激光退火制备SiC欧姆接触的方法与流程

激光退火制备sic欧姆接触的方法
技术领域
1.本发明涉及激光退火技术领域，特别涉及一种激光退火制备sic欧姆接触的方法。


背景技术：

2.碳化硅(silicon carbide,sic)具有宽带隙、高击穿场、高电子饱和漂移速度和高导热性等特性，是常被应用于高温、高功率和高频设备的半导体材料。sic器件在正向偏置电压作用下的性能通常受到其接触电阻的限制，因而如何得到低接触电阻率的欧姆特性是高性能sic器件制备的关键工艺问题之一。
3.金属和半导体形成欧姆接触是指金属和半导体的接触处可作为一个纯电阻，而且该电阻越小越好，可使得在器件操作时大部分的电压不作用于金属和半导体的接触面上，提高器件性能。
4.在sic欧姆接触的制备过程中，通常在sic衬底层上沉积金属层(例如ni和nb)，再对sic衬底层和金属层进行退火处理，以形成sic欧姆接触。研究发现，ni/4h-sic欧姆接触需要在900℃-1100℃的高温下退火2min-15min后才能形成；采用快速热退火(rapid thermalannealing，rta)在氮气环境下制备sic欧姆接触时，1000℃的温度下退火2min可以形成ni/nb/4h-sic欧姆接触，其中，在退火过程中nb6c5和ni2si等化合物的产生量是影响形成的ni/sic欧姆接触的电阻率的重要因素；而对于退火形成的nb/4h-sic欧姆接触，观察其退火后的显微组织发现，在700℃至900℃的退火温度下形成了nb2c和nb3si，在1000℃的退火温度下形成了nb6c5和nb5si3，且在任何样品中均未观察到碳的沉淀。上述研究结果表明通过退火制备得到的sic欧姆接触的电阻率与退火温度和退火时间直接相关。退火制备得到的sic欧姆接触要具有低电阻率的欧姆特性，需要采用适合的高温退火工艺。
5.传统的退火炉退火需要较长的退火时间，且对器件中注入的杂质离子的浓度的再分布有影响，同时还会导致电极表面损伤恶化，而快速热退火对退火范围和退火温度的控制不够精确。相对而言，采用脉冲激光辐照退火(laser sparkannealig，lsa)技术制备的欧姆接触在电极表面形貌、界面形貌和电极层组分均匀性等方面都有较为突出的优势，是形成sic欧姆接触的优选方式。lsa技术的关键在于如何灵活控制退火温度和退火时间，使得金属层与半导体衬底之间的互扩散和化学反应能高效进行。
6.近年来，利用lsa技术制备sic欧姆接触时，主要采用的是单脉冲激光对sic器件进行退火，存在激活效率低下，无法有效控制金属层和sic衬底层进行化学反应的时间，不能产生所需的化学产物等问题，导致得到的sic欧姆接触的电阻率不能达到期望值，进而影响sic器件的性能提升。因此，目前的lsa技术仍然需要改进。


技术实现要素：

7.本发明提供一种激光退火制备sic欧姆接触的方法，可以精确控制退火温度和退火时间，以便于产生合适的化学产物，使得sic欧姆接触的电阻率达到期望值，从而有助于提升sic器件的性能。
8.本发明提供一种激光退火制备sic欧姆接触的方法，所述方法包括：
9.提供待处理的sic器件结构，所述sic器件结构包括sic衬底层以及用于形成硅化物的表面金属层；
10.利用第一激光束和第二激光束的组合共同对所述sic器件结构的上表面进行退火，所述第一激光束用于对所述sic器件结构进行预加热，所述第二激光束用于对所述sic器件结构进行控温；其中，在同一脉冲周期内，所述第一激光束的脉冲宽度小于所述第二激光束的脉冲宽度，且所述第一激光束加载结束后，间隔设定延时时间，所述第二激光束开始加载。
11.可选的，所述表面金属层和所述sic衬底层的界面反应在设定温度范围内发生，在所述第一激光束对所述sic器件结构进行预加热的过程中，所述sic器件结构的温度至少达到所述设定温度范围的下限。
12.可选的，在所述第二激光束对所述sic器件结构进行控温的过程中，所述sic器件结构的温度至少达到所述设定温度范围的上限。
13.可选的，所述设定温度范围为900℃～1100℃。
14.可选的，在单个脉冲周期内，所述设定延时时间为0ns～100ns。
15.可选的，所述第一激光束和所述第二激光束均为紫外脉冲激光，且波长均在244nm～364nm范围内。
16.可选的，所述第一激光束的脉冲宽度小于等于20ns，所述第二激光束的脉冲宽度为所述第一激光束脉冲宽度的2倍～10倍。
17.可选的，所述第一激光束的能量密度范围为0.4j/cm2～0.8j/cm2，所述第二激光束的能量密度范围为0.6j/cm2～1.6j/cm2。
18.可选的，所述第一激光束和所述第二激光束的脉冲频率相同。
19.可选的，所述第一激光束和所述第二激光束的脉冲频率为20khz～50khz。
20.可选的，在所述激光退火过程中，控制所述表面金属层的温度在所述表面金属层材料的熔点以下。
21.可选的，所述sic衬底层的晶型为3c-sic、4h-sic或6h-sic。
22.可选的，所述表面金属层的材料包括ni、ti、co、al、nb或pt中的至少一种。
23.可选的，所述第一激光束和所述第二激光束照射到所述表面金属层分别形成第一光斑和第二光斑，在扫描过程中，所述第一光斑和所述第二光斑分别在扫描方向上移动；相邻两个所述第一光斑在扫描方向上的重叠率大于50％且小于100％，相邻两个所述第二光斑在扫描方向上的重叠率大于50％且小于100％。
24.可选的，所述第一激光束和所述第二激光束中任意一个的空间能量分布为高斯分布或超高斯分布。
25.本发明的激光退火制备sic欧姆接触的方法中，利用第一激光束和第二激光束的组合共同对所述sic器件结构的上表面进行退火，所述第一激光束用于对所述sic器件结构进行预加热，所述第二激光束用于对所述sic器件结构进行控温；其中，在同一脉冲周期内，所述第一激光束的脉冲宽度小于所述第二激光束的脉冲宽度，且所述第一激光束加载结束后，间隔设定延时时间，所述第二激光束开始加载。由于第一激光束和第二激光束的脉冲可以分别调制且它们之间的设定延时时间可以调节，通过它们的组合来对sic器件结构进行
激光退火，可以较为精确地调节退火温度和退火时间，使得sic器件结构可以尽可能长的处于反应温度区间内，以产生合适的化学产物,便于获得满足要求的sic欧姆接触。
附图说明
26.图1为本发明一实施例的激光退火制备sic欧姆接触的方法的流程图。
27.图2为本发明一实施例中的sic器件结构的示意图。
28.图3为本发明一实施例中第一激光束和第二激光束在单个周期内的时间序列示意图。
29.图4为本发明一实施例中第一激光束和第二激光束形成的光斑的光强分布示意图。
30.图5为第一仿真测试得到的能量密度与sic器件结构各界面温度的关系图。
31.图6为第一仿真测试得到的能量密度与反应时间的关系图。
32.图7为第二仿真测试得到的能量密度与sic器件结构各界面温度的关系图。
33.图8为第二仿真测试得到的能量密度与反应时间的关系图。
34.图9为第三仿真测试得到的sic器件结构各界面的温度场分布图。
35.图10至图12为第三仿真测试得到的nb/sic界面的温度场分布图。
36.图13为第三仿真测试得到的延时时间与反应时间的关系图。
37.图14为为第四仿真测试得到sic器件结构各界面的温度场分布图。
38.图15至图17为第四仿真测试得到的nb/sic界面的温度场分布图。
39.图18为第四仿真测试得到的延时时间与反应时间的关系图。
40.图19为第一激光束的脉宽固定为10ns，第二激光束不同脉宽时最优工艺条件所对应的最大反应时间关系图。
具体实施方式
41.以下结合附图和具体实施例对本发明提出的激光退火制备sic欧姆接触的方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
42.现有的激光退火制备sic欧姆接触的方法常采用单脉冲激光对sic衬底层和其上的表面金属层进行激光退火。但是，利用单脉冲激光进行退火制备sic欧姆接触存在退火温度和退火时间无法有效控制的问题，从而不能定向产生所需的化学产物，且化学产物的均匀性较差，导致得到的sic欧姆接触的电阻率仍不能达到期望值，sic器件的性能不能有效地提升，无法满足需求。
43.为解决上述问题，本发明提供一种激光退火制备sic欧姆接触的方法。所述激光退火制备sic欧姆接触的方法可以应用于sic器件的制造工艺中。图1为本发明一实施例的激光退火制备sic欧姆接触的方法的流程图。如图1所示，一实施例中，所述激光退火制备sic欧姆接触的方法包括第一步骤和第二步骤，在所述第一步骤，提供待处理的sic器件结构，所述sic器件结构包括sic衬底层以及用于形成硅化物的表面金属层；在所述第二步骤，利用第一激光束和第二激光束的组合共同对所述sic器件结构的上表面进行退火，所述第一
激光束用于对所述sic器件结构进行预加热，所述第二激光束用于对所述sic器件结构进行控温；其中，在同一脉冲周期内，所述第一激光束的脉冲宽度小于所述第二激光束的脉冲宽度，且所述第一激光束加载结束后，间隔设定延时时间，所述第二激光束开始加载。
44.本发明实施例中，要制备的sic欧姆接触可以理解为使得沉积在sic衬底层上的金属层与sic衬底层间的接触处为一个纯电阻，且该电阻的电阻率较小。所述激光退火制备sic欧姆接触的方法通过对sic器件结构进行激光退火以形成sic欧姆接触。
45.以下对本发明实施例的激光退火制备sic欧姆接触的方法作进一步说明。首先，在第一步骤，提供待处理的sic器件结构。图2为本发明一实施例中的sic器件结构的示意图。如图2所示，一实施例中，待进行激光退火的sic器件结构包括sic衬底层10和用于形成硅化物的表面金属层20，所述sic衬底层10和表面金属层20的侧面可以形成有绝缘层30。
46.具体的，所述sic衬底层10中，sic的晶型可以为3c-sic、4h-sic或6h-sic。但不限于此，在其它实施例中，sic还可以是其它类型的晶型结构。这里3c、4h和3c分别表示不同的原子堆垛次序，c表示立方晶格结构，h表示六方晶格结构，3、4和6表示堆垛循环周期，3c表示由周期为3层的sic原子密排为立方晶格结构，4h表示由周期为4层的原子密排形成的六方晶格结构，6h表示由周期为6层的原子密排形成的六方晶格结构。
47.形成于sic衬底层10表面上的表面金属层20的材料可以包括ni(镍)、ti(钛)、co(钴)、al(铝)、nb(铌)或pt(铂)等用于sic器件的金属中的至少一种。所述金属层可以是单层结构，也可以是叠层结构。
48.作为示例，所述sic衬底层10例如为4h-sic，所述表面金属层20包括覆盖sic衬底层10的nb金属层21和覆盖nb金属层的ni金属层22。沿图2中y轴的负方向，所述4h-sic衬底层的厚度可以为350μm，所述nb金属层和ni金属层的厚度均可以为50nm；4h-sic衬底层、nb金属层和ni金属层沿x轴方向的宽度可以均为1mm。所述nb金属层和ni金属层可以通过物理气相沉积工艺或是原子层沉积工艺形成。
49.上述第二步骤中，利用第一激光束和第二激光束的组合共同对所述表面金属层20的上表面进行退火，所述第一激光束用于对所述sic器件结构进行预加热，所述第二激光束用于对所述sic器件结构进行控温；其中，在同一脉冲周期内，所述第一激光束的脉冲宽度小于所述第二激光束的脉冲宽度，且所述第一激光束加载结束后，间隔设定延时时间，所述第二激光束开始加载。
50.具体的,所述表面金属层和所述sic衬底层的界面反应可以在设定温度范围内发生。作为示例，所述设定温度范围为900℃～1100℃。
51.在所述第一激光束对所述sic器件结构进行预加热的过程中，所述sic器件结构的温度至少可以达到所述设定温度范围的下限，例如至少达到900℃，以便于后续所述第二激光束对所述sic器件结构进行控温。
52.在所述第二激光束对所述sic器件结构进行控温的过程中，所述sic器件结构的温度至少可以达到所述设定温度范围的上限(即至少不低于所述设定温度范围的上限)，例如至少为1100℃，如此可以使得sic器件结构的温度处于界面反应的温度范围(即处于反应温度区间)内，有助于形成符合要求的sic欧姆接触。
53.所述第一激光束的脉冲宽度可以小于等于20ns，所述第二激光束的脉冲宽度可以为所述第一激光束脉冲宽度的2倍～10倍。但不限于此，本领域技术人员可以根据实际需要
调节第一激光束和第二激光束的脉冲宽度。
54.所述第一激光束的能量密度范围可以为0.4j/cm2～0.8j/cm2，所述第二激光束的能量密度范围可以为0.6j/cm2～1.6j/cm2。
55.所述第一激光束和所述第二激光束照射到所述表面金属层分别形成第一光斑和第二光斑。在同一脉冲周期内，所述第一光斑的形成位置和所述第二光斑的形成位置可以相同，即在同一脉冲周期内，所述第一激光束和所述第二激光束可以照射到所述表面金属层上表面的同一位置，共同对所述sic器件结构进行激光退火。所述第一光斑和所述第二光斑的形状和尺寸可以相同。
56.在扫描过程中，所述第一光斑和所述第二光斑分别在扫描方向上移动,相邻两个所述第一光斑在扫描方向上的重叠率可以大于50％且小于100％，相邻两个所述第二光斑在扫描方向上的重叠率可以大于50％且小于100％。
57.所述第一激光束和所述第二激光束可以具有相同的脉冲频率，以使得所述第一激光束和所述第二激光束在脉冲周期时间序列上保持同步性。所述第一激光束和所述第二激光束可以分别由不同的激光器产生，从而可以独立地进行调节。可选的，所述第一激光束和所述第二激光束的脉冲频率可以设置在20khz～50khz的范围内。
58.图3为本发明一实施例中第一激光束和第二激光束在单个周期内的时间序列示意图。如图3所示，一实施例中，在单个脉冲周期(指的是激光退火的脉冲周期)内，所述第一激光束和所述第二激光束在脉冲周期时间序列上保持同步性，第一激光束的脉冲加载结束后，间隔设定延时时间，第二激光束的脉冲开始加载，且第一激光束的脉冲宽度(持续时间)小于第二激光束的脉冲宽度，其中，第一激光束和第二激光束之间的脉冲延时可以通过激光退火装置的延时控制器进行调控。
59.通过在第一激光束和第二激光束的脉冲间设置适当的延时时间，即第一激光束首先对sic器件结构进行预加热，第二激光束可以在sic器件结构具有一定温度的情况下开始加载，以有效控制退火温度和退火时间，尤其是可以有效控制sic衬底层和金属层间的界面反应温度和时间，有助于产生合适的化学产物，提高sic器件的性能。可选的，在单个脉冲周期内，从所述第一激光束的脉冲加载结束到所述第二激光束的脉冲开始加载的设定延时时间可以为0ns～100ns。一实施例中，设定延时时间的范围可以0ns～10ns或着为0ns～20ns。
60.由于产生244nm波长以下激光(短波激光)的激光器相对于产生244nm～364nm波长激光(长波激光)的激光器价格昂贵，为了降低激光退火制备sic欧姆接触的成本，所述第一激光束和所述第二激光束均可以为紫外脉冲激光，且波长均可以为244nm～364nm范围内，例如第一激光束和第二激光束的波长均为355nm。
61.所述第一激光束和所述第二激光束中任意一个的空间能量分布可以为高斯分布(gaussian)或超高斯分布(super-gaussian)。图4为本发明一实施例中第一激光束和第二激光束聚焦形成的光斑的光强分布示意图。如图4所示，第一激光束和第二激光束的空间能量分布为高斯分布时，第一激光束和第二激光束形成的光斑光强符合关系式(1)：
[0062][0063]
关系式(1)中，ig为激光束的中心峰值光强，rg为光束半径，r为光斑上任意一点到光斑中心点的距离。
[0064]
第一激光束和第二激光束的空间能量分布为超高斯分布时，第一激光束和第二激光束形成的光斑光强符合关系式(2)：
[0065][0066]
关系式(2)中，is为激光束的中心峰值能量，rs为光束半径，r为光斑上任意一点到光斑中心点的距离，n为超高斯光束的阶数(n为整数且大于2)。当第一激光束和所述第二激光束的空间能量分布为超高斯分布时，超高斯光束的阶数越高，形成的光斑的能量越均匀，即光斑能量分布曲线上的平顶范围越大。
[0067]
当12阶超高斯激光束辐照在表面金属层的上表面时，激光束的透射率可以近似为0，其中，部分激光能量会被金属表层反射，剩余未被反射的能量全部按照lambert定律在材料(金属层和sic衬底层)深度方向上被吸收，光强在材料深度上存在指数衰减，以图2所示的sic器件结构为例，在y轴的负方向上，sic器件结构内各点到表面金属层的上表面的垂直距离为y，在激光束照射范围内，sic器件结构内各点获得的光强符合关系式(3):
[0068]
i＝αi0e-αy
ꢀꢀꢀ
(3)
[0069]
关系式(3)中，i0为原始光强，α为材料对激光能量的吸收系数。
[0070]
在材料深度方向上被吸收的光能量将会被电子吸收，致使电子产生能级跃迁，跃迁后的电子获得动能后，与晶格发生碰撞，从而使整个器件的温度升高。热量在器件内部的传导过程遵循傅里叶热传导定律，即满足关系式(4)：
[0071][0072]
关系式(4)中，材料吸收的光场能量q(y,t)＝(1-r)αi0e-αy
，r为材料表面的反射率。ρ(t)为材料的密度，cp(t)为比热容，d(t)为热扩散率，ρ(t)、cp(t)和d(t)其均为关于温度t的函数。
[0073]
研究发现，对sic器件结构进行激光退火时，sic衬底层与金属nb界面发生化学反应而产生nb
x
si
x
和nb
xcx
等化学产物的反应温度在900℃～1100℃范围内。本实施例中，可以设定所述sic器件结构反应形成所述sic欧姆接触的反应温度区间可以为900℃～1100℃。
[0074]
本实施例中，可以定义sic器件结构的温度在900℃～1100℃的温度区间内时对应的激光(如脉冲激光)加载或者冷却的时间为sic器件结构的反应时间。具体的，第一激光束和第二激光束的脉冲加载时间即为上述的激光加载时间；在第一激光束的脉冲加载结束后，间隔设定延时时间，再开始第二激光束的脉冲加载，在延时阶段，sic的温度会下降，上述的冷却时间即为延时时间。也就是说，sic器件结构的反应时间(可简称为“反应时间”)可以为其温度在900℃～1100℃范围内的时间。
[0075]
为了使得整个退火过程发生在表面金属层材料的熔点以下(即退火温度控制在金属层材料的熔点以下)，且得到比较完善的长短脉宽组合(第一激光束和第二激光束的组合)的退火工艺窗口，发明人在不同条件下对激光退火制备sic欧姆接触进行了仿真测试。具体测试条件如下所示。
[0076]
第一仿真测试的条件为：采用脉冲宽度为10ns的单脉冲激光束。
[0077]
第二仿真测试的条件为：采用脉冲宽度为50ns的单脉冲激光束。
[0078]
第三仿真测试的条件为：采用第一激光束和第二激光束的组合，第一激光束的脉
冲宽度为10ns，第二激光束的脉冲宽度为30ns。
[0079]
第四仿真测试的条件为：采用第一激光束和第二激光束的组合，第一激光束的脉冲宽度为10ns，第二激光束的脉冲宽度为50ns。
[0080]
上述四种条件的仿真测试均利用355nm波长的激光束对sic器件结构(例如图2所示的sic器件结构)进行激光退火，激光束在sic器件结构表面形成的光斑在扫描方向的重叠率可以为66.7％，光斑的扫描速度可以为1m/s。
[0081]
以下对上述四种条件的仿真测试结果进行说明。
[0082]
《第一条件仿真测试》
[0083]
图5为第一仿真测试得到的能量密度与sic器件结构各界面温度的关系图。图6为第一仿真测试得到的能量密度与反应时间的关系图。
[0084]
第一仿真测试的结果如下：如图5和图6所示，ni金属层表面熔点能量密度阈值约为0.8j/cm2；ni金属层表面熔点能量密度阈值以下，sic器件结构的反应时间最高约为5ns；ni金属层表面熔点能量密度阈值以上，反应时间最高约为8ns。
[0085]
《第二条件仿真测试》
[0086]
图7为第二仿真测试得到的能量密度与sic器件结构各界面温度的关系图。图8为第二仿真测试得到的能量密度与反应时间的关系图。
[0087]
第二仿真测试的结果如下：如图7和图8所示，ni金属层表面熔点能量密度阈值约为1.8j/cm2；ni金属层表面熔点能量密度阈值以下，反应时间最高约为20ns；ni金属层表面熔点能量密度阈值以上，反应时间最高约为22ns。
[0088]
《第三条件仿真测试》
[0089]
第三仿真测试是利用脉冲宽度为10ns的第一激光束和脉冲宽度为30ns的第二激光束的组合对sic器件结构进行激光退火。在一脉冲周期内，首先加载的第一激光束用于对sic器件结构进行预加热，间隔设定延时间间，后加载的第二激光束用于对sic器件结构进行控温，在所述激光退火过程中，控制表面金属层的表面温度在金属层材料的熔点以下，使得退火后的表面金属层的表面保持完整(没有受到高温损伤)，可以使得形成的sic欧姆接触的电极表面形貌状况较好，有助于提高sic器件的性能。
[0090]
根据第一仿真测试的结果可知，ni金属层表面熔点能量密度阈值约为0.8j/cm2。由于要在表面金属层材料的熔点以下对sic器件结构进行激光退火，第一激光束的能量密度可以控制在小于等于0.8j/cm2的范围内。在第三仿真测试中，第二激光束的能量密度选择控制在小于等于1.2j/cm2的范围内，以使得sic器件结构在表面金属层材料的熔点以下进行激光退火。
[0091]
在第一激光束的脉冲加载(预加热阶段)阶段结束后，进入无激光加载的延时阶段，本仿真测试中，对0ns～20ns范围内的延时时间进行测试。在延时阶段结束后，进入第二激光束的脉冲加载阶段(控温阶段)，所述第二激光束的能量密度可以选定在0.8j/cm2～1.2j/cm2的范围内，经测试，在此条件下，所述表面金属层的温度在其熔点以下，且所述sic器件结构处于反应温度区域的时间较长。
[0092]
图9为第三仿真测试得到的sic器件结构各界面的温度场分布图。图10至图12为第三仿真测试得到的nb/sic界面的温度场分布图。所述温度场分布图中，横坐标为退火时间，纵坐标为界面的温度。图9中，第一激光束的能量密度为0.8j/cm2，第二激光束的能量密度
为1.0j/cm2，第一激光束和第二激光束的脉冲间的延时时间为0ns。图10至图12中，采用的第一激光束能量密度均为0.8j/cm2，第一激光束和第二激光束脉冲间的延时时间均为0ns、5ns和10ns，不同的是，图10中第二激光束的能量密度为0.8j/cm2，图11中第二激光束的能量密度为1.0j/cm2，图12中第二激光束的能量密度为1.2j/cm2。
[0093]
从第三仿真测试中可知，如图9至图12所示，延时时间的长短主要影响的是第二激光束的脉冲加载时间起点，延时时间的变化会导致第二激光束加载阶段对应的温度区间范围变大，而且，延时时间越长，第二激光束脉冲加载的时间起点对应的nb/sic界面温度越低，但是对nb/sic界面在第二激光束的脉冲加载阶段的最高温度值影响不大。
[0094]
图13为第三仿真测试得到的延时时间与反应时间的关系图。图13中，第一激光束的能量密度为0.8j/cm2，第二激光束的能量密度分别为0.8j/cm2、1.0j/cm2和1.2j/cm2。如图13所示，在延时时间均为0ns的情况下，第二激光束的能量密度为0.8j/cm2时，sic器件结构对应的反应时间为21ns；第二激光束的能量密度为1.0j/cm2时，sic器件结构对应的反应时间为29ns；第二激光束的能量密度为1.2j/cm2时，sic器件结构对应的反应时间为22ns。随着延时时间的增加，sic器件结构对应的反应时间均有减小的趋势。在第一激光束的能量密度为0.8j/cm2和第二激光束的能量密度为1.0j/cm2，第一激光束和第二激光束的延时时间为0ns时，sic器件结构的反应时间最长。
[0095]
从第三仿真测试中还获知，第一激光束的能量密度范围可以为0.4j/cm2～0.8j/cm2，第二激光束的能量密度范围可以为0.6j/cm2～1.2j/cm2，第一激光束和第二激光束间的延时时间可以为0ns～20ns，在上述的退火条件(工艺窗口)下，激光退火过程发生在所述金属层材料的熔点以下，还可以有效控制sic器件结构的反应时间，从而可以产生所需的化学产物且化学产物的均匀性较好，有助于得到电阻率较小的sic欧姆接触。
[0096]
《第四条件仿真测试》
[0097]
第四仿真测试是利用脉冲宽度为10ns的第一激光束和脉冲宽度为50ns的第二激光束的组合对sic器件结构进行激光退火。
[0098]
图14为第四仿真测试得到sic器件结构各界面的温度场分布图。图15至图17为第四仿真测试得到的nb/sic界面的温度场分布图。图14中第一激光束的能量密度为0.8j/cm2，第二激光束的能量密度为1.2j/cm2，第一激光束和第二激光束的脉冲间的延时时间为0ns。图15至图17中，采用的第一激光束能量密度均为0.8j/cm2，第一激光束和第二激光束脉冲间的延时时间均为0ns、5ns和10ns，不同的是，图15中第二激光束的能量密度为1.0j/cm2，图16中第二激光束的能量密度为1.2j/cm2，图17中第二激光束的能量密度为1.4j/cm2。
[0099]
从第四仿真测试中可知，如图14至图17所示，延时时间的长短主要影响的是第二激光束的脉冲加载时间起点，延时时间的变化会导致第二激光束加载阶段对应的温度区间范围变大，而且，延时时间越长，第二激光束脉冲加载的时间起点对应的nb/sic界面温度越低，但是对nb/sic界面在第二激光束脉冲加载阶段的最高温度值影响不大。这与在第三仿真测试的结果一致。
[0100]
图18为第四仿真测试得到的延时时间与反应时间的关系图。图18中，第一激光束的能量密度为0.8j/cm2，第二激光束的能量密度分别为1.0j/cm2、1.2j/cm2和1.4j/cm2。如图18所示，在延时时间均为0ns的情况下，第二激光束的能量密度为1.0j/cm2时，sic器件结构对应的反应时间为16ns；第二激光束的能量密度为1.2j/cm2时，sic器件结构对应的反应
时间为38ns；第二激光束的能量密度为1.4j/cm2时，sic器件结构对应的反应时间为36ns。随着延时时间的增加，sic器件结构对应的反应时间均有减小的趋势。在第一激光束的能量密度为0.8j/cm2以及第二激光束的能量密度为1.2j/cm2，第一激光束和第二激光束的延时时间为0ns时，sic器件结构的反应时间最长。
[0101]
从第四仿真测试中还获知，第一激光束的能量密度范围可以为0.4j/cm2～0.8j/cm2，第二激光束的能量密度范围可以为0.8j/cm2～1.6j/cm2，第一激光束和第二激光束间的延时时间可以为0ns～20ns，在上述的退火条件(工艺窗口)下，激光退火过程发生在所述金属层材料的熔点以下，还可以有效控制sic器件结构的反应时间，从而可以产生所需的化学产物且化学产物的均匀性较好，有助于得到电阻率较小的sic欧姆接触。
[0102]
对第三仿真测试和第四仿真测试的结果进行对比可知，在第一激光束和第二激光束间的延时时间均为0ns时，第三仿真测试得到的反应时间分别为21ns、29ns和22ns，第四仿真测试得到的反应时间为16ns、38ns和36ns，即在第四仿真测试的条件下，sic器件结构的反应时间可以得到较大的增长，也就是说，在延时时间相同的情况下，适当增加第二激光束的脉宽并选择合适的能量密度可以增长反应时间。
[0103]
图19为第一激光束的脉宽固定为10ns情况时，提供改变第二激光束的脉冲宽度得出最优工艺条件下的反应时间与脉宽之间的关系。最优工艺条件定义为延时均为0ns、第一激光束能量密度控制在表面金属层熔化阈值(即熔点)以下、第二激光束能量密度设置为最大化反应时间所对应的能量密度值。统计结果表明，反应时间与第二激光束脉宽成线性相关特性，脉宽越长所产生的反应时间也就越长。
[0104]
对上述四个仿真测试的结果进行对比可知，与采用单光源单脉冲激光的退火方式相比，采用双光源长短脉宽组合激光(由不同的激光器产生的脉冲宽度不同的第一激光束和第二激光束的组合)对sic器件结构进行激光退火时，脉冲宽度较短的第一激光束首先对sic器件结构进行预升温，第二激光束再对sic器件结构进行控温，因而适当降低第一激光束和第二激光束的能量密度也能使sic器件结构达到退火温度，从而可以增大第一激光束和第二激光束形成的光斑的尺寸以提高激光退火的效率。
[0105]
由于第一激光束和第二激光束可以由不同的激光器产生，激光调节的灵活度较高，选择适合的脉宽和能量密度组合并适当调整第一激光束和第二激光束间的设定延时时间，可以较大幅度的增长反应时间，从而可以减小激光扫描方向和步进方向的重叠率来提高生产效率，还可以控制sic器件结构的反应时间和退火温度(尤其时sic器件结构内各界面的退火温度)，进而可以控制界面反应生成适合的化学产物且化学产物的均匀性也相对较好，同时，金属层表面的温度也可以控制在金属层材料的熔点以下，使得金属层表面保持较好的表面形貌，使得形成的sic欧姆接触的电阻率相对较低，进而提高了sic器件的性能。
[0106]
综合上述，本实施例的激光退火制备sic欧姆接触的方法中，利用第一激光束和第二激光束的组合共同对所述sic器件结构的上表面进行退火，所述第一激光束用于对所述sic器件结构进行预加热，所述第二激光束用于对所述sic器件结构进行控温；其中，在同一脉冲周期内，所述第一激光束的脉冲宽度小于所述第二激光束的脉冲宽度，且所述第一激光束加载结束后，间隔设定延时时间，所述第二激光束开始加载。由于在同一脉冲周期内，可利用脉冲宽度较小的第一激光束对sic器件结构进行预升温，使sic器件结构达到一定温度，再利用脉冲宽度较宽的第二激光束对所述sic器件结构进行控温，两个激光束脉冲可以
分别调制且它们之间的设定延时时间可以调节，通过它们的组合来对sic器件结构进行激光退火，可以较为精确地控制退火温度和退火时间，并使得金属层上表面的温度不会超过金属层材料的熔点，保持了金属层表面的完整性，同时，还可以较为精确地控制sic衬底层和金属层界面化学反应的反应时间，以能够产生适合的化学产物，且在退火温度得到稳定控制的情况下，退火范围内各个激光退火点生成的化学产物的均匀性相对较好，有助于使得sic欧姆接触的电阻率达到期望值，以提高了sic器件的性能。
[0107]
需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
[0108]
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。