DE102015213318A1 - Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung - Google Patents

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Hiroyuki Kitabayashi
Hideto Tamaso
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Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung umfasst die Schritte des Herstellens eines Siliziumkarbid-Substrats (100) (S101), Bilden einer ersten Elektrode (110) auf dem Siliziumkarbid-Substrat (100) (S104), Herstellen eines ohmschen Kontakts zwischen dem Siliziumkarbid-Substrat (100) und der ersten Elektrode (110) durch Bestrahlen der ersten Elektrode (110) mit Laserstrahlen (S105), und Bilden einer zweiten Elektrode (120) auf der ersten Elektrode (110) (S106). Im Schritt des Herstellens eines ohmschen Kontakts (S105) wird eine Oberfläche der ersten Elektrode mit Laserstrahlen bestrahlt, so dass der arithmetische Mittenrauwert einer Oberfläche der zweiten Elektrode nicht größer als 0,2 μm ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gegenstand der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Für die Herstellung einer Siliziumkarbid(SiC)-Halbleitervorrichtung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Ohmschen Kontakts zwischen einem SiC-Substrat und einer Elektrodenschicht mittels Laserglühen bekannt (siehe beispielsweise das offengelegte japanische Patent Nr. 2012-99598 ).
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Das offengelegte japanische Patent Nr. 2012-99598 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenschicht, die in Ohmschen Kontakt mit einem SiC-Substrat steht, indem eine Materialschicht, die Nickel(Ni)-Atome und Silizium(Si)-Atome auf dem SiC-Substrat aufweist, gebildet und die Materialschicht mit Laserstrahlen ausgeglüht wird. Die Elektrodenschicht, die in Ohmschem Kontakt mit dem Substrat steht, wird auch als Ohmsche Elektrode bezeichnet.
  • Gemäß dem offengelegten japanischen Patent Nr. 2012-99598 kann, da Laserglühen eine kürzere Zeit zum Ausglühen benötigt als Lampenglühen, die Diffusion von Kohlenstoff(C)-Atomen in dem SiC-Substrat zu einer äußersten Oberfläche der Elektrodenschicht und deren Segregation verhindert werden, sodass es unwahrscheinlicher ist, dass sich eine darauf gebildete Elektrode zur Befestigung ablösen kann.
  • Eine Metallelektrode zur Befestigung wird auch als Flächenanschlusselektrode bezeichnet. Ist eine Oberfläche der Flächenanschlusselektrode rau, verringert sich die Lötbarkeit und es bilden sich Hohlräume während des Chipbondens. Es ist eher unwahrscheinlich, dass eine Halbleitervorrichtung, in der ein Ohmscher Kontakt durch Lampenglühen hergestellt wurde, durch die Oberflächenrauheit einer Flächenanschlusselektrode Schaden nimmt. Zum jetzigen Zeitpunkt weist jedoch in einer Halbleitervorrichtung, in der ein Ohmscher Kontakt mittels Laserglühen hergestellt wird, die Flächenanschlusselektrode eine beachtliche Oberflächenrauheit auf, und somit führt eine fehlerhafte Montage aufgrund sich bildender Hohlräumen zu einer geringeren Ausbeute.
  • An sich ist eine Verringerung der Oberflächenrauheit möglich, in dem die Flächenanschlusselektrode einem Polierschritt oder dergleichen unterzogen wird. In diesem Fall können sich jedoch die Anzahl der Prozessschritte und die Kosten erhöhen.
  • Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Erzeugung von Hohlräumen während des Chipbondens zu verhindern, indem eine Flächenanschlusselektrode mit einer verringerten Oberflächenrauheit gebildet wird.
  • Ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte des Herstellens eines Siliziumkarbidsubstrats, des Bildens einer ersten Elektrode auf dem Siliziumkarbidsubstrat, des Herstellens eines Ohmschen Kontakts zwischen dem Siliziumkarbidsubstrat und der ersten Elektrode durch Bestrahlen der ersten Elektrode mit Laserstrahlen, und des Bildens einer zweiten Elektrode auf der ersten Elektrode. In dem Schritt des Herstellens eines Ohmschen Kontakts wird eine Oberfläche der ersten Elektrode mit Laserstrahlen bestrahlt, so dass der arithmetische Mittenrauwert einer Oberfläche der zweiten Elektrode nicht größer als 0,2 μm ist.
  • Das Vorstehende und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen deutlicher.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Überblick über ein Herstellungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 2 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die einen herstellungsschritt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 3 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die einen Schritt zum Bilden einer ersten Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 4 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die einen Laserglühschritt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 5 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die einen Schritt zum Bilden einer zweiten Elektrode gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus einer Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 7 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel einer Situation darstellt, in der Hohlräume während des Chipbondens entstehen.
  • 8 zeigt ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel einer Situation darstellt, in der Hohlräume während des Chipbondens entstehen.
  • 9 zeigt eine Kurve, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen dem arithmetischen Mittenrauwert (Ra) einer Oberfläche einer zweiten Elektrode und einer Hohlraumbesetzung während des Chipbondens darstellt.
  • 10 zeigt eine Kurve, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer maximalen Höhe (Rz) der Oberfläche der zweiten Elektrode und einer Hohlraumbesetzung während des Chipbondens darstellt.
  • 11 zeigt eine Kurve, die ein Beispiel einer Beziehung zwischen einer Laserbestrahlungsintensität in dem Laserglühschritt und dem arithmetischen Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche der zweiten Elektrode darstellt.
  • 12 zeigt ein HAADF-STEM-Bild, das ein Beispiel eines Querschnitts einer Ohmschen Elektrode und einer Flächenanschlusselektrode in einer Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung gemäß einem Referenzbeispiel darstellt.
  • 13 zeigt ein HAADF-STEM-Bild, das ein Bild eines Querschnitts einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode in der Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • [Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Zunächst werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zusammengefasst und erklärt. In der nachfolgenden Beschreibung werden gleiche oder sich entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen und deren Beschreibung nicht wiederholt. Der Begriff ”arithmetischer Mittenrauwert” bezeichnet hierin den arithmetischen Mittenrauwert (Ra) gemäß der Definition im Standard "JIS B 0601:2001".
    • [1] Ein Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Schritte des Herstellens eines Siliziumkarbidsubstrats 100 (S101), des Bildens einer ersten Elektrode 110 auf dem Siliziumkarbidsubstrat 100 (S104), des Herstellen eines Ohmschen Kontakts zwischen dem Siliziumkarbidsubstrat 100 und der ersten Elektroden 110 durch Bestrahlen der ersten Elektrode 110 mit Laserstrahlen (S105), und des Bildens einer zweiten Elektrode 120 auf der ersten Elektrode 110 (S106). In dem Schritt des Herstellens eines Ohmschen Kontakts (S105) wird eine Oberfläche S1 der ersten Elektrode 110 mit Laserstrahlen bestrahlt, so dass ein arithmetischer Mittenrauwert einer Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 nicht größer als 0,2 μm ist.
  • Als Ergebnis intensiver Untersuchungen, die der Erfinder zur Lösung des obigen Problems durchführte, wurde erstmals herausgefunden, dass die Oberflächenrauheit der zweiten Elektrode 120 (eine Flächenanschlusselektrode), die auf der ersten Elektrode 110 ausgebildet ist, durch Einstellen einer Bedingung für das Laserglühen zur Herstellung eines Ohmschen Kontakts zwischen der ersten Elektrode 110 (eine Ohmsche Elektrode) und dem SiC-Substrat 100 gesteuert werden kann. Somit wird in dem obigen Herstellungsverfahren ein Ohmscher Kontakt zwischen dem SiC-Substrat 100 und der ersten Elektrode 110 durch Bestrahlen der Oberfläche S1 der ersten Elektrode 110 mit Laserstrahlen hergestellt, so dass der arithmetische Mittenrauwert der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 nicht größer als 0,2 μm ist.
  • Einzelheiten des Mechanismus, der die Steuerung einer Oberflächenrauheit der zweiten Elektrode 120 in Abhängigkeit einer Bedingung für das Laserglühen ermöglicht, sind zur Zeit nicht eindeutig klar. Die Rauheit auf der Oberfläche S1 der ersten Elektrode 110 (d. h. eine Oberfläche, auf der die zweite Elektrode 120 gebildet werden soll) ist nach dem Laserglühen um vieles geringer als die Rauheit auf der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120, wobei erstere nicht notwendigerweise der letzteren entspricht. Daher kann nicht davon ausgegangen werden, dass die Rauheit auf der Oberfläche S1 der ersten Elektrode 110 einfach auf Grundlage einer Laserglühbedingung steuerbar ist.
  • 12 zeigt ein mit einem Rastertransmissionselektronenmikroskop erstelltes, mit einem steilen Winkel aufgenommenes, annulares Dunkelfeldbild, d. h., ein (HAADF-STEM)-Bild, das ein Beispiel eines Querschnitts einer Ohmschen Elektrode 110A und einer Flächenanschlusselektrode 120A in der Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung gemäß einem Referenzbeispiel darstellt. In diesem Referenzbeispiel wird eine Oberfläche S1A der Ohmschen Elektrode 110A mit Laserstrahlen bestrahlt, die eine Laserbestrahlungsintensität von 2,7 J/cm2 aufweisen. Wie aus der 12 ersichtlich ist, nimmt, abgesehen von der Tatsache, dass die Oberfläche S1A der Ohmschen Elektrode 110A im Wesentlichen flach ist, die Rauheit auf einer Fläche S2A der darauf gebildeten Flächenanschlusselektrode 120A stark zu, wobei die erstere hinsichtlich der Form nicht der letzteren entspricht.
  • Der vorliegende Erfinder schätzt die Gründe für das Auftreten eines solchen Phänomens wie folgt ein. Trotz der Abhängigkeit von den Gerätespezifikationen, wird in dem Lampenglühverfahren die Wärme gleichmäßig auf eine Fläche von etwa einigen Quadratmillimetern verteilt. Im Gegensatz dazu sind die Laserstrahlen im Laserglühverfahren zur Herstellung eines Ohmschen Kontakts üblicherweise gepulst, und somit ändert sich die emittierte Energie innerhalb eines Punktdurchmessers der Laserstrahlen (in etwa von einigen zehn μm bis einigen hundert μm). Somit wird angenommen, dass es in Mikroabständen zu einer periodischen Änderung in der Bestrahlung auf einer Oberfläche einer Elektrode, die dem Laserglühen ausgesetzt wird, kommt. Es wird angenommen, dass diese Schwankung in der Bestrahlung eine periodische Änderung in den physikalischen Eigenschaften oder in der Zusammensetzung auf der Oberfläche S1 der ersten Elektrode 110 verursacht, obwohl derartige Schwankungen zu keiner Änderung der physikalischen Form (Rauheit) führt. Es wird angenommen, dass bei der Abscheidung eines die zweite Elektrode 120 bildenden Metalls auf einer Basis, beispielsweise mittels Sputtern, die derartige periodische Änderung in den physikalischen Eigenschaften und dergleichen aufweist, lokale Schwankungen beim Aufwachsen des Metalls in einer Bezugsebenenrichtung auftreten und folglich die Oberflächenrauheit der zweiten Elektrode 120 verursacht wird.
  • 13 zeigt ein HAADF-STEM-Bild, das einen Querschnitt der ersten Elektrode 110 und der zweiten Elektrode 120 in einer Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung darstellt, die anhand des Herstellungsverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erhalten wird. In diesem Beispiel wird die Oberfläche S1 der ersten Elektrode 110 mit Laserstrahlen mit einer Laserbestrahlungsintensität von 1,9 J/cm2 bestrahlt. In 13 unterscheidet sich, wie zuvor beschrieben, die Oberfläche S1 der ersten Elektrode 110 nicht wesentlich in der Form von der Oberfläche S1A (siehe 12) der Ohmschen Elektrode 110A. Der arithmetische Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120, die darauf gebildet ist, ist jedoch nicht größer als 0,2 μm und unterscheidet sich somit deutlich von jenen der Oberfläche S2A (siehe 12) der Flächenanschlusselektrode 120A. Das heißt, dass in diesem Beispiel die Oberfläche S1 der ersten Elektrode 110 derart mit Laserstrahlen bestrahlt wird, dass der arithmetische Mittenrauwert der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 nicht größer als 0,2 μm ist. Wie im Nachfolgenden beschrieben, kann die Erzeugung von Hohlräumen während des Chipbondens verringert werden, wenn der arithmetische Mittenrauwert der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 nicht größer als 0,2 μm ist.
    • [2] Vorzugsweise enthält die erste Elektrode 110 Nickel (Ni). Da die erste Elektrode 110 Ni enthält, kann der elektrische Widerstand verringert werden.
    • [3] Vorzugsweise enthält die zweite Elektrode 120 Gold (Au). Da die zweite Elektrode 120 Au enthält, kann der elektrische Widerstand verringert werden.
    • [4] Vorzugsweise umfasst die zweite Elektrode 120 eine Vielzahl von Schichten, und die Vielzahl von Schichten umfasst eine erste Schicht 121, die Titan enthält, eine zweite Schicht 122, die Nickel enthält, und eine dritte Schicht 123, die Gold enthält. Durch Verwenden einer derartigen Stapelstruktur für die zweite Elektrode 120, kann der elektrische Widerstand verringert werden.
    • [5] Vorzugsweise umfasst das zuvor beschriebene Herstellungsverfahren unter Punkt [1] vor dem Schritt des Bildens der ersten Elektrode 110 den Schritt des Schleifens einer Hauptfläche P2 des Siliziumkarbidsubstrats 100, auf dem die erste Elektrode 110 gebildet werden soll (S102), und den Schritt des Entfernens einer beschädigenden Schicht durch Ätzen der geschliffenen Hauptfläche P2 (S103), und in dem Schritt des Herstellens eines Ohmschen Kontakts (S105), wird die Oberfläche S1 der ersten Elektrode 110 mit Laserstrahlen mit einer Laserbestrahlungsintensität von nicht weniger als 1,5 J/cm2 und nicht mehr als 2,4 J/cm2 bestrahlt.
  • Durch Bilden der ersten Elektrode 110 auf der Hauptfläche P2, die einem solchen Vorbehandlungsschritt unterzogen wird, und ferner durch Durchführen eines Laserglühschritts mit einer Laserbestrahlungsintensität von nicht weniger als 1,5 J/cm2 und nicht mehr als 2,4 J/cm2, kann der arithmetische Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 verringert und die Erzeugung von Hohlräumen während des Chipbondens unterdrückt werden, während ein Ohmscher Kontakt zwischen dem SiC-Substrat 100 und der ersten Elektrode 110 hergestellt wird.
  • Die Bezeichnung ”Laserbestrahlungsintensität” bezieht sich hier auf eine Energiedichte zu dem Zeitpunkt, wenn ein Laserleistungsbereich bis zu jener Laserleistung, die einen 1/e-mal so großen Wert eines Höchstwertes erreicht (wobei ”e” eine Napier-Konstante darstellt), als ein Laserbestrahlungsbereich definiert wird, wobei angenommen wird, dass 100% der Laserenergie innerhalb dieses Bestrahlungsbereichs liegen.
    • [6] Vorzugsweise enthält die erste Elektrode 110 Silizium (Si). Da die erste Elektrode 110 Si enthält, kann die Diffusion von C aus dem SiC-Substrat 100 verhindert werden. Zudem kann auch eine Elektrode in Ohmschen Kontakt mit dem SiC-Substrat 100 gebildet werden, ohne Si aus dem SiC-Substrat 100 zuzuführen.
  • [Einzelheiten der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung]
  • Im Nachfolgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (im Nachfolgenden auch als die ”vorliegende Ausführungsform” bezeichnet) detailliert beschrieben, wobei jedoch die vorliegende Ausführungsform nicht darauf beschränkt ist.
  • 1 zeigt ein Flussdiagramm, das einen Überblick über das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Bezug nehmend auf 1 umfasst das Herstellungsverfahren einen Herstellungsschritt (S101), einen Schleifschritt (S102), einen Schritt zum Entfernen der beschädigten Schicht (S103), einen Schritt zum Bilden der ersten Elektrode (S104), einen Laserglühschritt (S105) und einen Schritt zum Bilden einer zweiten Elektrode (S106). Die vorliegende Erfindung wird im Nachfolgenden unter Bezugnahme auf einen vertikalen Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor (MOSFET) als Beispiel beschrieben.
  • [Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung]
  • Zunächst wird eine Siliziumkarbid(SiC)-Halbleitervorrichtung beschrieben, die gemäß der vorliegenden Ausführungsform hergestellt wird. 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Aufbaus einer SiC-Halbleitervorrichtung 101 darstellt. Die SiC-Halbleitervorrichtung 101 ist ein vertikaler MOSFET mit einer planaren Struktur. Die SiC-Halbleitervorrichtung 101 umfasst ein SiC-Substrat 100 mit einer ersten Hauptfläche P1 und einer zweiten Hauptfläche P2, die gegenüber der ersten Hauptfläche P1 angeordnet ist. Ein SiC-Substrat 100 umfasst eine SiC-Schicht 11 und eine Epitaxieschicht 12. Die SiC-Schicht 11 und die Epitaxieschicht 12 weisen beispielsweise einen n-Leitfähigkeitstyp auf.
  • Die Epitaxieschicht 12 ist eine Halbleiterschicht, die epitaktisch auf der SiC-Schicht 11 gewachsen wird und verschiedene Verunreinigungsgebiete (ein Körpergebiet 13, ein n+-Gebiet 14, ein Kontaktgebiet 18) aufweist. Auf der Epitaxieschicht 12 werden ein Gateisolierfilm 15, eine Gateelektrode 17, eine Sourceelektrode 16 und eine Flächenanschlusselektrode 19 auf der Vorderflächenseite gebildet.
  • Auf der zweiten Hauptfläche P2 (einer Rückseitenfläche) werden eine erste Elektrode 110 (Ohmsche Elektrode) in Ohmschen Kontakt mit der zweiten Hauptfläche P2 und eine zweite Elektrode 120 (Flächenanschlusselektrode), die auf der ersten Elektrode 110 gebildet ist, ausgebildet. In der SiC-Halbleitervorrichtung 101 dienen die erste Elektrode 110 und die zweite Elektrode 120 als eine Drainelektrode. Im Nachfolgenden wird die vorliegende Ausführungsform beschrieben, wobei das Hauptaugenmerk auf einem Verfahren zur Bildung der ersten Elektrode 110 und der zweite Elektrode 120 liegt.
  • [Herstellungsschritt (S101)]
  • 2 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die den Herstellungsschritt (S101) darstellt. 2 zeigt eine im Vergleich zu 6, wie zuvor beschrieben, invertierte Vertikalrichtung. In dem Herstellungsschritt (S101) wird das SiC-Substrat 100 hergestellt. Wie zuvor beschrieben, umfasst das SiC-Substrat 100 die zweite Hauptfläche P2. Hierin ist die zweite Hauptfläche P2 eine Hauptfläche, auf der die erste Elektrode 101 im Wesentlichen gebildet werden soll. In diesem Schritt können verschiedene Verunreinigungsgebiete oder Elektroden, wie zuvor beschrieben, auf einer Seite der Hauptfläche P1 gebildet werden.
  • [Schleifschritt (S102)]
  • In dem Schleifschritt (S102) wird die zweite Hauptfläche P2 geschliffen. Durch Verringern einer Dicke des SiC-Substrats 100 durch Schleifen des SiC-Substrats 100 von einer Seite der zweiten Hauptfläche P2, kann eine Widerstandskomponente, die sich von einer Dicke des SiC-Substrats ableitet, verringert und die erste Elektrode 110 gleichmäßiger ausgebildet werden. Für den Schleifvorgang kann eine gewöhnliche Schleifvorrichtung (eine Schleifmaschine) verwendet werden.
  • [Schritt zum Entfernen einer beschädigten Schicht (S103)]
  • Da die zweite Hauptfläche P2 mit Hilfe einer Schleifmaschine oder dergleichen mechanisch geschliffen wird, wird eine beschädigte Schicht mit veränderter Kristallstruktur bis zu einer bestimmten Tiefe von der zweiten Hauptfläche P2 erzeugt. Die beschädigte Schicht kann auch als prozessbeeinträchtigte Schicht bezeichnet werden. Die beschädigte Schicht ist eine Schicht, die sich in den physikalischen Eigenschaften von SiC (einem Basismaterial) unterscheidet, und die verglichen mit dem Basismaterial mit einer geringen Wahrscheinlichkeit einen Ohmschen Kontakt mit der ersten Elektrode 110 herstellen kann. Somit wird in der vorliegenden Ausführungsform eine derartige beschädigte Schicht weggeätzt. Die beschädigte Schicht kann beispielsweise mittels Trockenätzen, wie beispielsweise reaktivem Ionenätzen (RIE), entfernt werden.
  • [Schritt zum Bilden einer ersten Elektrode (S104)]
  • 3 zeigt eine schematische Teilquerschnittsansicht, die den Schritt zum Bilden der ersten Elektrode (S104) darstellt. in dem Schritt zum Bilden der ersten Elektrode (S104) wird die erste Elektrode 110, die eine Ohmsche Elektrode bildet, ausgebildet. Die erste Elektrode 110 wird auf der zweiten Hauptfläche P2 ausgebildet. Die erste Elektrode 110 kann beispielsweise mittels Sputtern oder Vakuumdampfabscheidung gebildet werden. Die erste Elektrode 110 weist beispielsweise eine Dicke von in etwa 50 bis 150 nm auf.
  • Ein die erste Elektrode 110 bildendes Element kann beispielsweise Ni, Titan (Ti), Wolfram (W) und Molybdän (Mo) umfassen. Von diesen umfasst die erste Elektrode 110 vorzugsweise Ni. Somit kann der elektrische Widerstand verringert werden. Die erste Elektrode 110 kann aus einem einzigen Element oder aus mehreren Elementen gebildet sein. Beispielsweise kann die erste Elektrode 110 aus Ni und Si gebildet sein. Enthält die erste Elektrode 110 Si, kann die Diffusion von C aus dem Si-Substrat 100 unterdrückt und der elektrische Widerstand verringert werden. In der ersten Elektrode 110 können Ni und Si in gemischtem Zustand vorhanden sein oder eine intermetallische Verbindung, wie beispielsweise Nickelsilizid (NiSi) bilden.
  • Enthält die erste Elektrode 110 Ni und Si, besetzt die Anzahl von Ni-Atomen in der Gesamtmenge an Ni- und Si-Atomen besonders bevorzugt 70% oder mehr. Es ist zu erwarten, dass die erste Elektrode 110 mit einer derartigen Zusammensetzung einen geringeren elektrischen Widerstand aufweist. Hierin beträgt ein Verhältnis der Anzahl von Ni-Atomen wünschenswerterweise nicht mehr als 90%, um die Diffusion von C aus dem SiC-Substrat 100 zu verhindern. Die Atomkonzentration kann beispielsweise mittels energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) oder Sekundärionen-Massenspektroskopie (SIMS) gemessen werden. Die erste Elektrode 110 kann eine während der Bildung zwangsläufig eingebrachte Verunreinigung enthalten.
  • [Laserglühschritt (S105)]
  • 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die den Laserglühschritt (S105) darstellt. In dem Laserglühschritt (S105) wird ein Ohmscher Kontakt zwischen dem SiC-Substrat 100 und der ersten Elektrode 110 unter Verwendung von Laserstrahlen L hergestellt. Wünschenswerterweise wird eine Atmosphäre aus einem inerten Gas (wie beispielsweise Argon) als Atmosphäre für das Glühen verwendet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird die Laserbestrahlungsintensität so eingestellt, dass die Bedingung, dass der arithmetische Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten, auf der ersten Elektrode 110 gebildeten Elektrode 120 in einem nächsten Schritt (S106) nicht größer als 0,2 μm ist, erfüllt ist. Somit kann die Erzeugung von Hohlräumen während des Chipbondens verhindert werden. Im Nachfolgenden wird eine Beschreibung unter Bezugnahme auf bestimmte Versuchsergebnisse beschrieben.
  • 1. Beziehung zwischen der Oberflächenrauheit der zweiten Elektrode und der Hohlraumbesetzung
  • Zunächst wird eine Beziehung zwischen der Oberflächenrauheit der zweiten Elektrode 120 und einer Hohlraumbesetzung während des Chipbondens beschrieben. Hierin bezeichnet der Begriff ”Hohlraumbesetzung” ein Verhältnis (einen Prozentsatz) einer von Hohlräumen besetzten Fläche zu einer Fläche eines Befestigungsabschnitts (Lot) der SiC-Halbleitervorrichtung 101 und einer Halterung (nicht gezeigt) in einem Bild, das erhalten wird, in dem ein Bild des Befestigungsabschnitts mit einem Röntgenmikroskop aufgenommen und das erhaltene Übertragungsbild einer binären Verarbeitung unterzogen wird.
  • 7 und 8 zeigen Bildaufnahmebeispiele des Befestigungsabschnitts mit Hilfe des Röntgenmikroskops. Diese Bilder weisen einen Bereich von 220 μm × 280 μm auf. In diesen Bildaufnahmebeispielen wird eine Laserabtastperiode während dem Laserglühschritt auf 50 bis 60 μm eingestellt. Daraus folgt, dass diese Bildaufnahmebeispiele durch Bildaufnahme eines Bereichs, der während 3 bis 4 Abtastperioden abgedeckt wird, erhalten werden. In 7 und 8 kann das Vorhandensein von Hohlräumen 2 in dem Befestigungsabschnitt beobachtet werden. Hierbei beträgt eine Hohlraumbesetzung in 7 in etwa 7%, während eine Hohlraumbesetzung in 8 in etwa 2% beträgt. Gemäß den vom Erfinder durchgeführten Untersuchungen hat sich gezeigt, dass eine Hohlraumbesetzung, die 5% übersteigt, für die praktische Verwendung nicht ausreicht. Daher sollte die Hohlraumbesetzung auf 5% oder weniger eingestellt werden.
  • 1-A Beziehung zwischen dem arithmetischen Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche der zweiten Elektrode und der Hohlraumbesetzung
  • 9 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen dem arithmetischen Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 und einer Hohlraumbesetzung darstellt. In 9 bezeichnet die Ordinate eine Hohlraumbesetzung des Befestigungsabschnitts und die Abszisse den arithmetischen Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120. In 9 stellt eine rautenförmige Markierung ein Produkt hoher Qualität dar, bei dem Hohlraumbesetzung nicht höher als 5% ist, und eine dreiecksförmige Markierung stellt ein mangelhaftes Produkt dar, bei dem die Hohlraumbesetzung 5% übersteigt.
  • In 9 kann eine starke Korrelation zwischen dem arithmetischen Mittenrauwert (Ra) und einer Holraumbesetzung beobachtet werden. In 9 nimmt mit zunehmendem arithmetischen Mittenrauwert (Ra) eine Hohlraumbesetzung zu, wobei bei einem arithmetischen Mittenrauwert (Ra) von mehr als 0,2 μm eine Hohlraumbesetzung drastisch zunimmt und 5% übersteigt. Auf der Grundlage dieses Ergebnisses zeigt sich, dass der arithmetische Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 auf 0,2 μm oder weniger gesteuert werden sollte. Aus 9 ist ersichtlich, dass unter Berücksichtigung einer weiteren Verringerung der Hohlraumbesetzung, der arithmetische Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 vorzugsweise nicht größer als 0,15 μm und noch bevorzugter nicht größer als 0,1 μm ist.
  • 1-B. Beziehung zwischen der maximalen Höhe (Rz) der Oberfläche der zweiten Elektrode und der Hohlraumbesetzung
  • 10 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen der maximalen Höhe (Rz) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 und einer Hohlraumbesetzung darstellt. Hierin bezeichnet die ”maximale Höhe (Rz)” eine maximale Höhe (Rz), wie sie im Standard "JIS B 0601:2001" definiert ist. In 10 stellt die Ordinate eine Hohlraumbesetzung des Befestigungsabschnitts dar und die Abszisse stellt eine maximale Höhe (Rz) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 dar. In 10 bezeichnet eine rautenförmige Markierung ein Produkt hoher Qualität, bei dem die Hohlraumbesetzung nicht höher als 5% ist und eine dreiecksförmige Markierung bezeichnet ein mangelhaftes Produkt, bei dem die Hohlraumbesetzung 5% übersteigt.
  • In einem Gebiet, in dem die maximale Höhe (Rz) nicht kleiner als 4 μm ist, siehe 10, ist sowohl eine Hohlraumbesetzung von nicht mehr 5% als auch eine Hohlraumbesetzung, die 5% übersteigt, vorhanden. Somit wird angenommen, dass es keine starke Korrelation zwischen der maximalen Höhe (Rz) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 und einer Hohlraumbesetzung gibt. Es wird angenommen, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass die maximale Höhe (Rz) einen lokalen Wert darstellt, der nur einen Unterschied zwischen einer maximalen Profilspitzenhöhe und einer maximalen Profiltaltiefe innerhalb eines Messbereichs darstellt, während die Hohlraumbesetzung einen Durchschnittswert für den Befestigungsabschnitt als Ganzes darstellt.
  • 2. Beziehung zwischen der Laserbestrahlungsintensität und dem arithmetischen Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche der zweiten Elektrode
  • Im Nachfolgenden wird die Beziehung zwischen der Laserbestrahlungsintensität in dem Laserglühschritt (S105) und dem arithmetischen Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120, die anschließend auf der ersten Elektrode 110 gebildet wird, beschrieben. 11 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Laserbestrahlungsintensität und dem arithmetischen Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 darstellt. In 11 stellt die Ordinate den arithmetischen Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 und die Abszisse die Laserbestrahlungsintensität dar. In 11 stellt eine rautenförmige Markierung ein Produkt hoher Qualität dar, bei dem die Hohlraumbesetzung nicht höher als 5% ist, und eine dreiecksförmige Markierung stellt ein mangelhaftes Produkt dar, bei dem die Hohlraumbesetzung 5% übersteigt.
  • In 11 stellt ein Punkt, an dem die Laserbestrahlungsintensität 0 (Null) ist, den arithmetischen Mittenrauwert (Ra) der zweiten Elektrode 120 in einem Fall, bei dem ein Ohmscher Kontakt mittels Lampenglühen hergestellt wird, dar. Wie aus 11 ersichtlich ist, ist im Laserglühverfahren zur Herstellung eines Ohmschen Kontakts der arithmetische Mittenrauwert (Ra) größer als im Lampenglühverfahren. Durch weiteres Verringern der Laserbestrahlungsintensität nimmt der arithmetische Mittenrauwert (Ra) nach und nach zu, nimmt der arithmetische Mittenrauwert von etwa einem Punkt, an dem die Laserbestrahlungsintensität 2,2 J/cm2 übersteigt, drastisch zu und übersteigt der arithmetische Mittenrauwert (Ra) 0,2 μm, wenn die Laserbestrahlungsintensität 2,5 J/cm2 erreicht. Auf Grundlage dieses Ergebnisses zeigt sich, dass der arithmetische Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 durch Steuern der Laserbestrahlungsintensität einstellbar ist.
  • Wie zuvor beschrieben, wird für die Verringerung einer Hohlraumbesetzung auf 5% oder weniger der arithmetische Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 auf 0,2 μm oder weniger eingestellt. Wie in 11 gezeigt, beträgt in dem vorliegenden Ergebnis die Laserbestrahlungsintensität, die eine Steuerung des arithmetischen Mittenrauwerts (Ra) auf 0,2 μm oder weniger ermöglicht, bis zu 2,4 J/cm2. Somit die die Laserbestrahlungsintensität vorzugsweise nicht höher als 2,4 J/cm2, obwohl diese von der Zusammensetzung der ersten Elektrode 110 abhängt. Zur weiteren Verringerung des arithmetischen Mittenrauwerts (Ra) beträgt die Laserbestrahlungsintensität noch bevorzugter nicht mehr als 2,2 J/cm2 und besonders bevorzugt nicht mehr als 2,0 J/cm2.
  • Zur Bildung eines ausreichenden Ohmschen Kontakts ist andererseits die Laserbestrahlungsintensität wünschenswerterweise nicht niedriger als 1,5 J/cm2, obwohl diese von der Zusammensetzung der ersten Elektrode 110 abhängt. Das heißt, dass die Laserbestrahlungsintensität vorzugsweise nicht geringer als 1,5 J/cm2 und nicht höher als 2,4 J/cm2, noch bevorzugter nicht niedriger als 1,5 J/cm2 und nicht höher als 2,2 J/cm2, und besonders bevorzugt nicht geringer 1,5 J/cm2 und nicht höher 2,0 J/cm2 ist.
  • Hierin weisen die Laserstrahlen wünschenswerterweise eine Wellenlänge auf, die einer Bandlücke von SiC (beispielsweise 386 nm oder kürzer) entspricht. Somit ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass die Laserstrahlen durch die Oberfläche des SiC-Substrats 100 absorbiert werden und sich die Energieeffizienz verbessert. Beispielsweise können Laserstrahlen mit einer Wellenlänge von 355 nm, die die dritte Harmonische eines YAG-Lasers oder YVO4-Lasers bilden, als Laserstrahlen einer solchen Wellenlänge verwendet werden. Die Laserstrahlen haben beispielsweise eine Pulsbreite von nicht weniger als 10 ns und nicht mehr als 10 μs, vorzugsweise nicht weniger als 50 ns und nicht mehr als 1 μs. Somit kann der Glühschritt durch Verwenden einer praktischen Pulsbreite in kurzer Zeit durchgeführt werden.
  • [Schritt zum Bilden einer zweiten Elektrode (S106)]
  • 5 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, die den Schritt zum Bilden einer zweiten Elektrode (S106) darstellt. In dem Schritt zum Bilden einer zweiten Elektrode (S106) wird die zweite Elektrode 120 gebildet. Die zweite Elektrode 120 wird auf der ersten Elektrode 110, die dem Laserglühschritt (S105) unterzogen wurde, gebildet. Die zweite Elektrode kann beispielsweise mittels Sputtern oder Vakuumdampfabscheidung gebildet werden. Die zweite Elektrode 120 weist beispielsweise eine Dicke von in etwa 300 bis 900 nm auf.
  • Ein die zweite Elektrode 120 bildendes Element kann beispielsweise Ti, Ni, Platin (Pt) und Au umfassen. Von diesen umfasst die zweite Elektrode 120 vorzugsweise Ti, Ni und Au. Dadurch kann der elektrische Widerstand verringert werden.
  • Die zweite Elektrode 120 kann aus einem einzelnen Element oder aus einer Vielzahl von Elementen gebildet sein. Bezug nehmend auf 5 kann die zweite Elektrode 120 eine Vielzahl von Schichten umfassen. In 5 umfasst die zweite Elektrode 120 eine erste Schicht 121, die Ti enthält, eine zweite Schicht 122, die Ni enthält, und eine dritte Schicht 123, die Au enthält. Durch Verwenden einer derartigen Stapelstruktur nimmt der elektrische Widerstand tendenziell einen niedrigen Wert an. Obwohl die Dicke einer jeden Schicht auf keine besondere beschränkt ist, wird die Dicke beispielsweise auf etwa bis 300 nm festgelegt. Die zweite Elektrode 120 kann eine während der Bildung zwangsläufig eingeführte Verunreinigung aufweisen.
  • Wie zuvor beschrieben, wird die SiC-Halbleitervorrichtung 101, die einen vertikalen MOSFET mit einer ebenen Struktur darstellt, hergestellt. Wie zuvor beschrieben, wird in der SiC-Halbleitervorrichtung 101 der arithmetische Mittenrauwert (Ra) der Oberfläche S2 der zweiten Elektrode 120 auf 0,2 μm oder weniger gesteuert, und somit kann eine Hohlraumbesetzung während des Chipbondens der SiC-Halbleitervorrichtung 101 auf beispielsweise 5% oder weniger verringert werden.
  • Obwohl die vorliegende Ausführungsform mit Bezug auf einen MOSFET als Beispiel beschrieben wurde, ist die vorliegende Ausführungsform nicht darauf beschränkt und kann weitgehend auf eine Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung, wie beispielsweise einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder eine Schottky-Diode (SBD) angewendet werden. Die Siliziumkarbidhalbleitervorrichtung kann nicht nur eine ebene Struktur, sondern auch eine Grabenstruktur aufweisen.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung detailliert beschrieben und dargestellt wurde, versteht es sich, dass diese nur der Veranschaulichung und als Beispiel dient und in keinerlei Hinsicht als einschränkend zu erachten ist, wobei der Umfang der Erfindung durch die Begriffe der beigefügten Ansprüche definiert ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2012-99598 [0002, 0003, 0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Standard ”JIS B 0601:2001” [0023]
    • Standard ”JIS B 0601:2001” [0048]

Claims (6)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung, mit den Schritten: Herstellen eines Siliziumkarbid-Substrats (100) (S101); Bilden einer ersten Elektrode (110) auf dem Siliziumkarbid-Substrat (100) (S104); Herstellen eines ohmschen Kontakts zwischen dem Siliziumkarbid-Substrat (100) und der ersten Elektrode (110) durch Bestrahlen der ersten Elektrode (110) mit Laserstrahlen (S105); und Bilden einer zweiten Elektrode (120) auf der ersten Elektrode (110) (S106), wobei in dem Schritt des Herstellens eines ohmschen Kontakts (S105), eine Oberfläche (S1) der ersten Elektrode (110) mit Laserstrahlen bestrahlt wird, sodass der arithmetische Mittenrauwert einer Oberfläche (S2) der zweiten Elektrode (120) nicht größer als 0,2 μm ist.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (110) Nickel enthält.
  3. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Elektrode (120) Gold enthält.
  4. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Elektrode (120) eine Vielzahl von Schichten umfasst, und die Vielzahl von Schichten eine erste Schicht (121), die Titan enthält, eine zweite Schicht (122), die Nickel enthält, und eine dritte Schicht (123), die Gold enthält umfasst.
  5. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner vor dem Schritt des Bildens einer ersten Elektrode (110) (S104) die Schritte umfasst: Schleifen einer Hauptfläche (P2) des Siliziumkarbid-Substrats (100), auf der die erste Elektrode (110) gebildet werden soll (S102); und Entfernen einer beschädigten Schicht durch Ätzen der geschliffenen Hauptfläche (P2) (S103), wobei in dem Schritt des Herstellens eines ohmschen Kontakts (S105), die Oberfläche (S1) der ersten Elektrode (110) mit Laserstrahlen mit einer Laserbestrahlungsintensität, die nicht kleiner als 1,5 J/cm2 und nicht mehr als 2,4 J/cm2 ist, bestrahlt wird.
  6. Verfahren zur Herstellung einer Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Elektrode (110) Silizium enthält.
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