DE102008059984B4 - Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, welche eine Siliziumkarbid-Schicht (31 + 32) enthält, welches die Schritte enthält: Implantieren von einem jeglichen Typ von Ionen aus Al-Ionen, B-Ionen und Ga-Ionen, welche eine Implantationskonzentration in einem Bereich von nicht weniger als 1019 cm–3 und nicht mehr als 1021 cm–3 haben, von einer Hauptoberfläche von der Siliziumkarbid-Schicht zum Inneren der Siliziumkarbid-Schicht, während die Temperatur von der Siliziumkarbid-Schicht bei 175°C oder höher beibehalten wird, um eine p-Typ Störstellenschicht (35) auszubilden; und Ausbilden von einer Kontaktelektrode (40), deren hintere Oberfläche einen ohmschen Kontakt mit einer vorderen Oberfläche von der p-Typ-Störstellenschicht aufbaut, auf der vorderen Oberfläche von der p-Typ-Störstellenschicht, wobei der Ionen-Implantationsschritt die Schritte enthält: Implantieren der Ionen, während die Temperatur von der Siliziumkarbid-Schicht in dem Bereich von nicht weniger als 175°C und nicht höher als 200°C beibehalten wird, und Tempern der Siliziumkarbid-Schicht bei der Temperatur in einem Bereich von nicht weniger als 1600°C und nicht höher als 2000°C nach der Implantation von den Ionen.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Technik zur Herstellung von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung.
  • Beschreibung zum Stand der Technik
  • Um die Eigenschaftsbeschränkung von Leistungsvorrichtungen zu durchbrechen, welche Silizium verwenden, wurde eine Entwicklung von Leistungsvorrichtungen, welche Siliziumkarbid verwenden, vorgenommen. Insbesondere ist ein p-Typ Ohmscher Kontakt eines geringen Widerstandswertes ein wesentliches Element für eine Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, und es ist, um diese zu erzielen, sehr wichtig, eine Technik zum Ausbilden von einer p++ Schicht einer hohen Konzentration einzuführen.
  • Bei einem Verfahren zum Ausbilden eines p-Typ Basis Ohmschen Kontaktes, wie in der japanischen Patentanmeldung Offenlegungsschrift Gazette JP 2007-66959 A (Patentdokument 1) gezeigt, wird zum Ausbilden von einer p++ Schicht für einen Kontakt eine Ionenimplantation (Al, B, Ga) bei einer Atmosphäre einer Temperatur von 400°C oder höher durchgeführt, und dies ermöglicht es, jegliche Verarbeitungsfehler zu vermeiden, welche bei der Herstellung von Siliziumkarbid MOSFETs auftreten.
  • Ferner offenbart die japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Gazette JP 2007-227655 A (Patentdokument 2), dass Siliziumkarbid während einer Ionenimplantation bei hoher Konzentration auf bis zu 150°C bis 400°C erwärmt wird, und dieses Kristallfehler aufgrund der Ionenimplantation unterdrückt.
  • Da Siliziumkarbid einen besseren Eigenschaftswert als Silizium hat, wird angenommen, dass Siliziumkarbid ein Halbleitermaterial für Leistungsvorrichtungen der nächsten Generation wird. Ein p-Typ Basis Ohmscher Kontakt von einem MOSFET, welcher Siliziumkarbid verwendet, enthält eine p++ Schicht, welche dutch eine Implantation von Ionen (Al, B, Ga) bei hoher Konzentration, welche eine Konzentration von 1019 cm–3 bis 1021 cm–3 haben, ausgebildet ist, und eine Metallelektrode. Da der Kristall von der p++ Schicht wesentlich verschlechtert wird, wenn eine Implantation von Ionen einer solch hohen Konzentration bei Raumtemperatur durchgeführt wird, bewirkt dies einen Prozessfehler bei der Herstellung von Vorrichtungen. Daher wird das Verfahren zur Durchführung der Ionenimplantation bei hoher Konzentration bei hohen Temperaturen, um den Kristallfehler zu unterdrücken, verwendet.
  • Andererseits ist es hinsichtlich eines Schaltungsverlustes, einer Lawinen-Fähigkeit und dergleichen von Vorrichtungen wünschenswert, dass der Widerstandswert von dem p-Typ Basis Ohmschen Kontakt geringer sein sollte.
  • Bei bekannten Techniken gibt es jedoch keine Erwähnung hinsichtlich einer detaillierten Relation hinsichtlich der Temperatur der Ionenimplantation bei hoher Konzentration, des Widerstandswertes von einem p-Typ Basis Ohmschen Kontaktes und des Prozessfehlers bei der Herstellung von Vorrichtungen.
  • DE 198 08 245 C1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines mikroelektronischen Halbleiterbauelementes. Als Halbleitermaterial wird Siliziumkarbid eingesetzt. In das Siliziumkarbid-Material werden Dotanden mittels Ionenimplantation eingebracht. Die implantierten Dosen liegen im Bereich etwa zwischen 1018 und 1021 cm–3. Eine Implantationstemperatur soll bei etwa 300°C liegen. Der Artikel „Characterization of inversion and accumulation layer electron transport in 4H and 6H-SiC MOSFETs an implanted P-type regions”, veröffentlicht in IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES, vol. 47, No. 11, November 2000, beschreibt die Implantierung von Aluminium-Ionen bei einer Temperatur von 650°C.
  • Die Druckschrift DE 100 06 378 C2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Ohmschen Kontaktes. Eine Dotierungs-Implantation soll mit Ionen der dritten Hauptgruppe oberhalb einer Substrat-Temperatur von 300°C erfolgen. Eine Amorphisierungs-Implantation einer SiC-Oberflächenschicht soll bei einer Substrat-Temperatur von unterhalb 200°C, typischerweise bei Raumtemperatur, ausgeführt werden.
  • UMRISS DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf der Erkenntnis von den vorliegenden Umständen gemacht, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, welche einen p-Typ Ohmschen Kontakt mit geringem Widerstand enthält, ohne jeglichen Prozessfehler, welcher bei der Herstellung von Vorrichtungen auftritt, festzulegen.
  • Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gerichtet, welche eine Siliziumkarbid-Schicht enthält. Gemäß einem Hauptaspekt von der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren einen Schritt zum Implantieren von einem jeglichen Typ von Ionen aus Al-Ionen, B-Ionen und Ga-Ionen, welche eine Implantations-Konzentration in einem Bereich von nicht weniger als 1019 cm–3 und nicht höher als 1021 cm–3 haben, von einer Hauptoberfläche von der Siliziumkarbid-Schicht zum Inneren der Siliziumkarbid-Schicht, während die Temperatur von der Siliziumkarbid-Schicht bei 175°C oder höher beibehalten wird, um eine p-Typ Störstellenschicht auszubilden. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung enthält ferner einen Schritt zum Ausbilden von einer Kontakt-Elektrode, deren Rückfläche einen ohmschen Kontakt mit einer Vorderfläche von der p-Typ Störstellenschicht an der Vorderfläche von der p-Typ Störstellenschicht aufbaut. Der Ionen-Implantationsschritt enthält die Schritte: Implantieren der Ionen, während die Temperatur von der Siliziumkarbid-Schicht in dem Bereich von nicht weniger als 175°C und nicht höher als 200°C beibehalten wird, und Tempern der Siliziumkarbid-Schicht bei der Temperatur in einem Bereich von nicht weniger als 1600°C und nicht höher als 2000°C nach der Implantation von den Ionen.
  • Die vorliegende Erfindung ist ebenfalls auf die Festlegung einer Technik zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, welche einen p-Typ Basis Ohmschen Kontakt mit einem geringen Widerstandswert enthält, gerichtet, ohne dass irgendein Prozessfehler bei der Herstellung von Vorrichtungen auftritt.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile von der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung von der vorliegenden Erfindung deutlicher, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Längsschnitt, welcher einen Aufbau von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung zeigt, welche zum Bewerten der Wirkung eines Prozesses auf einer p++ Region fit einen Siliziumkarbid p-Typ Basis Ohmschen Kontakt verwendet wird, welche durch ein Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist;
  • 2 bis 6 sind Längsschnitte, welche jeweils einen Teil des Verfahrens zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigen;
  • 7 bis 9 sind Ansichten, welche jeweils eine Oberflächen-Morphologie der p++ Region nach einer Aktivierungs-Temperung in einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigen;
  • 10 ist ein Kurvenverlauf, welcher ein Stufenprofil zwischen implantierten und nicht implantierten Regionen nach einer Aktivierungs-Temperung in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 11 und 12 sind Längsschnitte, welche jeweils einen Teil des Verfahrens zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigen;
  • 13 ist ein Kurvenverlauf welcher ein Stufenprofil (Implantationstemperatur: Raumtemperatur oder 115°C) zwischen implantierten und nicht implantierten Regionen nach einer Wärmeoxidation und einer Entfernung eines Wärmeoxidationsfilms in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 14 ist ein Kurvenverlauf, welcher ein Stufenprofil (Implantationstemperatur: 150°C) zwischen implantierten und nicht implantierten Regionen nach einer Wärmeoxidation und einer Entfernung von einem Wärmeoxidationsfilm in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 15 ist ein Kurvenverlauf welcher ein Stufenprofil (Implantationstemperatur: 175°C bis 500°C) zwischen implantierten und nicht implantierten Regionen nach einer Wärmeoxidation und einer Entfernung von einem Wärmeoxidationsfilm in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 16 und 17 sind Längsschnitte, wobei jeder einen Teil des Verfahrens zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 18 ist ein Kurvenverlauf welcher ein Stufenprofil (Implantationstemperatur: Raumtemperatur oder 115°C) zwischen implantierten und nicht implantierten Regionen nach einer Wasserstoff-Temperung bei einer hohen Temperatur in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 19 ist ein Kurvenverlauf welcher ein Stufenprofil (Implantationstemperatur: 150°C) zwischen implantierten und nicht implantierten Regionen nach einer Wasserstoff-Temperung bei einer hohen Temperatur in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 20 ist ein Kurvenverlauf welcher ein Stufenprofil (Implantationstemperatur: 175°C bis 500°C) zwischen implantierten und nicht implantierten Regionen nach einer Wasserstoff-Temperung bei einer hohen Temperatur in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 21 ist ein Kurvenverlauf welcher ein Stufenprofil (Implantationstemperatur: Raumtemperatur oder 115°C) zwischen implantierten und nicht implantierten Regionen nach einem Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 22 ist ein Kurvenverlauf welcher ein Stufenprofil (Implantationstemperatur: 150°C) zwischen implantierten und nicht implantierten Regionen nach einem Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 23 ist ein Kurvenverlauf welcher ein Stufenprofil (Implantationstemperatur: 175°C bis 500°C) zwischen implantierten und nicht implantierten Regionen nach einem Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 24 bis 26 sind Ansichten, welche jeweils eine Oberflächen-Morphologie von der p++ Region nach einem Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum in der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
  • 27 ist ein Längsschnitt, welcher einen Aufbau von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung zeigt, welche zur Bewertung einer Lochträgerdichte und Hall-Mobilität von einer p++ Region für einen Siliziumkarbid p-Typ Basis Ohmschen Kontakt durch eine Hall-Messung verwendet wird, welche durch ein Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist;
  • 28 bis 33 sind Längsschnitte, welche jeweils einen Teil des Verfahrens zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigen;
  • 34 ist ein Kurvenverlauf welcher die Implantationstemperaturabhängigkeit von der Lochträgerdichte (Ausdruck: o leerer Kreis) und der Hall-Mobilität (Ausdruck:
    Figure DE102008059984B4_0002
    ausgefülltes Dreieck) in der p++ Region zeigt, welche durch das Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist;
  • 35 ist ein Kurvenverlauf welcher die Aktivierungs-Temperung-Temperaturabhängigkeit und die Implantationstemperaturabhängigkeit von der Lochträgerdichte in der p++ Region anzeigt, welche durch das Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist;
  • 36 ist ein Kurvenverlauf welcher die Aktivierungs-Temperung-Temperaturabhängigkeit und die Implantationstemperaturabhängigkeit von der Hall-Mobilität in der p++ Region anzeigt, welche durch das Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist;
  • 37 ist ein Längsschnitt, welcher einen Aufbau von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung anzeigt, welche zur Bewertung des Widerstandswertes von einem Siliziumkarbid p-Typ Basis Ohmschen Kontakt durch die TLM-Messung verwendet wird, welche durch das Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist;
  • 38 bis 43 sind Längsschnitte, welche jeweils einen Teil des Verfahrens zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform anzeigen;
  • 44 ist ein Kurvenverlauf welcher die Implantationstemperaturabhängigkeit von dem Widerstandswert (Ausdruck:
    Figure DE102008059984B4_0003
    ausgefülltes Quadrat) von dem p-Typ Basis Ohmschen Kontakt anzeigt, welcher durch das Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist;
  • 45 ist ein Kurvenverlauf welcher die Aktivierungs-Temperung-Temperaturabhängigkeit und die Implantationstemperaturabhängigkeit von dem Widerstandswert von dem p-Typ Basis Ohmschen Kontakt anzeigt, welcher durch das Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist;
  • 46 ist ein Längsschnitt, welcher einen Aufbau von einem Siliziumkarbid MOSFET anzeigt, welcher durch ein Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist; und
  • 47 bis 55 sind Längsschnitte, welche jeweils einen Teil des Verfahrens zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform anzeigen.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Erste bevorzugte Ausführungsform
  • Im Folgenden wird eine genaue Beschreibung über die Wirkung eines Hochtemperatur-Prozesses auf eine p++ Region für einen Siliziumkarbid p-Typ Basis Ohmschen Kontakt gegeben, welcher durch ein Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist.
  • 1 ist ein Längsschnitt, welcher einen Aufbau von einer Halbleitervorrichtung anzeigt, welche zur Bewertung der Wirkung eines Prozesses auf die p++ Region für einen Siliziumkarbid p-Typ Basis Ohmschen Kontakt verwendet wird. In 1 stellt Bezugszeichen 1 ein Siliziumkarbid-Substrat dar, stellt Bezugszeichen 2 eine Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht dar, welche auf einer Oberfläche von dem Siliziumkarbid-Substrat 1 gezüchtet ist, und stellt Bezugszeichen 3 eine p++ Region dar, welche auf einer Oberfläche von einer Stufennut von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 2 ausgebildet ist.
  • Als Nächstes wird ein Ablauf zur Bewertung der Wirkung eines Prozesses auf die p++ Region für den Siliziumkarbid p-Typ Basis Ohmschen Kontakt 3 in der ersten bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf 2 bis 12 beschrieben. Ein Bezugszeichen 4 in 11 stellt einen Wärmeoxidationsfilm dar.
  • Zunächst wird die Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 2, welche eine Filmdicke in einem Bereich zwischen 1,0 μm bis 100 μm hat, auf eine obere Oberfläche von dem Siliziumkarbid-Substrat 1, welches einen Aus-Winkel (engl. off angle) hat, durch Thermal-CVD (chemische Dampfablagerung) bei einer Temperatur von 1500°C bis 1600°C und einem Atmosphärendruck von 250 hPa mit Trägergasarten von H2 und Produktgasarten, welche SiH4 (Silan) und C3H8 (Propan) enthalten, (vgl. 2) geschichtet.
  • Als Nächstes wird eine selektive Ionenimplantationsmaske 6 auf einer oberen Oberfläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 2 ausgebildet (s. 3), und dann wird ein jeglicher Typ von Ionen aus Al-Ionen, B-Ionen und Ga-Ionen, welcher eine Konzentration von 1019 cm–3 bis 1021 cm–3 haben, in eine Region in einem Bereich von der oberen Oberfläche von der Siliziumkarbid- Epitaxie-Schicht 2 auf eine Tiefe x μm implantiert, um eine p++ Schicht 3P auszubilden (vgl. 4). Diese Ionenimplantation wird durchgeführt, während das Siliziumkarbid-Teil (1 + 2) auf Temperaturen (im Folgenden ebenfalls als Implantationstemperaturen oder Haltetemperaturen bezeichnet) in einem Bereich von Raumtemperatur bis 500°C gehalten wird.
  • Nach einem Entfernen der selektiven Ionenimplantationsmaske 6 (s. 5) wird eine Aktivierungs-Temperung auf das Siliziumkarbid-Teil (1+2), welches die p++ Schicht 3P enthält, bei einer Temperatur in einem Bereich von 1400°C bis 2000°C durchgeführt, um die p++ Region 3 auszubilden (vgl. 6). Die p++ Region 3 wird tiefer als bei einer nicht implantierten Region durch Sublimation von Siliziumkarbid bei der hohen Temperatur geätzt, wobei resultierend daraus, wie in 6 gezeigt, eine Stufe, welche eine Tiefe von y1 hat, zwischen der nicht implantierten oberen Oberfläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 2 und einer oberen Oberfläche von der geätzten p++ Region 3 ausgebildet wird.
  • Die Oberflächen-Morphologien von der p++ Region 3 nach der Aktivierungs-Temperung sind in 7 bis 9 gezeigt. Hierbei beträgt die Implantationstiefe x ungefähr 0,25 μm und beträgt die Aktivierungs-Temperung-Temperatur ungefähr 1700°C. Ferner wird eine Bildbeobachtung unter Verwendung eines optischen Mikroskops und einer AFM (Atomkraft-Mikroskopie) vorgenommen. Eine stochastische Oberflächenunebenheit wird auf Oberflächen von den p++ Regionen 3 in den jeweiligen Proben, welche der Ionenimplantation bei den Implantationstemperaturen von Raumtemperatur und 115°C unterworfen wurden, aufgefunden, und der RMS (quadratischer Mittelwert), welcher durch die AFM-Bewertung erlangt wird, beträgt 20 μm bis 40 nm. Dies wird durch das Phänomen bewirkt, dass der Siliziumkarbid-Kristall, welcher durch die Ionenimplantation bei hoher Konzentration wesentlich verschlechtert wird, durch den Aktivierungs-Temperung-Prozess zu einem weiteren Polykristall degeneriert wird. Bei der Probe, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von 150°C unterworfen ist, wird eine Unebenheit einer größeren Oberfläche stochastisch auf der Oberfläche von der p++ Region 3 aufgefunden, und beträgt der RMS gleich 300 nm bis 500 nm. Dies wird durch das Phänomen bewirkt, dass ein Polykristall, welcher einen größeren Partikeldurchmesser hat, durch die Aktivierungs-Temperung gezüchtet wird. Andererseits wird eine Stufenbündelung (deren RMS etwa 50 nm beträgt) entsprechend des Aus-Winkels von dem Siliziumkarbid-Substrat 1 in der p++ Region 3 in der Probe aufgefunden, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur im Bereich von 175°C bis 500°C unterworfen ist, und dies bedeutet, dass eine Wiederherstellung auf die Kristallstruktur vor der Ionenimplantation fortschreitet. Bei den Proben, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur in einem Bereich von nicht weniger als 175°C und nicht höher als 300°C unterworfen sind, wird insbesondere herausgefunden, dass die Oberfläche von der p++ Region 3 eine weitere Oberflächen-Unebenheit als auch die Oberflächen-Unebenheit der Stufenbündelung entsprechend des Aus-Winkels enthält. Andererseits enthält die Oberfläche von der p++ Region 3 in der Probe, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von 400°C oder 500°C unterworfen ist, lediglich die Oberflächen-Unebenheit der Stufenbündelung entsprechend des Aus-Winkels.
  • Ein Stufenprofil zwischen den implantierten und nicht implantierten Regionen nach der Aktivierungs-Temperung ist in 10 gezeigt. In 10 stellt die horizontale Achse x die Abtastrichtung von einem Tastschnittgerät dar, und stellt die vertikale Achse die relative Tiefe dar (mit der Tiefe von der nicht implantierten Region bei der Implantationstemperatur von 150°C als Referenzwert von 0 sind die Messergebnisse von dem Tastschnittgerät in Relation angezeigt). Ebenfalls sind bei weiteren Stufenprofilen zwischen den implantierten und nicht implantierten Regionen, wie im Folgenden gezeigt, die Definitionen von der horizontalen und vertikalen Achse gleich jenen wie oben.
  • Anhand von 10 ist zu erkennen, dass es keinen Unterschied bei der Ätzung oder Sublimation durch die Aktivierungs-Temperung zwischen der implantierten und nicht implantierten Region in der Probe gibt, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur im Bereich von 175°C bis 500°C unterworfen ist, da die Stufe zwischen den Regionen nicht aufgefunden wird. Im Gegensatz dazu wird bei der Probe, welche der Ionenimplantation bei der Haltetemperatur von Raumtemperatur oder 115°C unterworfen ist, die Stufe von etwa 20 nm bis 30 nm aufgefunden, und bedeutet dies, dass die Ätzung oder Sublimation von der p++ Region 3 etwas mehr vorangetrieben wird als bei der nicht implantierten Region bei der Implantationstemperatur von Raumtemperatur oder 115°C.
  • Andererseits zeigt das Ergebnis des Falles, bei welchem die Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von 150°C durchgeführt wird, dass die p++ Region 3 in der Probe im Vergleich zu der nicht implantierten Region eine angeschwollene Form hat, und kann gelehrt werden, dass dies möglicherweise durch Züchtung eines Polykristalls bewirkt wird, welcher einen größeren Partikeldurchmesser hat.
  • Um die p++ Region 3 geeigneterweise auszubilden, ist es notwendig, zwei Fälle in Betracht zu ziehen, das heißt (1) jener Fall, bei welchem die p++ Region 3 mehr angeschwollen ist als die nicht implantierte Region, und (2) jener Fall, bei welchem es eine bestimmte Stufe zwischen der nicht implantierten Region und der implantierten Region gibt. Im letzten Fall (2), unter der Annahme, dass die anfängliche Tiefe zu dem Zeitpunkt, bei welchem die Al-Ionen oder dergleichen implantiert werden, gleich x beträgt, und die Tiefe von der Stufe nach der Aktivierungs-Temperung gleich y1 (y1 < 0) beträgt, sollte die Beziehung von |x| > |y1| in 6 erfüllt sein.
  • Bis hierhin kann anhand des Messergebnisses von 10 erkannt werden, dass die p++ Region 3 bei jeglicher Implantationstemperatur (Haltetemperatur) bei der Herstellung von Vorrichtungen, bei welchen lediglich der Aktivierungs-Temperung-Prozess durchgeführt wird, geeigneterweise ausgebildet werden kann.
  • Als Nächstes wird der Wärmeoxidationsfilm (SiO2-Film) 4 auf den oberen Oberflächen von der p++ Region 3 und SiC-Epitaxie-Schicht 2 durch Wärmeoxidation ausgebildet (s. 11). In diesem Fall, da der Kristall von der p++ Region 3 durch den Ionenimplantationsprozess bereits signifikant verschlechtert ist, ist die Rate der Oxidation von der p++ Region 3 durch die Wärmeoxidation höher als jene von der nicht implantierten Region. Daher, wie in 11 gezeigt, wird die p++ Region 3 innerhalb viel tiefer oxidiert als bei der nicht implantierten Region. Danach wird der Wärmeoxidationsfilm 4 durch Fluorwasserstoffsäure entfernt, um eine derartige Stufe auszubilden, wie in 12 gezeigt (welche eine Tiefe von |y1| + |y2| hat).
  • Stufenprofile zwischen der implantierten und nicht implantierten Region nach der Wärmeoxidation (Opferoxidation) und der Entfernung von dem Wärmeoxidationsfilm (Ätzen des Oxidfilms), zusammen mit den bereits gezeigten Stufenprofilen zwischen der implantierten und nicht implantierten Region nach der Aktivierungs-Temperung sind in 13 (jener Fall bei der Implantationstemperatur von Raumtemperatur oder 115°C), 14 (jener Fall bei der Implantationstemperatur von 150°C) und 15 (jener Fall bei der Implantationstemperatur von 175°C bis 500°C) gezeigt. Bei allen Proben kann, da die p++ Region 3 nach der Opferoxidation um etwa 50 nm höher wird als die nicht implantierte Region, erkannt werden, dass ein dickerer Wärmeoxidfilm auf der p++ Region 3 ausgebildet wird.
  • Andererseits kann bei den Stufenprofilen zwischen der implantierten und nicht implantierten Region nach der Entfernung von dem Oxidfilm erkannt werden, dass die p++ Region 3 in jener Probe, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von Raumtemperatur oder 115°C unterworfen ist, tiefer wärmeoxidiert ist als die nicht implantierte Region, während es zwischen den Regionen in den Proben, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von 150°C bis 500°C unterworfen sind, einen solchen Unterschied nicht gibt. Hierbei sollte, um die p++ Region 3 geeigneterweise auszubilden, die Beziehung von |x| > (|y1| + |y2|) erfüllt werden. Bis hierhin weist das Messergebnis von 13 darauf hin, dass der Prozess zum Ausbilden der p++ Region 3 durch die Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur, welche nicht höher als 115°C ist, nicht auf einen Vorrichtungsprozess angewendet werden kann, welcher bei einem aktuellen Prozess drei oder mehr Wärmeoxidationsstufen erfordert.
  • Als Nächstes wird eine Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht 5, welche eine Filmdicke von 0,05 μm bis 2,0 μm hat, auf die oberen Oberflächen von diesen Schichten 2 und 3 durch Thermal-CVD (chemische Dampfablagerung) bei einer Temperatur von 1500°C bis 1600°C und einem Atmosphärendruck von 250 hPa mit den Trägergasarten von H2 und den Produktgasarten, welche SiH4 und C3H8 enthalten, geschichtet (s. 16). Da der Kristall von der p++ Region 3 durch den Ionenimplantationsprozess signifikant verschlechtert ist, wirkt eine Wasserstoff-Ätzung bei hoher Temperatur mit den Trägergasarten von H2 während des Wachstums bei der Thermal-CVD stark, und wird die Wachstumsrate auf der p++ Region 3 daher niedriger als jene auf der nicht implantierten Region. Daher wird, wie in 16 gezeigt, die Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht 5 auf der p++ Region 3 dünner als die Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht 5 auf der nicht implantierten Region. Danach wird die Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht 5 durch RIE (Reaktions-Ionen-Ätzen) entfernt, um eine derartige Stufe auszubilden, welche eine Tiefe von (|y| = |y1| + |y2| + |y3|) hat, wie in 17 gezeigt.
  • Hierbei sind Stufenprofile zwischen der implantierten und nicht implantierten Region nach der Wasserstoff-Temperung bei hoher Temperatur bei dem Schritt vor der Hinzufügung der Produktgasarten, welche SiH4 und C3H8 enthalten, zu den Trägergasarten von H2 während des Thermal-CVD-Prozesses in 18 (jener Fall bei der Implantationstemperatur von Raumtemperatur oder 115°C), 19 (jener Fall bei der Implantationstemperatur von 150°C) und 20 (jener Fall bei der Implantationstemperatur von 175°C bis 500°C) gezeigt. Hierbei ist die Wasserstoff-Temperung-Temperatur bei hoher Temperatur auf etwa 1500°C eingestellt.
  • Bei den Stufenprofilen nach der Wasserstoff-Temperung bei hoher Temperatur kann erkannt werden, dass die p++ Region 3 in der Probe, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von Raumtemperatur oder 115°C unterworfen ist, bemerkenswert tiefer geätzt ist als die nicht implantierte Region, während es einen solchen Unterschied nicht zwischen den Regionen in den Proben gibt, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von 150°C bis 500°C unterworfen sind. Diese Messergebnisse weisen darauf hin, dass der Prozess zum Ausbilden von der p++ Region 3 durch die Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur, welche nicht höher als 115°C ist, nicht bei der Herstellung von Vorrichtungen angewendet werden kann, welche den Wasserstoff-Prozess bei hoher Temperatur erfordern, wie beispielsweise das Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum.
  • Ferner sind Stufenprofile zwischen der implantierten und nicht implantierten Region nach der Ausbildung von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht, zusammen mit den StufenProfilen zwischen der implantierten und nicht implantierten Region nach dem Ätzen des Oxidfilms in 21 (jener Fall bei der Implantationstemperatur von Raumtemperatur oder 115°C), 22 (jener Fall bei der Implantationstemperatur von 150°C) und 23 (jener Fall bei der Implantationstemperatur von 175°C bis 500°C) gezeigt, und sind die Oberflächen-Morphologien (Bilder von dem optischen Mikroskop und der AFM) auf der p++ Region 3 in 24 bis 26 gezeigt. Hierbei beträgt die Filmdicke von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht 5 etwa 0,45 μm. Anhand von 21 ist zu erkennen, dass der RMS von der p++ Region 3 in der Probe, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von Raumtemperatur oder 115°C unterworfen ist, durch die Ausbildung von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht 5 auf etwa 100 nm ansteigt, und die Stufe zwischen diesen Regionen teilweise größer wird.
  • Es kann gelehrt werden, dass dies durch einen Fehler von einem solchen Ätzen oder Stufenfluss-Wachstum in dem Wasserstoff bei hoher Temperatur, wie in 18 gezeigt, verursacht wird. Im Gegensatz dazu nimmt der RMS von der p++ Region 3 in der Probe, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von 150°C unterworfen ist, auf etwa 100 nm ab, und was die Höhenrelation zwischen diesen Regionen betrifft, wird die p++ Region 3 um 150 nm kleiner als die nicht implantierte Region. Dies weist daraufhin, dass die p++ Region 3 durch die Wasserstoff-Temperung bei hoher Temperatur stark geätzt wird, und das Stufenflusswachstum auf der p++ Region 3 dadurch schwerlich voranschreitet. Andererseits beträgt die Stufe zwischen diesen Regionen in der Probe, welche der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur im Bereich von 175°C bis 500°C unterworfen ist, etwa 20 nm bei irgendeiner Implantationstemperatur, und gibt es beinahe keinen Unterschied in der Rate des Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstums zwischen der p++ Region 3 und auf der nicht implantierten Region. Hierbei sollte, um die p++ Region 3 geeigneterweise auszubilden, die Relation von |x| > (|y1| + |y2| + |y3|) erfüllt werden. Die Messergebnisse von 21 bis 23 weisen darauf hin, dass es wesentlich ist, die Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von nicht weniger als 175°C bei dem Prozess zum Ausbilden der p++ Region 3 bei der Herstellung von Vorrichtungen durchzuführen, welche die Ausbildung von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht 5 nach der Ausbildung von der p++ Region 3 erfordern.
  • Zweite bevorzugte Ausführungsform
  • Es wird nun eine Beschreibung über die elektrischen Eigenschaften und den Widerstandswert des p Basis Ohmschen Kontaktes von einer p++ Region für einen Siliziumkarbid p-Typ Basis Ohmschen Kontakt gegeben, welcher durch ein Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist.
  • 27 ist ein Längsschnitt, welcher einen Aufbau von einer Halbleitervorrichtung anzeigt, welche zur Bewertung der Lochträgerdichte und der Hall-Mobilität von der p++ Region für einen Siliziumkarbid p-Typ Basis Ohmschen Kontakt durch eine Hall-Messung verwendet wird. In 27 wird auf einem Siliziumkarbid-Substrat 11 eine Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 12 durch Züchtung ausgebildet, und wird von einer oberen Oberfläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 12 zur Innenseite von der Schicht 12 hin eine p++ Region 13 ausgebildet. Eine ohmsche Elektrode 15 wird auf einer oberen Oberfläche von der p++ Region 13 ausgebildet. Ferner wird auf den oberen Oberflächen von der p++ Region 13 und der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 12, mit Ausnahme einer Kontakt-Region mit der ohmschen Elektrode 15, ein Wärmeoxidfilm 14 ausgebildet.
  • Andererseits ist 37 ein Längsschnitt, welcher einen Aufbau von einer Halbleitervorrichtung zeigt, welche zur Bewertung des Widerstandswertes von einem Siliziumkarbid p-Typ Basis Ohmschen Kontakt durch die TLM-(Übertragungslänge-Verfahren)-Messung verwendet wird. In 37 wird auf einem Siliziumkarbid-Substrat 21 eine Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 22 durch Züchtung ausgebildet, und wird von einer oberen Oberfläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 22 aus zur Innenseite von der Schicht 22 eine p++ Region 23 ausgebildet. Eine Mehrzahl von ohmschen Elektroden 25 wird auf einer oberen Oberfläche von der p++ Region 23 ausgebildet. Ferner wird auf den oberen Oberflächen von der p++ Region 23 und der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 22, mit Ausnahme von Kontaktregionen mit der ohmschen Elektrode 25, ein Wärmeoxidfilm 24 ausgebildet.
  • Als Nächstes wird das Verfahren zum Herstellen von einer Halbleitervorrichtung für eine Hall-Messung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf 28 bis 33 beschrieben.
  • Zunächst wird die Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 12, welche eine Filmdicke von nicht weniger als 0,3 μm hat, auf einer oberen Oberfläche von dem Siliziumkarbid-Substrat 11, welches einen Aus-Winkel hat, durch Thermal-CVD (chemische Dampfablagerung) bei einer Temperatur von 1500°C bis 1600°C und einem atmosphärischen Druck von 250 hPa mit den Trägergasarten von H2 und den Produktgasarten, welche SiH4 und C3H8 enthalten, geschichtet (s. 28).
  • Als Nächstes wird eine selektive Ionenimplantationsmaske 16 auf der oberen Oberfläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 12 ausgebildet (s. 29), und dann wird ein jeglicher Typ von Ionen aus Al-Ionen, B-Ionen und Ga-Ionen, welche eine Konzentration von etwa 2 × 1020 cm–3 haben, unter Verwendung von der selektiven Ionenimplantationsmaske 16 in die Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 12 implantiert, um eine p++ Region 13A auszubilden (s. 30). Diese Ionenimplantation wird durchgeführt, während das Siliziumkarbid-Teil (11 + 12) bei Implantations-Temperaturen in einem Bereich von Raumtemperatur bis 500°C gehalten wird. Danach wird die selektive Implantationsmaske 16 entfernt und wird der Aktivierungs-Temperung-Prozess auf der p++ Region 13A bei einer Temperatur in einem Bereich von 1400°C bis 2000°C durchgeführt, um die p++ Region 13 auszubilden (s. 31).
  • Als Nächstes wird der Wärmeoxidfilm 14 gänzlich auf einer freigesetzten Oberfläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 12 durch Wärmeoxidation ausgebildet (s. 32).
  • Als Nächstes wird nach einer Entfernung von lediglich einer Region von dem Wärmeoxidfilm 14, wo die ohmsche Elektrode 15 auszubilden ist, Ni auf der Region, bei welcher der Film entfernt ist, geschichtet, und wird die Ni ohmsche Elektrode 15 auf einer Oberfläche von einem Endabschnitt von der p++ Region 13 ausgebildet (s. 33). Als Material für die ohmsche Elektrode 15 kann anstelle von Ni auch Ti, Al, Mo, Cr, Pt, W, Si oder TiC verwendet werden oder kann eine Legierung aus diesen Metallen verwendet werden.
  • Als Nächstes wird, um die Ni ohmsche Elektrode 15, mit dem Siliziumkarbid in Kontakt mit dieser ohmschen Elektrode 15, eine Wärmebehandlung auf das Siliziumkarbid-Teil (11 + 12) bei einer Temperatur von 950°C bis 1000°C durchgeführt, und steigt die Temperaturrate von 10°C/Sek auf 25°C/Sek für 20 bis 60 Sekunden an. Dies vollendet die in 27 gezeigte Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung.
  • 34 zeigt die Implantationstemperaturabhängigkeit von der Lochträgerdichte (Ausdruck: o leerer Kreis) und der Hall-Mobilität (Ausdruck:
    Figure DE102008059984B4_0004
    ausgefülltes Dreieck) in der p++ Region 13, welche durch die Hall-Messung erlangt wird. Die beispielhafte Messung von 34 zeigt jedoch lediglich Daten in einem Fall, bei welchem die Aktivierungs-Temperung-Temperatur für die p++ Region 13A gleich 1700°C und die Implantationstemperatur gleich 175°C oder höher, in Anbetracht des Bewertungsergebnisses, wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben, betragen.
  • Anhand von 34 ist zu erkennen, dass die Lochträgerdichte nahezu keine Abhängigkeit von der Implantationstemperatur bei der Implantationstemperatur in einem Bereich von 250°C bis 500°C zeigt, während die Lochträgerdichte bei der Implantationstemperatur in einem Bereich von nicht mehr als 250°C und nicht weniger als 175°C stark ansteigt. Ferner nimmt die Hall-Mobilität in Ansprechen auf den Anstieg von der Lochträgerdichte stark ab. Dieses Phänomen zeigt an, dass Kristalldefekte, welche einen Akzeptor-Typ-Energiepegel haben, in der mit Ionen implantierten p++ Region 13 bei der Haltetemperatur von dem Siliziumkarbid-Teil (11+12) in dem Bereich von nicht mehr als 250°C und nicht weniger als 175°C während der Implantation dichter verteilt sind.
  • 35 zeigt die Aktivierungs-Temperung-Temperaturabhängigkeit und die Implantations-Temperaturabhängigkeit von der Lochträgerdichte in der p++ Region 13, welche durch die Hall-Messung erlangt ist, an, und 36 zeigt die Aktivierungs-Temperung-Temperaturabhängigkeit und die Implantations-Temperaturabhängigkeit von der Hall-Mobilität in der p++ Region 13, welche durch die Hall-Messung erlangt ist, an. Ferner, obwohl die Erfinder der vorliegenden Anmeldung ebenfalls die gleichen Messungen in den Fällen bei Implantationstemperaturen von 400°C und 500°C durchgeführt haben, obwohl die Messergebnisse nahezu gleich jenen wie im Falle bei der Implantationstemperatur von 300°C sind, sind die Messdaten in den Fällen bei den Implantationstemperaturen von 400°C und 500°C in 35 oder 36 nicht angezeigt.
  • Anhand von 35 und 36 ist zu erkennen, dass, bei beiden Fällen, bei welchen die Haltetemperaturen (Implantationstemperaturen) von dem Siliziumkarbid-Teil (11 + 12) während der Implantation gleich 250°C und 300°C sind, bei den Proben, bei welchen Al-Ionen implantiert sind, die Lochträgerdichte ansteigt und die Hall-Mobilität umgekehrt absteigt, wenn die Aktivierungs-Temperung-Temperatur höher wird. Dieses Phänomen zeigt an, dass die implantierten Al-Ionen in einer Siliziumkarbid-Gitterstelle angeordnet sind und elektrisch aktiviert sind, um somit die Lochträgerdichte zu erhöhen, und die Streufaktordichte von ionisierter Störstelle zunimmt, um dadurch die Hall-Mobilität zu verringern. Andererseits, in beiden Fällen, bei welchen die Implantationstemperaturen gleich 175°C und 200°C betragen, nimmt die Lochträgerdichte in den Proben, welche mit Al-Ionen implantiert sind, zu, wenn die Aktivierungs-Temperung-Temperatur höher wird, nimmt jedoch die Hall-Mobilität einen geringen Wert von etwa 3 cm2/Vs unabhängig von der Aktivierungs-Temperung-Temperatur an.
  • Dieses Phänomen weist darauf hin, dass die Hall-Mobilität stark von einem Streumechanismus, welcher sich von der Streuung einer ionisierten Störstelle unterscheidet, welche durch eine Aktivierung von den implantierten Al-Ionen ansteigt, abhängt. Bei jeglicher Aktivierungs-Temperung-Temperatur sind die Lochträgerdichten von den Proben, welche mit Al-Ionen bei den Implantationstemperaturen von 175°C und 200°C implantiert sind, höher als jene der implantierten Proben bei den Implantationstemperaturen von 250°C und 300°C, und wird das Verhältnis insbesondere signifikant größer, wenn die Aktivierungs-Temperung-Temperatur geringer ist. Anhand dieser Ergebnisse ist zu erkennen, dass es als Ursprung der gemessenen Lochträger einen Al-Akzeptor, welcher ansteigt, wenn die Aktivierungs-Temperung-Temperatur höher wird, und einen Akzeptor-Typ-Kristalldefekt, welcher zunimmt, wenn die Temperatur zur Implantation von Al-Ionen niedriger wird, gibt.
  • Als Nächstes wird das Verfahren zum Herstellen von einer Halbleitervorrichtung für eine TLM-Messung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf 38 bis 43 beschrieben.
  • Zunächst wird die Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 22, welche eine Filmdicke von nicht weniger als 0,3 μm hat, auf eine obere Fläche von dem Siliziumkarbid-Substrat 21 durch Thermal-CVD (chemische Dampfablagerung) bei einer Temperatur von 1500°C bis 1600°C und einem atmosphärischen Druck von 250 hPa mit den Trägergasarten von H2 und den Produktgasarten, welche SiH4 und C3H8 enthalten, geschichtet (s. 38).
  • Als Nächstes wird eine selektive Ionenimplantationsmaske 26 auf der oberen Fläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 22 ausgebildet (s. 39), und dann wird ein jeglicher Typ von Ionen aus Al-Ionen, B-Ionen und Ga-Ionen, welche eine Konzentration von etwa 2 × 1020 cm–3 haben, in die Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 22 implantiert, um eine p++ Region 23A vor der Aktivierungs-Temperung auszubilden (s. 40). Diese Ionenimplantation wird durchgeführt, während das Siliziumkarbid-Teil (21 + 22) bei Temperaturen in einem Bereich von Raumtemperatur bis 500°C beibehalten wird. Danach wird die selektive Ionenimplantationsmaske 26 entfernt und wird dann der Aktivierungs-Temperung-Prozess bei einer Temperatur in einem Bereich von 1400°C bis 2000°C durchgeführt, um die p++ Region 23 auszubilden (s. 41).
  • Als Nächstes wird der Wärmeoxidfilm 24 gänzlich auf einer freigesetzten Oberfläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 22 durch Wärmeoxidation ausgebildet (s. 42).
  • Als Nächstes, nach einem Entfernen von lediglich Regionen von dem Wärmeoxidfilm 24, dort wo die ohmschen Elektroden 24 auszubilden sind, werden die ohmschen Elektroden 24 auf den Regionen ausgebildet, bei welchen der Film entfernt ist (s. 43). Dieses vollendet die Halbleitervorrichtung für die TLM-Messung, wie in 37 gezeigt.
  • 44 zeigt die Implantations-Temperaturabhängigkeit von dem Widerstandswert von dem p-Typ Basis Ohmschen Kontakt (Ausdruck:
    Figure DE102008059984B4_0005
    ausgefülltes Quadrat), zusammen mit der Implantations-Temperaturabhängigkeit von der Hall-Mobilität, welche durch die TLM-Messung erlangt ist. Ebenfalls beträgt der untere Grenzwert von der Ionen-Implantationstemperatur in 44 gleich 175°C in Anbetracht des Bewertungsergebnisses, wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Wie deutlich anhand von 44 zu erkennen, nimmt die Lochträgerdichte bei der Temperatur im Bereich von nicht höher als 250°C und nicht niedriger als 175°C zu, und nimmt der Kontakt-Widerstandswert ab, wenn die Implantationstemperatur niedriger wird. Ferner nimmt der Kontakt-Widerstandswert ab, wenn die Implantationstemperatur niedriger wird, und zwar bei der Implantationstemperatur im Bereich von nicht höher als 300°C und nicht niedriger als 175°C.
  • Es ist bekannt, dass der Widerstandswert des ohmschen Kontaktes zwischen einem Halbleiter und einem Metall von der Defektdichte von der Schnittstelle oder der Dotierungskonzentration von dem Halbleiter abhängt, und resultierend aus der Implantations-Temperaturabhängigkeit von dem Kontakt-Widerstandswert, welcher in dieser Messung erlangt wird, sind jegliche der oben bekannten Fälle möglich.
  • Als Nächstes zeigt 45 die Temperung-Temperaturabhängigkeit von dem Widerstandswert von dem p-Typ Ohmschen Kontakt bei verschiedenen Implantationstemperaturen, welcher durch die TLM-Messung erlangt wird. Wie anhand von 45 zu erkennen, nimmt der Widerstandswert von dem p-Typ Ohmschen Kontakt bei den Proben bei den Implantationstemperaturen im Allgemeinen ab, wenn die Aktivierungs-Temperung-Temperatur höher wird. Als einer der Gründe für dieses Phänomen ist eine Zunahme der Dichte des aktivierten Al-Akzeptors möglich.
  • Ferner kann anhand von 45 erkannt werden, dass der Kontakt-Widerstandswert stärker von der Al-Implantationstemperatur abhängt, wenn die Aktivierungs-Temperung-Temperatur niedriger wird, und es gibt eine Möglichkeit, dass dieses Phänomen größtenteils durch die Dichte von Akzeptor-Typ-Kristalldefekten oder Schnittstellen-Defekten, welche durch die Ionenimplantation hervorgerufen werden, beeinflusst wird. Bei der Implantationstemperatur im Bereich von 175°C bis 200°C ist es möglich, den Widerstandswert des Ohmschen Kontaktes auf etwa 10–3 Ohm cm2 oder niedriger, unabhängig von der Implantationstemperatur-Bedingung, durch ein Einstellen von der Aktivierungs-Temperung-Temperatur in einem Bereich von 1600°C bis 2000°C, zu unterdrücken.
  • Bei dem Siliziumkarbid p-Typ Basis Ohmschen Kontakt, welcher gemäß der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform hergestellt ist, wird, wenn die Haltetemperatur (Implantationstemperatur) von Siliziumkarbid während der Ionenimplantation in dem Bereich von nicht niedriger als 175°C und nicht höher als 300°C, weiter bevorzugt in dem Bereich von nicht niedriger als 175°C und nicht höher als 200°C eingestellt ist, der Widerstandswert des ohmschen Kontaktes niedriger als in dem Fall, bei welchem die Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von über 300°C durchgeführt wird. Bei den in der zweiten bevorzugten Ausführungsform gezeigten Bedingungen wird darüber hinaus, wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform, kein Prozessfehler auftreten, welcher auftreten würde, wenn die Ionenimplantation bei Raumtemperatur durchgeführt wird.
  • Dritte bevorzugte Ausführungsform
  • Die dritte bevorzugte Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, bei welcher die oben beschriebenen Bewertungsergebnisse, welche in der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform deutlich angezeigt sind, widergespiegelt werden.
  • 46 ist ein Längsschnitt, welcher einen Aufbau von einem Siliziumkarbid-Epitaxie-Kanal MOSFET anzeigt, und wobei Bezugsziffern die folgenden Bauelemente anzeigen. Insbesondere stellt Bezugsziffer 31 ein Siliziumkarbid-Substrat dar, stellt Bezugsziffer 32 eine Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht (welche einer Siliziumkarbid-Schicht entspricht) dar, stellt Bezugsziffer 33 eine p-Basis-Region dar, stellt Bezugsziffer 34 eine n-Source-Region dar, stellt Bezugsziffer 35 eine p++ Region für einen p-Typ Basis-Kontakt dar, stellt Bezugsziffer 36 eine Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht für einen Kanal dar, stellt Bezugsziffer 37 einen Gate-Isolationsfilm, welcher beispielsweise aus einem Gate-Oxidfilm ausgebildet ist, dar, stellt Bezugsziffer 38 eine Gate-Elektrode dar, stellt Bezugsziffer 39 einen Zwischenschicht-Isolationsfilm dar, stellt Bezugsziffer 40 eine Source-Elektrode dar, und stellt Bezugsziffer 41 eine Drain-Elektrode dar.
  • Als Nächstes wird das Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform mit Bezug auf 47 bis 55 beschrieben.
  • Zunächst wird die Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 32, welche eine Filmdicke in einem Bereich zwischen 1,0 μm und 100 μm hat, auf eine obere Fläche von dem Siliziumkarbid-Substrat 31, welches einen Aus-Winkel hat, durch Thermal-CVD (chemische Dampfablagerung) bei einer Temperatur von 1500°C bis 1600°C und einem atmosphärischen Druck von 250 hPa mit den Trägergasarten von H2 und den Produktgasarten, welche SiH4 und C3H8 enthalten, geschichtet (vgl. 47).
  • Als Nächstes wird eine selektive Ionenimplantationsmaske (nicht gezeigt) auf die obere Fläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 32 ausgebildet, und dann wird ein jeglicher Typ von Ionen aus Al-Ionen, B-Ionen und Ga-Ionen, welche eine Konzentration in einem Bereich von 1017 cm–3 bis 1019 cm–3 haben, unter Verwendung der selektiven Ionenimplantationsmaske von der oberen Fläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 32 in das Innere von der Schicht 32 auf die Tiefe in einem Bereich von 0,5 μm bis 3,0 μm implantiert, um ein Paar von p-Basis Regionen 33 auszubilden, welche zueinander gegenüberliegen (s. 48). Danach wird die obige selektive Ionenimplantationsmaske entfernt und wird eine neue selektive Ionenimplantationsmaske (nicht gezeigt) auf der oberen Fläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 32 ausgebildet, und dann wird ein jeglicher Typ von Ionen aus N-Ionen, As-Ionen und P-Ionen, welche eine Konzentration in einem Bereich von 1018 cm–3 bis 1020 cm–3 haben, unter Verwendung der neue selektiven Ionenimplantationsmaske von jeweiligen Oberflächen von den p-Basis-Regionen 33 zum Inneren der Regionen 33 bis zu der Tiefe in einem Bereich von 0,1 μm bis 2,0 μm implantiert, um die n-Source-Regionen 34 auszubilden. Danach wird die neue selektive Ionenimplantationsmaske entfernt (s. 48).
  • Als Nächstes wird eine selektive Ionenimplantationsmaske (nicht gezeigt) auf der oberen Fläche von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 32 ausgebildet, und dann wird ein jeglicher Typ von Ionen aus Al-Ionen, B-Ionen und Ga-Ionen, welche eine Konzentration in einem Bereich von 1019 cm–3 bis 1021 cm–3 haben, unter Verwendung der selektiven Ionenimplantationsmaske von Außenregionen in die jeweiligen Oberflächen (Hauptoberflächen) von den p-Basis-Regionen 33, welche zu Oberflächen-Endabschnitten von den n-Source-Regionen 34 angrenzen, zum Inneren der p-Basis-Regionen 33 auf die Tiefe in einem Bereich von 0,1 μm bis 2,0 μm implantiert, um Regionen auszubilden, welche zu p++ Regionen für den p-Typ Basis-Kontakt (welche den p-Typ Siliziumkarbid-Regionen entsprechen) 35 werden, welche jeweils die p-Typ-Störstellenkonzentration haben, welche viel höher als jene von den p-Typ Basis-Regionen 33 ist. Dieser Ionen-Implantationsschritt wird durchgeführt, während das Siliziumkarbid-Teil (31 + 32) auf die Implantationstemperatur in dem Bereich beibehalten wird, welcher nicht niedriger als 175°C und nicht höher als 300°C, weiter bevorzugt im Bereich von nicht niedriger als 175°C und nicht höher als 200°C ist.
  • Nachdem der obige Ionen-Implantationsschritt beendet ist, wird die selektive Ionenimplantationsmaske entfernt, und wird dann der Aktivierungs-Temperung-Prozess bei einer Temperatur in einem Bereich von 1400°C bis 2100°C durchgeführt, um dadurch die p-Basis-Regionen 33, die n-Source-Regionen 34 und p++ Regionen für den p-Typ Basis-Kontakt 35 zu vollenden (s. 49). Ferner, wie in 45 bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform erwähnt, insbesondere in dem Fall, bei welchem der Widerstandswert des ohmschen Kontaktes auf einem niedrigen Wert von etwa 10–3 Ohm cm2 oder niedriger eingestellt ist, ist es bei der Implantationstemperatur im Bereich von nicht weniger als 175°C und nicht höher als 200°C, notwendig, die Aktivierungs-Temperung-Temperatur in dem Bereich von 1600°C bis 2000°C einzustellen.
  • Als Nächstes wird die Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht für einen Kanal auf die Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 32 geschichtet, und dann wird die Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht für einen Kanal 36 durch Fotolithografie und RIE (reaktives Ionenätzen) ausgebildet, so dass eine Hauptoberfläche 32S von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 32, welche zwischen dem Paar von p-Basis-Regionen 33 freigelegt ist, an dem Zentrum von einer unteren Oberfläche von der Schicht 36 positioniert sein sollte, und jeweilige Endabschnitt-Oberflächen 33S von den p-Basis-Regionen 33 und jeweilige Endabschnitt-Oberflächen 34S von den n-Source-Regionen 34 an Endabschnitten von der unteren Oberfläche von der Schicht 36 positioniert sein sollten (s. 50). Alternativ kann der Prozess ohne Ausbildung der Siliziumkarbid-Epitaxie-Neuwachstum-Schicht für einen Kanal 36 mit dem nächsten Schritt fortfahren.
  • Als Nächstes wird der Gate-Isolationsfilm 37 gänzlich auf dem Vorrichtungs-Substrat ausgebildet (vgl. 51).
  • Als Nächstes wird die Gate-Elektrode 38 durch Fotolithografie und RIE (reaktives Ionenätzen) auf einer Oberfläche von dem Gate-Isolationsfilm 37 ausgebildet, so dass die Hauptoberfläche 32S von der Siliziumkarbid-Epitaxie-Schicht 32, welche zwischen dem Paar von p-Basis-Regionen 33 ausgesetzt ist, an dem Zentrum von der Gate-Elektrode 38 positioniert sein sollte, und die jeweiligen Endabschnitt-Oberflächen 33S von den p-Basis-Regionen 33 und die jeweiligen Endabschnitt-Oberflächen 34S von den n-Source-Regionen 34 unmittelbar unterhalb von Endabschnitten von der Gate-Elektrode 38 positioniert sein sollten (s. 52).
  • Als Nächstes wird der Zwischenschicht-Isolationsfilm 39 gänzlich auf der Vorrichtung geschichtet, um Source und Gate elektrisch zu isolieren (s. 53).
  • Als Nächstes werden Abschnitte von dem Gate-Isolationsfilm 37 und dem Zwischenschicht-Isolationsfilm 39 auf den Oberflächen von den n-Source-Regionen 34 und den Oberflächen von den p++ Regionen für den p-Typ Basis-Kontakt 35 durch Fotolithografie und Ätzen entfernt (s. 54). Danach werden Ni-Schichten auf den freigesetzten Abschnitten von den Oberflächen von den n-Source-Regionen 34 und den Oberflächen von den p++ Regionen für den p-Typ Basis-Kontakt 35 geschichtet, um Ni-Kontakt-Elektroden 40 gemeinsam auf der Oberfläche und der Basis auszubilden (s. 54). Als Material für die ohmsche Kontaktelektrode 40 kann anstelle von Ni auch Ti, Al, Mo, Cr, Pt, W, Si oder TiC verwendet werden oder kann eine Legierung aus diesen Metallen verwendet werden.
  • Als Nächstes wird die Drain-Elektrode 41 gänzlich auf einer hinteren Fläche von dem Siliziumkarbid-Substrat 31 ausgebildet. Danach, um die gemeinsamen Elektroden der Source-Basis 40 und die Drain-Elektroden 41, mit dem Siliziumkarbid in Kontakt mit diesen Elektroden, zu legieren, wird eine Wärmebehandlung auf das Siliziumkarbid-Teil (31 + 32) bei einer Temperatur von 950°C bis 1000°C und dem Temperaturratenanstieg von 10°C/Sek auf 25°C/Sek für 20 bis 60 Sekunden durchgeführt. Dies vollendet ein grundlegendes Teil des in 55 gezeigten Vorrichtungsaufbaus.
  • Gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform ist es möglich, den Siliziumkarbid-Epitaxie-Kanal MOSFET herzustellen, welcher einen p-Basis Ohmschen Kontakt eines ausreichend geringen Widerstandes hat, ohne eine Abnahme der Durchschlagspannung des MOSFET oder einer Zunahme des EIN-Widerstandes, und ohne ein Auftreten eines Prozessfehlers (zur Ertragssteigerung). Darüber hinaus, da die p++ Region für den p-Typ Basis-Kontakt 35, welcher den Widerstandswert des ohmschen Kontaktes eines ausreichend geringen Widerstandes hat, vollendet ist, kann ein Umschalten von MOSFET-Vorrichtungen problemlos durchgeführt werden, und ist es dadurch möglich, den Leistungsverbrauch zu reduzieren. Zusätzlich, sogar wenn eine Hochspannung, wie beispielsweise ein Spannungsstoß, an die Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung angelegt wird, um das Lawinen-Phänomen zu bewirken, ist es, da die p++ Region für den p-Typ Basis-Kontakt 35 eines geringen Widerstandes, und die Kontakt-Elektrode 40, welche einen ohmschen Kontakt mit der Region 35 aufbaut, als eine Pfad-Region dienen, um angesammelte Löcher abzubauen, möglich, einen Zusammenbruch von elektrischen Eigenschaften von der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung wirksam zu vermeiden, und eine längere Lebensdauer von der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung zu erzielen.
  • Bei der Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung von der dritten bevorzugten Ausführungsform, ist es, da die Lochträgerkonzentration von der p-Typ Siliziumkarbid-Region 35 gleich oder größer als 5% der Störstellenkonzentration von dieser Region beträgt, die Hall-Mobilität von der p-Typ Siliziumkarbid-Region 35 nicht höher als 4 cm2/Vs ist, und der Widerstandswert des ohmschen Kontaktes von der p-Typ Siliziumkarbid-Region 35 nicht höher als 8 × 10–4 Ohm cm2 ist, möglich, den Widerstandswert des ohmschen Kontaktes, im Vergleich mit dem Fall, bei welchem die p-Typ Siliziumkarbid-Region durch ein Durchführen von der Ionenimplantation bei der Implantationstemperatur von mehr als 300°C ausgebildet wird, wesentlich zu reduzieren.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Herstellen von einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, welche eine Siliziumkarbid-Schicht (31 + 32) enthält, welches die Schritte enthält: Implantieren von einem jeglichen Typ von Ionen aus Al-Ionen, B-Ionen und Ga-Ionen, welche eine Implantationskonzentration in einem Bereich von nicht weniger als 1019 cm–3 und nicht mehr als 1021 cm–3 haben, von einer Hauptoberfläche von der Siliziumkarbid-Schicht zum Inneren der Siliziumkarbid-Schicht, während die Temperatur von der Siliziumkarbid-Schicht bei 175°C oder höher beibehalten wird, um eine p-Typ Störstellenschicht (35) auszubilden; und Ausbilden von einer Kontaktelektrode (40), deren hintere Oberfläche einen ohmschen Kontakt mit einer vorderen Oberfläche von der p-Typ-Störstellenschicht aufbaut, auf der vorderen Oberfläche von der p-Typ-Störstellenschicht, wobei der Ionen-Implantationsschritt die Schritte enthält: Implantieren der Ionen, während die Temperatur von der Siliziumkarbid-Schicht in dem Bereich von nicht weniger als 175°C und nicht höher als 200°C beibehalten wird, und Tempern der Siliziumkarbid-Schicht bei der Temperatur in einem Bereich von nicht weniger als 1600°C und nicht höher als 2000°C nach der Implantation von den Ionen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine p-Typ Siliziumkarbid-Region (35) vorgesehen wird, welche von einer Hauptoberfläche von der Siliziumkarbid-Schicht zum Inneren der Siliziumkarbid-Schicht positioniert wird, welche eine p-Typ Störstelle enthält, welche eine Störstellenkonzentration in einem Bereich von nicht weniger als 1019 cm–3 und nicht mehr als 1021 cm–3 hat; und eine Kontakt-Elektrode (40) vorgesehen wird, deren hintere Oberfläche einen ohmschen Kontakt mit einer vorderen Oberfläche von der p-Typ Siliziumkarbid-Region aufbaut, wobei die Lochträgerkonzentration von der p-Typ Siliziumkarbid-Region nicht weniger als 5% von der Störstellenkonzentration beträgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine p-Typ Siliziumkarbid-Region (35) vorgesehen wird, welche von einer Hauptoberfläche von der Siliziumkarbid-Schicht zum Inneren der Siliziumkarbid-Schicht positioniert wird, welche eine p-Typ Störstelle enthält, welche eine Störstellenkonzentration in einem Bereich von nicht weniger als 1019 cm–3 und nicht mehr als 1021 cm–3 hat; und eine Kontakt-Elektrode (40) vorgesehen wird, deren hintere Oberfläche einen ohmschen Kontakt mit einer vorderen Oberfläche von der p-Typ Siliziumkarbid-Region aufbaut, wobei die Hall-Mobilität von der p-Typ Siliziumkarbid-Region nicht höher als 4 cm2/Vs ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine p-Typ Siliziumkarbid-Region (35) vorgesehen wird, welche von einer Hauptoberfläche von der Siliziumkarbid-Schicht zum Inneren der Siliziumkarbid-Schicht positioniert wird, welche eine p-Typ Störstelle enthält, welche eine Störstellenkonzentration in einem Bereich von nicht weniger als 1019 cm–3 und nicht mehr als 1021 cm–3 hat; und eine Kontakt-Elektrode (40) vorgesehen wird, deren hintere Oberfläche einen ohmschen Kontakt mit einer vorderen Oberfläche von der p-Typ Siliziumkarbid-Region aufbaut, wobei der Widerstandswert des ohmschen Kontaktes von der p-Typ Siliziumkarbid-Region nicht höher als 8 × 10–4 Ohm cm2 ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine p-Typ Siliziumkarbid-Region (35) vorgesehen wird, welche von einer Hauptoberfläche von der Siliziumkarbid-Schicht zum Inneren der Siliziumkarbid-Schicht positioniert wird, welche eine p-Typ Störstelle enthält, welche eine Störstellenkonzentration in einem Bereich von nicht weniger als 1019 cm–3 und nicht mehr als 1021 cm–3 hat; und eine Kontakt-Elektrode (40) vorgesehen wird, deren hintere Oberfläche einen ohmschen Kontakt mit einer vorderen Oberfläche von der p-Typ Siliziumkarbid-Region aufbaut, wobei die vordere Oberfläche von der p-Typ Siliziumkarbid-Region sowohl eine Oberflächen-Unebenheit von einer Bündelstufe als auch eine weitere Oberflächen-Unebenheit enthält.
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