CN104471681A - 用于使半导体材料与接触层片接触的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于使半导体材料与接触层片接触的方法，其中半导体材料具有碳化硅（SiC），所述方法包括下述方法步骤：a）将接触层片施加到半导体材料上，其中接触层片包括氧化镍并且必要时镍；和b）以升高的温度处理至少接触层片和半导体材料之间的界面。通过这样的方法，例如可以建立欧姆接触部，所述欧姆接触部由于镍在碳化硅上的改进的附着而具有改进的持久稳定性。本发明此外涉及一种用于制造半导体构件的方法以及一种半导体构件。
Description
技术领域
本发明涉及一种使半导体材料与接触层片接触的方法，其中半导体材料具有碳化硅。本发明还涉及一种用于制造半导体构件的方法和一种半导体构件。
背景技术
接触装置、诸如欧姆接触部在多种应用中使用并且因此广泛传播。欧姆接触部的应用领域例如包括例如半导体元件、如场效应晶体管。欧姆接触部例如可以由n型掺杂的碳化硅构造，在所述碳化硅上施加例如包括镍的接触部。尤其地，将镍用于n型掺杂的碳化硅在此由于低的比接触电阻可以是有利的。
在此，在这样的接触部或接触装置中，已知下述风险：镍与半导体材料中的或碳化硅中的硅反应生成镍-硅化物，其中元素碳可以析出。析出的碳在此可以引起其它的金属层在接触层片上或接触层片、诸如镍层片在半导体材料上的减小的附着。
发明内容
本发明的主题是一种用于使半导体材料与接触层片接触的方法，其中半导体材料具有碳化硅（SiC），所述方法包括下述方法步骤：
a）将接触层片施加到半导体材料上，其中接触层片包括氧化镍（NiO）并且必要时包括镍（Ni）；和
b）以升高的温度处理至少接触层片和半导体材料之间的界面。
在本发明的范围中尤其可以将接触理解成：将层或层片施加到半导体上以便构造直接的物体接触部。相应的所施加的层或层片在此尤其可以称作为接触层片。
在本发明的范围中此外尤其可以将以升高的温度处理理解成以下处理，所述处理在关于室温升高的温度下进行。例如，这样的温度可以为几百摄氏度。
此外，以升高的温度处理至少接触层片和半导体材料之间的界面在本发明的范围中尤其可以表示：以升高的温度处理至少半导体材料、即碳化硅到所施加的层片的直接的过渡部，所述层片基本上可以仅具有氧化镍或由氧化镍和镍组成的混合物，或者升高的温度至少定向到所述区域上，其中就此可以包括到相应的层中的放射。因此，温度至少部分地作用于两个相邻的层。在此，例如仅边界本身可以以升高的温度来处理或者升高的温度仅作用于所述界面和必要时作用于相邻的环境，或者但是接触层片的或半导体的扩展的区域以升高的温度来处理，其中所述区域可以与对要制造的产品的要求、诸如接触电阻或附着特性相关。例如，由半导体和施加在其上的接触层片组成的总装置可以承受温度处理。
根据本发明的方法针对以接触层片的方式施加由镍和氧化镍组成的混合物的情况例如可以用于：建立欧姆接触部，其中金属可以尤其好地附着在半导体上。由此，这样的接触部的可靠性或其持久稳定性可以得到明显改进。在此，此外，金属和半导体之间的接触电阻不会增大或可以以仅仅受限的程度增大，使得这样制造的欧姆接触部的功能性不受到限制或者以不太强的方式受到限制。因此欧姆接触部的或配设有这样制造的欧姆接触部的构件的功能能力可以基本上保持不变。
在此尤其可以将欧姆接触部理解成金属和半导体之间的界面或过渡部，其中所述过渡部尤其具有低的电阻。这样的欧姆接触部可以如欧姆电阻那样表现。所述欧姆接触部例如可以用于：接触基于半导体的电子器件，以便将所述电子器件例如与其它构件电连接。在当前情况下，欧姆接触部例如可以由碳化硅以及镍和氧化镍构造。
在将纯的氧化镍用在接触层片中的情况下，此外，同样可以制造接触部，所述接触部由于尤其好的附着可以具有非常高的可靠性并且必要时此外可以具有尤其小的接触电阻。
因此，如在上文中描述的那样设计的方法可以以尤其有利的方式用于：实现使半导体材料的至少一个子区域与接触层片接触。
这样的方法在方法步骤a）中包括将接触层片施加到半导体材料上，其中接触层片包括氧化镍（NiO）并且必要时包括镍（Ni）。因此，不仅可以将基本上纯的氧化镍、而且可以将由镍和氧化镍组成的混合物施加到半导体材料上。在此，接触层片或由镍和氧化镍组成的混合物基本上可以具有每个适合的混合比例。此外，氧化镍或包括镍和氧化镍的混合物可以包括其它的组成部分、诸如硅。尤其地，可以设置其它的金属、诸如钛（Ti）、铝（Al）和/或钴（Co）。此外，氧化镍或由镍和氧化镍组成的混合物可以以极不同的方式施加到半导体材料上或施加到半导体材料的空间限制的子区域上，如这在下文中详细地阐述。
因此，在方法步骤a）之后，半导体材料、即碳化硅与接触层片、即与氧化镍或由镍和氧化镍组成的混合物直接接触。
在另一个方法步骤b）中，以升高的温度进行对至少接触层片、即氧化镍和必要时镍和半导体材料之间的界面的处理。以升高的温度进行处理的情况下可以引起：金属层的氧化镍或氧化镍的部分与碳化硅反应成硅化镍。此外，在此在氧化镍中存在的氧变得游离并且在半导体的碳化硅中存在的碳可以作为元素碳析出。游离的氧随后可以立即与析出的碳反应并且作为碳氧化物、诸如一氧化碳或二氧化碳作为气态物质从固体中释放或扩散出来。
因此，通过上述方法可以将在制造接触部、例如欧姆接触部时形成的碳从固体中以适当的方式去除，使得尤其在半导体材料和接触层片之间的界面上、即例如在欧姆接触部本身上不出现碳或者碳含量至少明显被减少。因此，通过从半导体材料与所施加的接触层片的界面或过渡部中至少减少碳含量或者完全去除碳含量，层片在半导体上的附着可以明显被改进。
在此，根据所执行的方法，可以仅在所施加的包括氧化镍和必要时镍的层片的下部界面上、即在与半导体的过渡面上或者但是在接触层片的其它区域中去除碳，使得其它的金属或其它的金属层到接触层片上的另外的涂镀也可以被改进。这例如尤其可以通过在所施加的接触层片中引入的氧化镍的份额和渗透是可实现的。这例如可以是有利的，因为根据反应条件，碳不仅可以在直接的界面上形成，而且碳此外可以在接触层片的内部中或在接触层片的与半导体反向布置的表面上出现。例如，碳可以与碳化硅共同存在。因此，尤其在多层结构中，镍由氧化镍的渗透在温度处理之前可以是有利的，以便也可以尤其稳定地并且可靠地制造多层结构。
因为通过在构造欧姆接触部时使用氧化镍，例如半导体与金属的过渡部的增大的电阻或接触电阻能够是可以的，所以所使用的氧化镍的量有利地尽可能准确地匹配于相应的应用的要求。例如，所使用的或所施加的氧化镍的量可以根据例如最小附着或最大电阻的要求被构造。换言之，氧化镍的引入可以受限于一定的量，使得在制造欧姆接触部时，在金属层片中、即尤其在镍层片中存在足够的附着，然而，电阻可以仅在一定程度上增大，使得功能性此外可以是无问题的。例如，仅一定量的氧化镍可以被引入或在温度处理之前存在，使得所述氧化镍在温度处理之后并且因此在存在于氧化镍中的氧与游离的碳进行反应之后基本上完全被转化，并且所制造的欧姆接触部因此基本上仅具有碳化硅和金属的镍。在该情况下，不存在接触电阻的增大，其中然而，附着通过碳含量的减小此外可以明显被改进。
与从现有技术中已知的用于欧姆接触部的制造方法、例如在其中应刚好阻止镍的氧化的制造方法相反地，氧化镍在前述方法中的有针对性的并且限定的设置刚好用于：改进金属层到半导体上的附着进而能够实现改进的特性、尤其是改进的持久稳定性。
这例如可以通过下述来证实：铝金属化在完成的接触部上的附着增大了大于1.5的因数。这通过对铝接合部的实验来确定，所述铝接合部施加在氧化硅区域和镍接触部区域上。附着对应二者。
在一个设计方案的范围中，在方法步骤a）中可以通过氧化镍和必要时镍的阴极溅射执行接触层片到半导体材料上的施加。因此，在该设计方案中，例如可以将由镍和氧化镍组成的混合物在仅一个方法步骤中施加到半导体材料上或施加到半导体材料的至少一个定义的子区域上，这因此可以使得该设计方案中的方法尤其简单并且成本适宜地形成。此外，尤其地，在该设计方案中，可能可以尤其限定地控制氧化镍和必要时镍的量或者例如金属层由氧化镍的渗透，使得得到的产品也可以是特别定义的。
此外，在半导体和接触层片之间尤其在通过阴极溅射施加时存在下述界面，所述界面可以具有尤其低的接触电阻。由此，接触部、诸如欧姆接触部在该设计方案中可以具有尤其小的接触电阻，这使其可以尤其好地用于多种应用。
在此，尤其对于将镍和氧化镍为了获得由镍和氧化镍组成的混合物共同地施加到半导体材料或碳化硅上，也称作为溅镀过程的阴极溅射可以是有利的。阴极溅射在此以本身已知的方式是物理过程，其中原子从在该情况下尤其可以包括镍或氧化镍或由其构成的固体尤其通过高能的离子、诸如稀有气体离子的影响分离，转化成气相并且可以在半导体材料上沉积。用于将氧化镍和必要时镍的混合物施加到碳化硅表面上的阴极溅射的适当的方法参数在此示例性地、但是不受限地包括在溅镀压力为2·10-2mbar时直流电压下为1000W的输入功率。
在另一个设计方案的范围中，在方法步骤a）中可以通过下述方法步骤将由镍和氧化镍组成的混合物施加到半导体材料上：
a1）将包括镍的层施加到半导体材料上；和
a2）将在方法步骤a1）中施加的镍至少部分地氧化。
在该设计方案中，因此，在第一方法步骤1）中将由特别是基本上纯的镍构成的层施加到半导体材料上或施加到半导体材料的限定的子区域上。所述反应步骤或仅仅尤其是纯的镍到半导体材料或碳化硅上的施加例如从制造传统的欧姆接触部本身中已知。
在另一个方法步骤a2）中，在该设计方案中，随后可以将在方法步骤a1）中施加的镍层至少部分地氧化，或者可以将所施加的镍的至少一部分氧化。由此，通过限定地氧化在方法步骤a1）中施加的镍，可以产生限定量的氧化镍。具体地，可以将这样量的镍氧化成氧化镍，诸如在后续的温度步骤中或在后续的温度处理中通过氧与游离的碳的反应可以如上所述地反应完。因此，在该设计方案中，可以将本身已知的制造过程用于欧姆接触部，所述欧姆接触部被改变，使得镍可以在中间反应中被氧化。由此，基本上可以使用在已知的过程中所使用的设备，这可以尤其简单地形成该方法。因此，在该设计方案中，镍的氧化不如在现有技术中常见的那样受到阻止，而是刚好例如负责改进所制造的欧姆接触部的特性。
在另一个设计方案的范围中，在方法步骤a1）中可以通过阴极溅射或通过蒸镀来执行将包括镍的层施加到半导体材料上。通过阴极溅射，能够可以以尤其是限定的方式并且在此简单地和成本适宜地施加镍。此外，在半导体和金属之间、即在碳化硅和镍之间尤其在通过阴极溅射施加镍的情况下存在界面，所述界面例如在退火之后具有尤其低的接触电阻。由此，欧姆接触部可以在该设计方案中具有小的接触电阻，这使其可以尤其好地用于多种应用。此外，施加纯镍的可以的正面的实例包括例如蒸镀、诸如电子束蒸镀或激光束蒸镀。
通过蒸镀，同样可以施加镍的非常限定的层，使得能够可以产生具有限定的特性并且尤其是小的接触电阻的接触部。
在另一个设计方案的范围中，可以通过等离子处理、湿法化学氧化或通过在氧化条件下存放在方法步骤a1）中施加的镍来执行方法步骤a2）。
因此，在该设计方案中，例如通过氧化等离子、如尤其是氧气等离子的影响将在方法步骤a1）中施加的镍至少部分地氧化。通过等离子的影响，在此，各个层彼此间的附着还可以进一步地改进。此外，通过应用等离子，镍的氧化可以尤其限定地进行。由此，可以产生这样的层，所述层具有氧化镍的尤其限定的份额或尤其限定的渗透。此外，基于等离子的氧化可以简单地并且成本适宜地执行，使得在该设计方案中整个方法可以尤其成本适宜地并且简单地可执行。用于尤其限定地氧化布置在半导体基底上的镍的适合的反应参数例如在具有600sccm（每分钟标准毫升）氧气的氧气中包括800W等离子。作为等离子在此尤其可以使用氧气等离子。可使用的等离子的其它的替选方案例如包括由氧气与其它气体、如氩气（Ar）或氮气（N2）组成的混合物。
关于湿法化学的氧化或在氧化条件下的存放，同样可以执行非常限定的氧化，其中这样的方法此外能够可以尤其简单并且成本适宜地应用。
在另一个设计方案的范围中，在方法步骤a2）中，可以将镍以大于0at.-%（原子百分比）至小于或等于100at.-%的份额氧化。在该设计方案中，可以将引入的氧化镍的量保持得尤其小，使得氧化能够在温和的条件下并且在小的持续时间中是可以的，由此在该设计方案中能够可以尤其成本适宜地执行该方法。
在另一个设计方案的范围中，在方法步骤a）中可以将氧化镍以在小于或等于1μm的范围中的厚度、例如以在30nm的范围中的厚度施加到半导体材料上。在该设计方案中，因此氧化镍始终直接邻接于半导体材料，由此氧化镍的形成通过碳的分离如在上文中描述的那样基本上仅可以影响半导体材料和金属之间的、即碳化硅和镍之间的接触部。镍由氧化镍通过其整个厚度的渗透在此不是必需的并且不进行，这可以改进所制造的接触部或镍层的导电性。由此，可以将所引入的氧化镍减小到最小量，并且此外没有限制地并且尤其尽可能好地改进镍在碳化硅上的附着。
所述设计方案例如可以通过下述方式实现：通过阴极溅射一个劲儿地一直进行镍和氧化镍的同时施加，直至达到上述厚度。在此之后，进行镍的唯一的沉积。替选地，可以使用等离子，使得所述等离子仅作用到镍的如上所述的厚度。
因此，氧化镍的厚度例如可以涉及纯的氧化镍层的厚度、由镍和氧化镍组成的混合物的厚度或氧化镍的存在在由镍和氧化镍组成的混合物中的厚度。
在另一个设计方案的范围中，在方法步骤b）中可以至少将接触层片和半导体材料之间的界面加热到大于或等于600℃至小于或等于1500℃的范围中、尤其大于或等于850℃至小于或等于1050℃的范围中的温度上。通过存在这样的温度，可以保证，氧化镍与碳化硅的反应在将碳作为气态化合物排出的条件下可以特别安全地并且完全地进行。此外，在该设计方案中，可以选择温度，不对加热元件提出大的要求，并且还不损坏所应用的材料。
此外，在该设计方案中，例如可以在大于或等于0.5分钟至小于或等于5分钟的时间段中、例如在2分钟中执行温度处理。
关于根据本发明的用于使半导体材料与接触层片接触的方法的其它特征和优点，就此详尽地参照结合根据本发明的用于制造半导体构件的方法以及半导体构件进行的阐述。
此外，本发明的主题是一种用于制造半导体构件的方法，所述方法包括如在上文中描述的那样设计的用于使半导体材料与接触层片接触的方法。这样的用于制造半导体构件的方法因此尤其可以用于产生半导体构件，所述半导体构件包括尤其持久稳定的欧姆接触部，例如即金属和半导体构件之间的界面。这样的半导体构件例如包括如MOS晶体管或沟槽MOS晶体管的功率半导体。
这样的用于制造半导体构件的方法提供下述优点：金属的接触部可以尤其好地附着在半导体材料上，由此半导体构件在严苛的条件下也可以是尤其持久稳定的并且因此可以尤其可靠地工作。在此，半导体构件的欧姆接触部的接触电阻例如不会增大或仅稍微增大，使得如在上文中描述的那样制造的半导体构件可以在没有大的限制的情况下工作。因此，如在上文中描述的方法良好地适用于多个半导体构件，对所述半导体构件也可以关于其工作方式提出高的要求。
关于根据本发明的用于制造半导体构件的方法的其它的特征和优点，就此详尽地参照结合根据本发明的用于使半导体材料与接触层片接触的方法以及半导体构件进行的阐述。
此外，本发明的主题是半导体构件，所述半导体构件通过如在上文中描述的那样设计的用于制造半导体构件的方法制造。这样的半导体构件提供下述优点：所述半导体构件由于金属接触部、如尤其镍接触部在半导体上的改进的附着尤其可靠地并且持久稳定地工作。
改进的附着在此尤其可以通过下述得出：在半导体构件的欧姆接触部上、例如即尤其在接触层片和其它金属化之间的界面上可以存在明显减少的碳含量。接触层片的表面上的或接触部上的这样的碳含量或元素碳的含量造成接触部或接触层片通过碳的明显低于100%、典型地1%的覆盖。
针对这样的半导体构件的实例例如包括如MOS晶体管或沟槽MOS晶体管的功率半导体。
关于根据本发明的半导体构件的其它的特征和优点，就此详尽地参照结合根据本发明的用于使半导体材料与接触层片接触的方法以及用于制造半导体构件的方法进行的阐述。
Claims (10)
1. 用于使半导体材料与接触层片接触的方法，其中所述半导体材料具有碳化硅，所述方法包括下述方法步骤：
a）将接触层片施加到所述半导体材料上，其中所述接触层片包括氧化镍并且必要时镍；和
b）以升高的温度处理至少所述接触层片和所述半导体材料之间的界面。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中在方法步骤a）中，通过氧化镍和必要时镍的阴极溅射，执行将接触层片施加到所述半导体材料上。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中在方法步骤a）中，将由镍和氧化镍组成的混合物通过下述方法步骤施加到所述半导体材料上：
a1）将包括镍的层施加到所述半导体材料上；和
a2）将在方法步骤a1）中施加的镍至少部分地氧化。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中在方法步骤a1）中，通过阴极溅射或者通过蒸镀，执行将包括镍的层施加到所述半导体材料上。
5. 根据权利要求3或4所述的方法，其中通过等离子处理、湿法化学氧化、或者通过在氧化条件下存放在方法步骤a1）中施加的镍，执行方法步骤a2）。
6. 根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中在方法步骤a2）中将镍以大于0at.-%至小于或等于100at.-%（原子百分比）的份额氧化。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中在方法步骤a）中以小于或等于1μm的范围中的厚度将氧化镍施加到所述半导体材料上。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中在方法步骤b）中，至少将所述接触层片和所述半导体材料之间的界面加热到大于或等于600℃至小于或等于1500℃的范围中的温度上。
9. 用于制造半导体构件的方法，所述方法包括根据权利要求1至8中任一项所述的方法。
10. 半导体构件，所述半导体构件通过根据权利要求9的方法制造。
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