧姆接触的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种实现P型SiC材料低温欧姆合金退火的方法，以在较低欧姆合金退火温度下，使欧姆接触金属与P型SiC界面发生反应，形成连续的界面过渡层结构，从而实现P型SiC材料的良好欧姆接触。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种实现P型SiC材料低温欧姆合金退火的方法，针对TiAl基金属化系统，该方法采用两步退火方式实现P型SiC材料低温欧姆接触，第一步退火为预退火，第二步退火为高温快速退火，其中：第一步预退火是通过预退火方式形成Al的合金体系，促进TiAl基欧姆接触金属与P型SiC的界面反应，形成界面过渡层；第二步高温快速退火是利用预退火过程中形成的界面反应催化剂，在低于常规快速退火温度下，实现Ti、Al与SiC的反应，形成低势垒、高载流子密度的碳化物或者硅化物过渡层(ISL)。

上述方案中，所述Al的合金体系包括在预退火条件下形成的Al熔融态和催化剂金属，该Al的合金体系用于作为界面反应催化剂，促使游离态的Si出现在Al层中，提高SiC中Si受主的浓度。所述催化剂金属用于在较低温度下与熔融态Al形成Al的合金体系，促进欧姆接触金属与衬底材料的界面反应。

上述方案中，所述第一步预退火中，预退火温度控制在400-660℃之间，并短时间预退火，其退火时间控制在60秒，并小于第二步高温退火时间。

上述方案中，所述第二步高温快速退火中，其退火温度范围为600-1000℃，退火时间范围为2分钟-30分钟。

上述方案中，所述形成低势垒、高载流子密度的碳化物或者硅化物过渡层是形成Al₄C₃，Ti₃SiC₂或Al₃Ti过渡层。

上述方案中，在所述两步退火过程中，温度的上升和下降都有一定的缓冲时间，上升阶段为5秒-10秒，下降阶段为20秒-120秒，其中，升温速率为60-80℃/秒。