DE102022100072A1 - Verfahren zum herstellen einer metallsilicidschicht oberhalb eines siliciumcarbidsubstrats und halbleitervorrichtung, die eine metallsilicidschicht umfasst - Google Patents

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Axel Koenig
Gregor Langer
Bernhard Leitl
Kristijan Luka Mletschnig
Hans-Joachim Schulze
Werner Schustereder
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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen einer Metallsilicidschicht umfasst thermisches Lasertempern eines Oberflächengebiets eines SiC-Substrats, Freilegen einer Oberfläche einer dementsprechend erhaltenen Siliciumschicht, Abscheiden einer Metallschicht oberhalb der freigelegten Siliciumschicht, und thermisches Behandeln des Stapels aus Schichten, wodurch eine Metallsilicidschicht gebildet wird. Ein alternatives Verfahren zum Herstellen einer Metallsilicidschicht umfasst Abscheiden wenigstens einer Siliciumschicht oberhalb eines SiC-Substrats, Abscheiden einer Metallschicht, thermisches Lasertempern des SiC-Substrats und des Stapels aus Schichten oberhalb des SiC-Substrats, wodurch eine Metallsilicidschicht gebildet wird. Zudem wird eine Halbleitervorrichtung beschrieben, die eine Struktur aus wenigstens drei Schichten aufweist, die ein SiC-Substrat, eine Metallsilicidschicht und eine polykristalline Schicht in direktem Kontakt mit dem Substrat und den Metallsilicidschichten umfasst.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Verfahren zum Herstellen von Metallsilicidschichten oberhalb eines Siliciumcarbidsubstrats und eine Halbleitervorrichtung, die eine solche Metallsilicidschicht umfasst.
  • HINTERGRUND
  • Metallsilicidschichten sind als Kontaktmaterialien mit guten ohmschen Eigenschaften in Halbleitervorrichtungen bekannt. Zum Beispiel wird eine Nickel-Silicium-Legierungsschicht, deren Nickelzusammensetzung bei speziellen Atom-% liegt, auf einem n-Typ-Siliciumcarbidsubstrat durch ein Gasphasenabscheidung-Sputterverfahren, gefolgt von einer Temperungsbehandlung nach Shinji et al. gebildet ( JP-H-0799169A ).
  • Eine alternative Fertigung von Nickelsilicidkontakten auf n-Typ-4H-Siliciumcarbid wurde unter Verwendung eines selbstausgerichteten („Salicid“-) Prozesses beschrieben (z. B. Kuchuk et al, 2008, J. Phys.: Conf. Ser. 100 042003). Salicidprozesse werden in der Mikroelektronikindustrie zum direkten Bilden elektrischer Kontakte zwischen einer Halbleitervorrichtung und darauf bereitgestellten Metallkontakten beschrieben. Der Prozess involviert die Reaktion eines Metalldünnfilms mit Silicium in dem Oberflächengebiet eines siliciumhaltigen Halbleitersubstrats oder innerhalb der aktiven Gebiete einer Halbleitervorrichtung, z. B. von Transistoren, Dioden oder Leistung-MOSFETs. Die dementsprechend gebildete Metallsilicidschicht mit geringem Widerstand an der Grenzfläche des Halbleitersubstrats kann als Silicidkontakte verwendet werden. Im Gegensatz zu den Sputterverfahren erfordert die Kontaktbildung unter Verwendung des Salicidprozesses üblicherweise keine fotolithografischen Strukturierungsprozesse.
  • Die Erzeugung ohmscher Kontakte an der Grenzfläche von SiC-Substraten und Metallkontaktschichten erfordert eine relativ hohe Temperatur in dem Temperungsschritt nach der Metallisierung und eine Bildung eines starken orientierten Wachstums von NiSi-Körnern an der Grenzfläche des Halbleitersubstrats und der Metallsilicidschicht (vergleiche Kuchuk et al., 2012, Materials Science Forum, Bd. 717-720, S. 833-836). Jedoch bewirkt der Temperungsschritt nach der Metallisierung manchmal Kohlenstoffkörner innerhalb der Metallsilicidschicht oder eine Zwischenkohlenstoffschichtbildung an der Oberfläche oder der Siliciumcarbidgrenzfläche, z. B. von Carbidschichten, und dementsprechend einen Verlust eines Ohmscher-Kontakt-Verhaltens an der Grenzfläche der Halbleiterschicht und der Metallkontaktschicht aufgrund von Rekristallisierungsprozessen und einer Delaminierung der Metallkontaktschichten. Daher werden zusätzliche Schritte üblicherweise ausgeführt, die die Kosten zum Produzieren ohmscher Kontakte auf Halbleitern, insbesondere auf SiC-Substrat-basierten Halbleitern, erhöhen.
  • In Anbetracht des Vorhergehenden gibt es eine Nachfrage danach, alternative Herstellungsprozesse für Metallsilicidschichten in SiC-basierten Halbleitervorrichtungen bereitzustellen, die die Produktion von Kontakten, geeigneterweise mit ohmschem Verhalten, auf eine effiziente und kostengünstige Weise ermöglichen. Des Weiteren gibt es einen Bedarf, SiC-basierte Halbleitervorrichtungen mit zuverlässigen Kontakten mit guter Homogenität und Reproduzierbarkeit bereitzustellen.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Manche Ausführungsformen betreffen Verfahren zum Herstellen einer Metallsilicidschicht oberhalb eines Siliciumcarbid(SiC)-Substrats. Nachdem ein SiC-Substrat bereitgestellt wurde, umfasst das Verfahren thermisches Lasertempern eines Oberflächengebiets des SiC-Substrats, wodurch SiC-Material in dem Oberflächengebiet des SiC-Substrats in eine polykristalline SiC-Schicht, eine Siliciumschicht oberhalb der polykristallinen SiC-Schicht und eine Kohlenstoffschicht oberhalb der Siliciumschicht aufgeteilt wird. Das Verfahren umfasst ferner Freilegen einer Oberfläche der Siliciumschicht durch Entfernen von wenigstens den meisten Teilen des Kohlenstoffmaterials der Kohlenstoffschicht. Der Ausdruck „die meisten Teile“ bedeutet, dass der Großteil des Kohlenstoffmaterials oder im Wesentlichen das gesamte Kohlenstoffmaterial der Kohlenstoffschicht entfernt wird, und die Siliciumschicht wird durch diesen Entfernungsschritt in dem Großteil ihrer Teile entfernt. Der dementsprechend erhaltbare geringe Anteil an verbleibendem Kohlenstoff in dem Schichtstapel oberhalb des Siliciumcarbidsubstrats reduziert die Erzeugung von Kohlenstoffkörnern während späterer Verarbeitungsschritte, wie etwa Thermische-Verarbeitung- oder Temperungsschritten.
  • Das Verfahren dieser Ausführungsform umfasst ferner Abscheiden einer Metallschicht oberhalb der freigelegten Siliciumschicht, um einen Stapel aus wenigstens der Siliciumschicht und der Metallschicht zu bilden, und thermisches Behandeln des Stapels aus wenigstens der Siliciumschicht und der Metallschicht. Durch thermisches Behandeln der Silicium- und Metallschicht wird eine Metallsilicidschicht gebildet, die ein Metallsilicid umfasst, das aus dem Metall der Metallschicht und dem Silicium, das hauptsächlich in der Siliciumschicht enthalten ist, gebildet ist. Eine Zersetzung der Siliciumcarbidschicht und Bilden eines Silicids unter Verwendung des dementsprechend erzeugten Siliciums ist unter manchen Umständen möglich, wird aber nicht bevorzugt, da der Anteil an freiem Kohlenstoff durch diese Zersetzungsreaktion erhöht wird. Zudem kann der Verbrauch von SiC-Material von dem Substrat dadurch minimiert oder vermieden werden, so dass eine Homogenität der produzierten Halbleiter von Vorrichtung zu Vorrichtung erzielt werden kann. Insbesondere können Streuungen der Substratdicke von Wafer zu Wafer verringert werden, falls der Verbrauch von SiC-Material minimiert wird. Daher wird die Siliciumschicht beispielsweise so angepasst, dass sie dick genug ist, um ausreichend Siliciummaterial für die Silicidbildung während der Silicidreaktion zu liefern.
  • Das SiC-Substrat kann wenigstens einen SiC-Wafer oder eine oder mehrere epitaktische Schichten umfassen oder daraus bestehen. Die epitaktischen Schichten können epitaktische Strukturen umfassen, die beispielsweise innerhalb oder auf einem Oberflächengebiet der epitaktischen Schichten oder des SiC-Wafers bereitgestellt werden können. Zum Beispiel umfasst das Substrat möglicherweise nur epitaktische Schichten und kann ohne einen SiC-Wafer sein. Zum Beispiel kann ein Wafer, der zum epitaktischen Wachstum verwendet wurde, in vorhergehenden Prozessschritten entfernt worden sein. Bei einem anderen Beispiel kann ein SiC-Wafer wenigstens teilweise in dem Substrat vorhanden sein, zum Beispiel auf der Rückseite des SiC-Substrats, während eine oder mehrere epitaktische Schichten darauf auf der Vorderseite des SiC-Substrats bereitgestellt sind. Dann kann das Siliciumcarbidsubstrat, das mit Kontakten versehen werden solle, der SiC-Wafer auf der Rückseite davon sein. Zum Beispiel kann das wie hier beschriebene Verfahren zum Bereitstellen von Metallsilicidkontakten auf der (den) epitaktischen Vorderseitenschicht(en) des Substrats verwendet werden. Obwohl diese Schrift meistens auf Verfahren zum Kontaktieren der Rückseitenhalbleiteroberfläche mit Metallsilicidschichten verweist, kann es typischerweise zum Bereitstellen von Vorderseiten- und/oder Rückseitenkontakten in zum Beispiel Leistungs-MOSFETs, SiC-basierten Dioden oder J-FETs verwendet werden. Die Ausdrücke „Vorderseite“ und „Rückseite“ (auch als „hintere Seite“ bezeichnet) werden unter Bezugnahme auf die Orientierung bei den in dem Zeichnungsabschnitt gezeigten Beispielen verwendet. Weil Komponenten von Ausführungsformen in einigen unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, wird die direktionale Terminologie lediglich zu Veranschaulichungszwecken verwendet und soll in keiner Weise als beschränkend betrachtet werden.
  • In dieser Schrift bedeutet der Ausdruck „oberhalb“, dass sich eine erste Schicht oberhalb der Oberfläche eines Substrats oder einer zweiten Schicht befindet. Dadurch kann sich die erste Schicht direkt auf dem Substrat oder der zweiten Schicht befinden oder kann sich direkt auf eine andere Schicht oder andere Elemente erstrecken, oder dazwischenliegende Schichten oder Elemente können ebenfalls vorhanden sein. Im Gegensatz dazu sind, wenn eine Schicht oder ein Element als sich „direkt auf“ einer anderen Schicht oder einem anderen Element befindlich oder sich „direkt auf“ diese(s) erstrecken bezeichnet wird, keine dazwischenliegenden Schichten oder Elemente vorhanden.
  • Thermisches Lasertempern (LTA: Laser Thermal Annealing) ist bei dieser Ausführungsform eine thermische Behandlung von wenigstens dem Siliciumcarbidsubstrat unter Verwendung von Laserstrahlen mit hoher Energie, wodurch typischerweise epitaktische Umordnungen in dem Siliciumcarbidsubstrat bewirkt werden, so dass eine polykristalline Schicht nahe der Oberfläche des behandelten Siliciumcarbidsubstrats erzeugt wird. Typischerweise ist diese polykristalline Schicht eine 3C-SiC-Schicht. Allgemein führt der thermische Lasertemperungsprozess zu einer Substratstruktur mit einer monokristallinen Siliciumcarbidsubstratschicht, einer kristallinen oder polykristallinen Siliciumcarbidschicht, einer Siliciumschicht, die typischerweise ebenfalls polykristallin ist, und einer oberen Kohlenstoffschicht. Diese epitaktischen Umordnungen bei geeigneten Energiedichten können als ein sublimationsartiger Phasenübergangsprozess beschrieben werden, in dem die kristalline Struktur von Siliciumcarbid zersetzt wird und die Komponenten zur gleichen Zeit separiert werden. Dies führt allgemein zu dem speziellen Schichtstapel mit einer polykristallinen Siliciumcarbidschicht, auf der eine dünne Siliciumschicht und eine dünne Kohlenstoffschicht der zersetzten Siliciumcarbidsubstratstruktur gebildet sind. Der resultierende Stapel aus Schichten weist die Vorteile auf, dass eine polykristalline Siliciumcarbidphase erzeugt wurde und typischerweise eine niedrige Bandlücke aufgrund der 3C-SiC-Bildung aufweist. Die niedrige Bandlücke kann zum Erzeugen eines ohmschen Kontakts mit niedrigem elektrischem spezifischem Widerstand ausreichen. Außerdem ermöglicht die dünne Siliciumschicht oberhalb der polykristallinen Schicht eine selbstausrichtende Silicidbildung von Siliciummaterial, das darin enthalten ist, bei niedrigeren Temperaturen im Vergleich zu Siliciumcarbidmaterialien in dem Substrat oder SiC-Schichten während der folgenden thermischen Behandlungsprozeduren.
  • Freilegen einer Oberfläche der Siliciumschicht bedeutet in dem Kontext dieser Anmeldung, dass die Kohlenstoffschicht und eine beliebige intermittierende Schicht, die oberhalb der Oberfläche der Siliciumschicht gebildet wird, zum Beispiel während der Wärmebehandlung des Siliciumcarbidsubstrats, in wenigstens manchen Teilen entfernt werden können. Zum Verbessern der Zuverlässigkeit der erhaltenen ohmschen Kontakte und/oder zum Vermeiden einer Delaminierung der Silicid- und/oder Metallschichten werden beispielweise die meisten Teile oder alle Teile der Kohlenstoff- oder einer beliebigen intermittierenden Schicht entfernt, um die Oberfläche der Siliciumschicht freizulegen. Insbesondere kann das Kohlenstoffmaterial der Kohlenstoffschicht vollständig entfernt werden oder können wenigstens die meisten Teilen des Kohlenstoffmaterials der Kohlenstoffschicht entfernt werden, um die Wahrscheinlichkeit der Erzeugung von Kohlenstoffkörnern oberhalb der Oberfläche der Siliciumschicht während der nächsten Schritte des Verfahrens zum Herstellen einer Metallsilicidschicht zu reduzieren oder diese im Wesentlichen zu vermeiden. Das Verringern des Kohlenstoffanteils in diesem Schritt auf einen minimalen Anteil, so dass lediglich unvermeidbare Reste von Kohlenstoffmaterial in dem Schichtstapel oberhalb des Siliciumcarbidsubstrats verbleiben, ermöglicht es, das Risiko von Delaminierungshandlungen von Metallkontakten aufgrund des Fehlens von Kohlenstoff in den Metallsilicidschichten zu reduzieren. Daher können eine höhere Zuverlässigkeit und eine bessere Haftung der Metallkontakte erzielt werden, die später bereitgestellt werden.
  • Die freigelegte Siliciumschicht, die so vorbereitet wurde, ist bereit zum Abscheiden einer Metallschicht oberhalb der Oberfläche der Siliciumschicht und thermischen Behandeln des Stapels aus wenigstens der Siliciumschicht und der Metallschicht, wodurch eine Metallsilicidschicht gebildet wird. Bei manchen Beispielen können eine oder mehrere Metallschichten und eine oder mehrere Siliciumschichten in dem Stapel aus wenigstens der Siliciumschicht und der Metallschicht enthalten sein. Falls mehr als eine Schicht aus dem gleichen Material abgeschieden wird, kann der Schichtstapel abwechselnd gestapelt sein. Bei manchen Ausführungsformen kann es bevorzugt sein, eine zusätzliche Siliciumschicht auf der Siliciumschicht abzuscheiden, die in dem zuvor genannten Schritt freigelegt wird, um das Siliciummaterial direkt in Kontakt mit der polykristallinen SiC-Schicht zu verdicken. Die Dicke jeder der Schichten und der Gesamtanteil an Silicium und Metall der einigen Silicium- und Metallschichten kann in Abhängigkeit von dem Metallsilicid variiert werden, das als Silicidkontakt während der thermischen Behandlung des Stapels aus wenigstens der einen Siliciumschicht und der einen Metallschicht zu erzeugen ist.
  • Gemäß dieser Ausführungsform können die Temperaturen für die Silicidreaktion erheblich niedriger als in einem Fall sein, in dem die Silicidreaktion zwischen einem Metall, das in einer Metallschicht enthalten ist, und SiC, das in einem SiC-Substrat enthalten ist, ausgeführt wird. Geeignete Temperaturbereiche für die Silicidreaktion von Metall und Silicium von der Siliciumschicht sind zwischen etwa 250 °C und etwa 800 °C und insbesondere etwa 350 °C bis 700 °C, beispielweise etwa 450 °C für Nickelsilicid. Andere Metallsilicide können höhere Temperaturbereiche erfordern. Jene Temperaturen ermöglichen die Anpassung der Silicidreaktion innerhalb der Siliciumschicht anstelle des Verbrauchens des SiC-Materials von dem SiC-Substrat der polykristallinen SiC-Schicht. Dementsprechend kann die Homogenität der Metallsilicidschicht und der SiC-Strukturen der Halbeitervorrichtungen verbessert werden. Insbesondere können die Unterschiede der Schichtdicken von Wafer zu Wafer unter Verwendung des wie hier beschriebenen Verfahrens minimiert werden. Dies erhöht auch die Zuverlässigkeit der ohmschen Kontakte, die auf den SiC-Substraten bereitgestellt sind.
  • Eine andere hier beschriebene Ausführungsform betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Metallsilicidschicht oberhalb eines Siliciumcarbid(SiC)-Substrats durch Bereitstellen eines SiC-Substrats, Abscheiden wenigstens einer Siliciumschicht oberhalb des SiC-Substrats und Abscheiden einer Metallschicht oberhalb der Siliciumschicht. Das SiC-Substrat und der Stapel aus Schichten oberhalb des SiC-Substrats können dann durch thermisches Lasertempern erwärmt werden, wodurch eine Metallsilicidschicht gebildet wird, die ein Metallsilicid umfasst, das aus Metall einer Metallschicht und Silicium, das hauptsächlich in der Siliciumschicht enthalten ist, gefertigt ist.
  • Das gleiche Substrat wie bei den Ausführungsformen, die bei der obigen Ausführungsform dieser Anmeldung beschrieben sind, kann als das Siliciumcarbidsubstrat verwendet werden. Das SiC-Substrat kann dementsprechend wenigstens einen SiC-Wafer oder eine oder mehrere epitaktische Schichten umfassen oder daraus bestehen. Oberhalb dieses SiC-Substrats kann eine Siliciumschicht abgeschieden werden. Die Siliciumschicht kann in einer ausreichenden Dicke abgeschieden werden, um ausreichend Siliciummaterial für einen anschließenden Silicidprozess bereitzustellen.
  • Bei manchen Ausführungsformen der hier beschriebenen Verfahren können Dotierungsatome, die als Donatoren wirken, in ein Oberflächengebiet des SiC-Substrats durch ein geeignetes Implantationsverfahren implantiert werden. Der Implantationsschritt kann entweder direkt in das SiC-Substrat oder durch die Siliciumschicht hindurch, die oberhalb des SiC-Substrats bereitgestellt ist, ausgeführt werden. Dadurch kann die Siliciumschicht als Energieabsorptionsschicht fungieren. Dementsprechend können die Implantationstiefen auf eine solche weise angepasst werden, dass die meisten der implantierten Dotierstoffe nahe der Oberfläche des SiC-Substrats sind, was nahe der Grenzfläche zwischen dem SiC-Substrat und der Siliciumschicht bedeutet, falls diese Schicht direkt darauf bereitgestellt ist. Alternativ dazu können die Dotierungsatome in einem Oberflächengebiet der Siliciumschicht implantiert werden oder können die gleichen oder unterschiedliche Dotierungsatome in dem SiC-Substrat und der Siliciumschicht implantiert werden. Die erhaltenen Implantationen können beispielweise als Kontaktimplantationen verwendet werden. Die Implantationsdosis und die Implantationstemperatur während der Implantationen können so ausgewählt werden, dass eine Amorphisierung des kristallinen Materials sowie eine signifikante Bewegung der implantierten Dotierstoffe innerhalb des Siliciumcarbidsubstrats während der folgenden thermischen Lasertemperungsprozesse zum Aktivieren der Dotierstoffe (z. B. unter Verwendung hoher Energien und Temperaturen von etwa 1500 oder mehr, beispielsweise etwa 1700 °C) und zum Bilden einer Metallsilicidschicht durch eine Silicidreaktion (z. B. niedrigere Energien und niedrigere Temperaturen) verhindert werden. Die Aktivierung der Dotierstoffe kann mit derselben thermischen Lasertemperung eines Oberflächengebiets des SiC-Substrats ausgeführt werden, während welcher die polykristalline SiC-Schicht erzeugt wird, indem das SiC-Material wie zuvor beschrieben aufgeteilt wird.
  • Während des thermischen Lasertemperungsprozesses, der zum Auslösen der Silicidreaktion bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen angewandt wird, welcher von der LTA zum Aktivieren von Dotierstoffen oder für den Einsatz zum Erzeugen der polykristallinen SiC-Schicht in dem Substrat verwendet wird, verschieden ist, kann die Temperatur zwischen etwa 250 °C und etwa 800 °C, insbesondere etwa 350 °C bis 700 °C gewählt werden. Zur gleichen Zeit wird der Stapel aus der wenigstens einen Metallschicht und der wenigstens einen Siliciumschicht erwärmt und wird eine Metallsilicidschicht als Kontaktschicht erzeugt. Typischerweise wird das thermische Lasertempern mit niedrigeren Energiedichten als in dem Substratbehandlungsschritt der hier beschriebenen ersten Ausführungsform ausgeführt. Beispielhafte Energiedichten liegen zwischen etwa 2,0 bis 3,5 J/cm2, insbesondere niedriger als etwa 3,0 J/cm2 bei Raumtemperatur, wenn Lasersysteme mit Pulsdauern von 150 ns bis 170 ns (z. B. 160 ns) und einer Wellenlänge von 300 nm bis 330 nm (z. B. 308 nm) verwendet werden. Daher führt der thermische Lasertemperungsprozess gemäß dieser Ausführungsform zu einer Substratstruktur mit wenigstens einer monokristallinen Siliciumcarbidsubstratschicht und einer Metallsilicidschicht zum Kontaktieren des Stapels mit einem Metallkontakt, wobei sich die Metallsilicidschicht wenigstens in manchen Teilen ihrer Oberfläche in direktem Kontakt mit der Siliciumcarbidsubstratschicht befindet, wodurch der spezifische elektrische Widerstand der dementsprechend bereitgestellten geschichteten Metallkontakten verringert wird.
  • Eine oder mehrere Metallschichten können oberhalb dieses geschichteten Metallkontakts als zusätzliches Kontaktmaterial bereitgestellt werden, das beispielsweise einfach gelötet werden kann, wodurch ein ohmscher Kontakt bei dem SiC-basierten Halbleitersubstrat erzeugt wird. Das hiermit beschriebene Verfahren führt zu zuverlässigen ohmschen Kontakten unter Verwendung einer Metallsilicidzwischenschicht, während ein Verbrauch des Siliciumcarbidsubstrats während der Herstellung der Metallsilicidschicht minimiert oder vermieden wird. Dieses Verfahren kann zum Bereitstellen zuverlässiger ohmscher Kontakte mit guter Homogenität und Reproduzierbarkeit auf der Rückseite und/oder der Vorderseite des monokristallinen SiC-Substrats verwendet werden.
  • Weitere Ausführungsformen betreffen Halbleitervorrichtungen mit einer Struktur aus wenigstens drei Schichten, nämlich einer SiC-Substratschicht, einer polykristallinen SiC-Schicht und einer Metallsilicidschicht, wobei sich die polykristalline SiC-Schicht in direktem Kontakt mit sowohl der SiC-Schicht als auch der Metallsilicidschicht befindet. In direktem Kontakt bedeutet in diesem Kontext, dass es keine dazwischenliegenden Schichten, die den elektrischen Kontakt zwischen dem SiC-Substrat und der Metallsilicidschicht blockieren, in den meisten Teilen der Grenzflächen der Schichten gibt. Diese Halbleitervorrichtungen weisen allgemein gute ohmsche Kontakte mit guter Homogenität und Reproduzierbarkeit auf. Schließlich können Metallkontakte auf der Metallsilicidschicht einer solchen Halbleitervorrichtung zur Zwischenverbindung der Halbleitervorrichtungsstrukturen bereitgestellt werden.
  • Natürlich ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die obigen Merkmale und Vorteile beschränkt. Tatsächlich wird ein Fachmann zusätzliche Merkmale und Vorteile beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und beim Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • Figurenliste
  • Die Elemente der Zeichnungen sind nicht zwingend relativ zueinander maßstabsgetreu. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Die Merkmale der verschiedenen veranschaulichten Beispiele können kombiniert werden, außer sie schließen einander aus. Beispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und sind in der folgenden Beschreibung ausführlich beschrieben.
    • 1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Metallsilicidschicht oberhalb eines Siliciumcarbidsubstrats, welches einen Siliciumschichtbildungsschritt durch thermisches Lasertempern umfasst.
    • 2 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Metallsilicidschicht oberhalb eines Siliciumcarbidsubstrats, welches Siliciumschichtbildungsschritte durch thermisches Lasertempern und durch Siliciumabscheidung umfasst.
    • 3 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Metallsilicidschicht oberhalb eines Siliciumcarbidsubstrats, welches Siliciumschichtbildungsschritte durch thermisches Lasertempern und durch Siliciumabscheidung umfasst.
    • 4 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Herstellung einer Metallsilicidschicht oberhalb eines Siliciumcarbidsubstrats, welche einen Siliciumschichtbildungsschritt durch Siliciumabscheidung umfasst.
    • 5 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel einer SiC-basierten Halbleitervorrichtung, die durch eines der in 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiele erhalten werden kann.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Nachfolgend werden Verfahren zum Herstellen von Metallsilicidschichten oberhalb von Siliciumcarbidsubstraten in SiC-basierten Halbleitervorrichtungen, die die Produktion von Kontakten, geeigneterweise mit ohmschem Verhalten, auf eine effiziente und kostengünstige Weise ermöglichen, ausführlicher beschrieben. Die SiC-basierten Substrate sind allgemein zu verarbeitende Siliciumcarbidwerkstücke. Zum Beispiel kann das SiC-basierte Halbleitersubstrat ein SiC-basierter Wafer sein. Das SiC-basierte Halbleitersubstrat kann alternativ dazu einen Basiswafer (ein sogenanntes „Wachstumssubstrat“ oder einen sogenannten „Wachstumswafer“) umfassen, auf den Halbleiterschichten abgeschieden werden, z. B. durch Verwenden eines epitaktischen Prozesses. Wenigstens eine epitaktische Schicht kann an eine Vorderseite des Halbleitersubstrats angrenzen. In optionalen Prozessschritten kann eine Metallkontaktschicht auf dem SiC-basierten Halbleitersubstrat bereitgestellt werden. In diesem Fall kann das SiC-basierte Halbleitersubstrat ein verarbeiteter Wafer sein. Beispielhafte verarbeitete Wafer mit einem SiC-basierten Substrat können Leistungs-MOSFETs, Dioden oder J-FETs umfassen. Diese SiC-basierten elektronischen Komponenten weisen üblicherweise eine n-dotierte SiC-Substratschicht auf der Rückseite des mit einer Metallkontaktschicht zu kontaktierenden Halbleitersubstrats auf. Auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats kann eine p-dotierte Halbleiterschicht an der Grenzfläche zwischen dem Halbleitersubstrat und der Metallkontaktschicht für einen zuverlässigen ohmschen Kontakt erforderlich sein. Während ein Schwerpunkt auf Herstellungsverfahren für ohmsche Kontakte bei Leistungs-MOSFETs oder Diodenkomponententeilen gelegt wird, sollen die hier beschriebenen Ausführungsformen und Beispiele nicht auf diese speziellen elektronischen Komponenten beschränkt sein. Stattdessen können die Verfahren zum Herstellen ohmscher Kontakte beliebiger anderer elektronischer Komponenten basierend auf einem SiC-Substrat, zum Beispiel epitaktischer Schichten, die in dem SiC-Substrat enthalten sind, verwendet werden. Zudem kann der Ausdruck „Substrat“ verarbeitete Wafer einschließen, die einige epitaktische Schichten umfassen, in denen das Wachstumssubstrat wenigstens teilweise entfernt wurde, bevor der Rückseitenkontakt erzeugt werden kann. Außerdem kann die Grenzfläche zwischen der Halbleitersubstratvorder- und/oder -rückseite und der Metallschicht mit anderen Dotierstoffen dotiert werden. Zum Beispiel können n-dotierte Schichten auf der Vorderseite oder p-dotierte Schichten auf der Rückseite auch in Abhängigkeit von der produzierten elektronischen Vorrichtung ausgewählt werden. Für jeden Dotierungstyp „n“ oder „p“ können unterschiedliche Dotierungskonzentrationen verwendet werden. Allgemein werden diese Konzentrationen zum Beispiel als n- oder p+ identifiziert. In dieser Schrift kann ein beliebiger hier angegebener Dotierungstyp die gleiche oder unterschiedliche absolute Konzentration wie der gleiche Typ bei einer anderen Ausführungsform oder einem anderen Beispiel aufweisen.
  • Das Halbleitersubstrat und, falls zutreffend, die epitaktischen Schichten für diese elektronischen Vorrichtungen sind üblicherweise monokristallin. Ausführungsbeispiele für monokristalline Halbleitermaterialien basieren meistens auf 4H-SiC- oder 6H-SiC-Substraten. Dementsprechend ist der erste Schritt bei den hier beschriebenen Verfahren üblicherweise das Bereitstellen eines monokristallinen SiC-Substrats, insbesondere eines monokristalleinen 4H-SiC- oder 6H-SiC-Substrats. Wie zuvor beschrieben, kann das Substrat Vorrichtungsstrukturen innerhalb des Substrats umfassen. Vor dem Schritt zum Herstellen des Kontakts durch Abscheiden von Metallschichten können weitere Vorrichtungsstrukturen innerhalb des Basissubstrats produziert werden. Außerdem können Dickenreduzierungsschritte des Halbleitersubstrats bei Bedarf angewandt werden, bevor die Kontakte hergestellt werden.
  • Bei einer Ausführungsform wird die thermische Lasertemperungsprozedur mit Energiedichten ausgeführt, die zum Erzeugen einer polykristallinen Schicht in den Oberflächengebieten des Halbleitersubstrats, beispielweise eines monokristallinen 4H-SiC- oder 6H-SiC-Substrats, geeignet sind. Die polykristalline Schicht kann einen 3C-SiC-Polytyp als die Hauptkomponente der polykristallinen Komponenten umfassen, die in dem Oberflächengebiet des Substrats während des Temperungsschrittes erzeugt werden. Üblicherweise kann die Zersetzung des monokristallinen Substrats in eine polykristalline Siliciumcarbidschicht, eine Siliciumschicht und eine Kohlenstoffschicht zum Beispiel bei Raumtemperatur für ein Lasersystem beobachtet werden, das eine Pulsdauer von 150 ns bis 170 ns (z. B. 160 ns) und eine Wellenlänge von 300 nm bis 330 nm (z. B. 308 nm) mit Energiedichten zwischen 3,0 bis 5,0 J/cm2, insbesondere 3,5 bis 4,0 J/cm2, beispielsweise 3,8 J/cm2, nutzt. Wenn die Wafertemperatur geändert wird, die Pulslänge zu kürzeren oder längeren Zeitskalen oder die Laserwellenlänge zu kürzeren oder längeren Wellenlängen abgestimmt wird, müssen die Energiedichten entsprechend angepasst werden. Die Dicke und der Ort der Schichten, die durch die Zersetzungsreaktion innerhalb des SiC-Substrats erzeugt werden, können durch lokalisierte Erwärmung der jeweiligen monokristallinen Substratstruktur gesteuert werden. Umordnungsprozesse können stattfinden, beispielsweise bei den jeweiligen Oberflächengebieten, die später mit den bereitzustellenden Metallkontaktschichten zu kontaktieren sind. Dadurch kann das gesamte Oberflächengebiet oder können Teile der Oberflächengebiete, die geeignet zum Bereitstellen der Kontakte ausgewählt werden, entsprechend behandelt werden.
  • Die polykristalline Schicht stellt allgemein eine kleinere Bandlücke als das SiC-Substrat bereit, was zu guten und zuverlässigen ohmschen Kontakten nach einer Metallisierung von Kontaktmetallen auf der polykristallinen Schicht führt. In dieser Schrift bedeutet der Ausdruck „auf“, dass sich eine Schicht oder ein Element direkt auf einer anderen Schicht oder einem anderen Element befinden oder sich darauf erstrecken kann oder ebenfalls dazwischenliegende Schichten oder Elemente vorhanden sein können.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann eine weitere Siliciumschicht oberhalb der ersten Siliciumschicht vor oder nach der Abscheidung der Metallschicht abgeschieden werden. Zwei oder mehr zusätzliche Siliciumschichten können ebenfalls vor und nach der Abscheidung der Metallschicht abgeschieden werden. Solche zusätzlichen Siliciumschichten können zum Anpassen der Dicke der Siliciumschicht verwendet werden, die durch den thermischen Lasertemperungsprozess erzeugt wird. Falls beispielsweise die Dicke der während des Temperungsprozesses erzeugten Siliciumschicht klein ist, ist die Silicidschicht, die an der Grenzfläche zwischen der polykristallinen Siliciumcarbidschicht und der Metallschicht zu bilden ist, bezüglich ihrer Dicke begrenzt oder wird Silicium von dem Siliciumcarbidsubstrat oder der Polysiliciumcarbidschicht für die Silicidreaktion verbraucht. Das Hinzufügen einer weiteren Siliciumschicht ermöglicht das Erhöhen der Dicke der zu bildenden Silicidschicht und dementsprechend das Verbessern der ohmschen Kontakte, die in der erhaltenen Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden.
  • Bei dieser Ausführungsform ermöglicht die Dicke der zusätzlichen Siliciumschicht oder die Gesamtdicke der Siliciumschichten zusammen mit der Dicke der Metallschicht die Anpassung der Dicke der erhaltenen Silicidschicht, aber auch die Anpassung des Silicium-zu-Metall-Verhältnisses in der Silicidschicht, die während des Temperungsprozesses erhalten wird. In Abhängigkeit von dem stöchiometrischen Anteil von Silicium bezüglich Metall, das in den jeweiligen Schichten bereitgestellt ist, kann das Silicium-zu-Metall-Verhältnis in dem erhaltenen Metallsilicid geeigneterweise hinsichtlich des verwendeten Metalls angepasst werden und dementsprechend kann der spezifische elektrische Widerstand des erhaltenen Silicidmaterials speziell gemäß den Anforderungen gewählt werden.
  • Die zusätzliche Siliciumschicht kann direkt auf der Oberfläche der Siliciumschicht abgeschieden werden, die durch Entfernen der meisten Teile des Kohlenstoffmaterials freigelegt wurde, wodurch das gesamte Siliciummaterial verdickt wird, das oberhalb des Siliciumcarbidsubstrats bereitgestellt ist. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die zusätzliche Siliciumschicht auf der Metallschicht abgeschieden werden, wobei ein Stapel aus wenigstens einer ersten Siliciumschicht, einer Metallschicht und einer zweiten Siliciumschicht oberhalb des Siliciumcarbidsubstrats gebildet wird. Die Silicidbildung wird dann von beiden Seiten der Metallschicht während des Temperungsschrittes durchgeführt. Ähnliche Ergebnisse werden mit Abscheiden einer Siliciumschicht vor und nach der Bildung einer Metallschicht erzielt. Dadurch kann das Silicium-zu-Metall-Verhältnis individuell innerhalb geeigneter Bereiche angepasst werden. Falls beispielsweise das Metall oder die Metallverbindung Ni oder NiSi ist, dann kann der stöchiometrische Anteil des NixSiy (resultierend nach der finalen Laserbestrahlung) von Nickel bezüglich Silicium innerhalb des Bereichs x/y von 0,5 bis 2,0 liegen. Gute ohmsche Kontakte werden mit x/y von etwa 2,0 als die Hauptkomponente der Nickelsilicidschicht erzielt. Für andere Metalle oder Metallverbindungen, wie Titan (Ti), TiC, TiNi, Kobalt (Co), Palladium (Pd), Wolfram (W) oder NbNi kann der stöchiometrische Anteil zwischen etwa 0,5 bis 2,0 liegen. Exemplarisch genannte Metallsilicidmaterialien für gute ohmsche Kontaktschichten sind Ni2Si, NiSi, TiSi, CoSi2 und W5Si3.
  • Bei einer anderen Ausführungsform umfasst das wie hier beschriebene Verfahren eine Implantation von Dotierungsatomen in einem Oberflächengebiet des SiC-Substrats, der polykristallinen SiC-Schicht, der durch den thermischen Lasertemperungsprozess gebildeten Siliciumschicht und/oder der auf der Siliciumschicht zusätzlich abgeschiedenen weiteren Siliciumschicht. Eine Aktivierung der Dotierstoffe durch einen thermischen Lasertemperungsprozess mit hohen Temperaturen und hohen Energien kann vor Metallsilicidbildungsschritten ausgeführt werden. Diese Implantation und Aktivierung, falls erforderlich, werden allgemein vor der Abscheidung einer Metallschicht ausgeführt. Die Implantation kann zu implantierten Dotierungsgebieten innerhalb des Oberflächengebiets des Halbleitersubstrat oder der polykristallinen Schicht führen. Diese Dotierungsgebiete können dementsprechend durch die darauf bereitgestellten Kontaktschichten kontaktiert werden, beginnend mit der hier beschriebenen selbstausgerichteten Silicidschicht. Diese Ausführungsform kann verwendet werden, um Rückseitenkontakte mit Metallsilicidkontaktschichten mit ausreichender Homogenität und Verfahren zum Produzieren von ihnen mit guter Reproduzierbarkeit des spezifischen elektrischen Widerstands zwischen den Metallschichten und den dotierten Gebieten in den Siliciumcarbidgebieten der Halbleitervorrichtungen bereitzustellen. Die erhaltenen Kontakte können mit ohmschem Verhalten auf eine effiziente und kostengünstige Weise erhalten werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform schließen die hier beschriebenen Verfahren einen thermischen Behandlungsschritt ein, in dem der Stapel aus wenigstens der Siliciumschicht und der Metallschicht erwärmt oder wärmebehandelt wird. Die thermische Behandlung kann eine rasche thermische Verarbeitung des SiC-Substrats und des Stapels aus Schichten oberhalb des SiC-Substrats umfassen. Rasche thermische Behandlung bedeutet in dem Kontext dieser Anmeldung einen Prozess, der bei einer Halbleitervorrichtungsfertigung verwendet wird und der Erwärmen jeweils eines einzigen Wafers oder eines Halbleitersubstrats involviert, um seine elektrischen Eigenschaften zu beeinflussen. Die elektrischen Eigenschaften, die bei dieser Ausführungsform beeinflusst werden können, werden durch die Silicidreaktion zwischen dem Silicium und den Metallschichten zum Erzeugen der Silicidschicht und durch Diffusionsprozesse von Dotierungsatomen von den Siliciumschichten in die Siliciumcarbidstrukturen des SiC-Substrats oder der polykristallinen SiC-Schicht bewirkt. Diese Diffusionsprozesse sind üblicherweise in Siliciumcarbid sehr langsam und mit einer geringen Diffusionstiefe in das Siliciumcarbidmaterial, aber reichen trotzdem aus, um die ohmschen Kontakte zu verbessern, was bedeutet, dass der spezifische elektrische Widerstand der jeweiligen Schichtmaterialien verringert wird. Geeignete Temperaturen für diese rasche thermische Verarbeitung sind zwischen etwa 350 - 700 °C, insbesondere zwischen etwa 400 bis 650 °C, beispielsweise etwa 450 °C, für etwa zwei Minuten in NiSi-Systemen. Bei anderen Metallsilicidsystemen kann die Temperatur unterschiedlich innerhalb eines geeigneten Bereichs angepasst werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des wie zuvor beschriebenen Verfahrens umfasst die rasche thermische Verarbeitung eine thermische Lasertemperung des SiC-Substrats, der polykristallinen SiC-Schicht und der Metallsilicidschicht. Durch thermische Lasertemperung kann die Laserstrahlung selektiv in dem Material bei den beabsichtigten zu erwärmenden Gebieten lokalisiert werden. Dadurch kann die Erwärmung des Materials innerhalb der beabsichtigten Gebiete rasch erhöht werden, während die Temperatur der Umgebung, wie etwa der Schichten neben den beabsichtigten Gebieten, nicht so schnell erhöht wird oder erheblich unterhalb der Temperaturbereiche gehalten wird, die in den beabsichtigten Gebieten erzeugt werden. Dies kann verwendet werden, um thermische Schäden in den umliegenden Teilen einer hergestellten Halbleitervorrichtung zu vermeiden, zum Beispiel auf der Vorderseite der Halbleitervorrichtung mit den epitaktischen Strukturen, während die Rückseitenkontakte erzeugt werden oder umgekehrt.
  • Gemäß manchen der obigen Ausführungsformen kann das Metallsilicid der Metallsilicidschicht das Metall der Metallschicht und das Silicium, das in der Siliciumschicht enthalten ist, umfassen. Dementsprechend ist das Silicium von dem SiC-Substrat bevorzugt nicht an der Bildung der Metallsilicidschicht beteiligt oder so wenig wie möglich beteiligt. Daher wird das SiC-Material üblicherweise nicht reduziert und es können zuverlässige Kontakte mit hoher Homogenität erzeugt werden.
  • Bei beliebigen oder wenigstens manchen Ausführungsformen der zuvor beschriebenen Verfahren wird das Metallsilicid der Metallsilicidschicht aus Metall, das in der Metallschicht enthalten ist, und aus Silicium, das in der Siliciumschicht, in dem SiC-Substrat oder der polykristallinen SiC-Schicht enthalten ist, gebildet. Die meisten Teile des Siliciums sind von der Siliciumschicht, während die Teile von Silicium, das in dem SiC-Substrat oder der polykristallinen SiC-Schicht enthalten ist, so gering wie möglich sind. Da weniger Teile von dem SiC-Material stammen, wird die Dicke des jeweiligen Halbleiter-SiC-Materials im Wesentlichen beibehalten.
  • Daher ist es vorteilhaft, die Dicke der Siliciumschicht so anzupassen, dass der Großteil des Siliciums für die Silicidreaktion von der Siliciumschicht verwendet wird. Daher kann die bei dem wie hier beschriebenen Verfahren bereitgestellte Siliciumschicht als Opferschicht bezeichnet werden und wird verwendet, um die Zuverlässigkeit der elektrischen Konnektivität der Halbleitervorrichtungen zu verbessern. Dies kann die Herstellung einer konstanten Dicke einer Silicidschicht, eines SiC-Substrats und von SiC-Schichten, und dementsprechend die elektrische Konnektivität der Halbleitervorrichtungen verbessern, die durch dieses Verfahren hergestellt werden, und zwar im Vergleich zu Silicidreaktionen direkt in SiC-Material, wie bei den gewöhnlichen Herstellungsverfahren solcher Kontakte.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform zu der Vorhergehenden wird das Metallsilicid der Metallsilicidschicht aus Metall, das in der Metallschicht enthalten ist, und wenigstens teilweise aus dem Silicium, das in wenigstens einer der Siliciumschichten oder der weiteren Siliciumschicht, die in einem Stapel oberhalb des SiC-Substrats bereitgestellt sind, gebildet. Selbst wenn manche Teile des Siliciums von der polykristallinen SiC-Schicht oder dem SiC-Substrat stammen, kann der Großteil des Siliciums bevorzugt von den Siliciumschichten stammen, um die Dünnung bzw. Verjüngung des SiC-Materials zu begrenzen. Die Selektivität einer Silicidbildung kann durch die Temperatur angepasst werden, die während der Silicidreaktion angewandt wird, weil Silicidreaktionen von SiC-Material üblicherweise eine höhere Temperatur im Vergleich zu Silicidreaktionen von Si-Material erfordern. Trotzdem würden manche unbedeutenden Silicidreaktionen von Silicium, das in SiC-Material enthalten ist, in den Schutzumfang der beschriebenen Verfahren fallen. Jedoch ist die Verwendung von Siliciumschichten, die innerhalb des Oberflächengebiets der SiC-Substrate erzeugt werden, oder zusätzlich abgeschiedener Siliciumschichten eines der hier beschriebenen Hauptprinzipien, die es ermöglichen, die SiC-Substrat- und SiC-Schichtdicke während des Kontakts mit Metallsilicidschichten so konstant wie möglich zu halten.
  • Bei manchen Ausführungsformen wird die Siliciumschicht durch Abscheiden wenigstens einer Siliciumschicht oberhalb des SiC-Substrats und Abscheiden einer Metallschicht oberhalb der Siliciumschicht erzeugt. Danach wird eine thermische Lasertemperung des SiC-Substrats und des Stapels aus Schichten oberhalb des monokristallinen SiC-Substrats ausgeführt, um eine Metallsilicidschicht in direktem Kontakt mit dem monokristallinen SiC-Substrat zu bilden. Die Metallsilicidschicht kann aus Metall, das in der Metallschicht enthalten ist, und Silicium, das hauptsächlich in der Siliciumschicht enthalten ist, gebildet werden. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben, können manche Teile des monokristallinen SiC-Substrats ebenfalls an der Silicidreaktion beteiligt sein. Die Silicidbildung aus SiC-Material ist allgemein möglich, aber die Siliciumschicht ist für eine Silicidreaktion wahrscheinlicher und dementsprechend stammt nur ein kleiner Anteil des gebildeten Silicids von dem SiC-Material. Daher ermöglicht auch das Verfahren dieser Ausführungsform die Verwendung des Siliciums von der Siliciumschicht, die oberhalb des SiC-Substrats abgeschieden ist, als eine Art Opferschicht anstelle des Reduzierens der Dicke des SiC-Substrats für die Silicidreaktion. Dies erhöht die Zuverlässigkeit und Homogenität der hergestellten Kontakte basierend auf einer Metallsilicidschicht.
  • Gemäß dieser Ausführungsform kann das thermische Tempern unter Verwendung eines Lasersystems ausgeführt werden, das auf eine Pulsdauer von 150 bis 170 ns, eine Wellenlänge von 300 bis 330 nm und eine maximale Pulsdichte von 3,0 J/cm2 bei Raumtemperatur eingestellt ist. Dementsprechend ist die verwendete Energiedichte niedrig genug, um das Risiko irgendwelcher Beschädigungen epitaktischer Strukturen oder von Halbleiterteilen der Halbleitervorrichtung außerhalb des Gebiets der thermischen Lasertemperung zu vermeiden oder wenigstens zu verringern. Die Energiedichten werden auch so gewählt, dass das Maximum niedriger ist als für eine Silicidreaktion zwischen Metall und dem Silicium des SiC-Substrats erforderlich, wodurch die zuvor beschriebenen Effekte erzielt werden.
  • Bei wenigstens einem Beispiel umfasst das wie hier beschriebene Verfahren die spezielle Adaption des Konzentrationsprofils in dem Oberflächengebiet des SiC-Substrats oder der polykristallinen SiC-Schicht. Allgemein weist das durch eine Plasmaabscheidung angewandte Konzentrationsprofil ein Konzentrationsmaximum nahe der Grenzfläche des SiC-Substrats zu der Metallsilicidschicht auf, während die Konzentration kontinuierlich mit einer vertikalen Ausdehnung in die Substratschicht abnimmt. Bei manchen Beispielen kann das Konzentrationsprofil geeignet gewählt werden, indem unterschiedliche Bedingungen in dem Implantationsschritt oder den Implantationsschritten für Dotierungsatome, falls mehr als ein Implantationsschritt zum Erzeugen der Dotierungsgebiete verwendet wird, verwendet werden. Geeignete Bedingungen, die anzupassen sind, können die Ionisierungsrate, die Implantationsenergien des Plasmas, die Implantationsdosen der einzelnen Plasmaabscheidungen und so weiter sein. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die chemische Zusammensetzung der abzuscheidenden Substanzen geeignet angepasst werden. Zum Beispiel sind Stickstoff und Phosphor geeignete Dotierungsatome zur Verwendung bei den hier beschriebenen Verfahren. Des Weiteren können Ionenimplantationsschritte mit Implantationsenergien, die an die Dicke der Siliciumschicht angepasst sind, angewandt werden, weil die Siliciumschicht als ein Energieabsorber wirken kann, so dass auch ein solcher Implantationsschritt zu einer hohen Dotierungskonzentration an der Grenzfläche zwischen 3C-SiC und Metall oder Metallsilicid führen kann.
  • Ein speziell angepasstes Konzentrationsprofil, passend mit einer hohen Konzentration von Dotierstoffen in Gebieten, die an die Grenzfläche von dem Substrat oder der polykristallinen Schicht zu der Metallsilicidschicht angrenzen, führt zu einer Bandlückenverschmälerung. Dadurch kann die Erzeugung eines Metall- oder Metallsilicidkontakts mit geringem Kontaktwiderstand auf dem dementsprechend vorbereiteten Halbleitersubstrat ermöglicht werden und dies führt zu kostengünstigen Herstellungsalternativen für ohmsche Kontakte auf SiC-basierten Halbleitervorrichtungen.
  • Manche der zuvor beschriebenen Ausführungsformen können ferner zusätzliche Beamline-Implantationsschritte umfassen, die mit einem oder mehreren geneigten Ionenstrahlen ausgeführt werden. Diese zusätzlichen Ionenstrahlimplantationen von Dotierstoffen können geeignet angewandt werden, um das vertikale Ausmaß des Dotierstoffkonzentrationsprofils innerhalb des Oberflächengebiets des SiC-Substrats oder der polykristallinen SiC-Schicht zu verringern. Falls zum Beispiel die Implantationsenergie nicht weiter verringert werden kann, ist es möglich, die Tiefe einer Implantation zu reduzieren, wenn geneigte Ionenstrahlen verwendet werden. Dadurch können Dotierungsgebiete sehr nahe an der Grenzfläche des Halbleitersubstrats und der zu erzeugenden Metallsilicidschicht erhalten werden, wodurch die Reproduzierbarkeit und Homogenität der Kontakte zwischen den implantierten Gebieten und den später produzierten Metallkontakten verbessert werden. Ein beliebiger Neigungswinkel, der bei üblichen Implantationstechniken für Halbleitervorrichtungen verwendet wird, kann bei den Beamline-Implantationen verwendet werden.
  • Bei manchen Ausführungsformen umfasst das Verfahren ferner Implantieren von Dotierungsatomen in einem Oberflächengebiet des SiC-Substrats und Aktivieren der Dotierungsatome durch thermisches Lasertempern eines Oberflächengebiets des SiC-Substrats. Bei dieser Ausführungsform kann eine polykristalline SiC-Schicht während des thermischen Lasertemperns des SiC-Substrats mit hohen Energien gebildet werden, wobei die dementsprechend gebildete polykristalline SiC-Schicht einen 3C-SiC-Polytyp als die Hauptkomponente der Kristallstruktur umfasst. Der 3C-SiC-Polytyp reduziert ferner den spezifischen elektrischen Widerstand aufgrund der niedrigeren Bandlücke in den SiC-Materialien im Vergleich zu den monokristallinen SiC-Substraten, wie etwa z. B. 4H-SiC- oder 6H-SiC-Substraten. Diese Aktivierung wird bevorzugt vor der Abscheidung der Metallschicht und der folgenden Silicidreaktion zum Erzeugen der zuvor beschriebenen Metallsilicidschicht ausgeführt.
  • Bei manchen dieser Ausführungsformen des wie hier beschriebenen Verfahrens kann die Metallsilicidschicht aus Metall, das in der Metallschicht enthalten ist, und Silicium, das in wenigstens einer/einem der Siliciumschichten oder des SiC-Substrats oder der polykristallinen SiC-Schicht enthalten ist, gebildet werden. Dementsprechend kann unter Verwendung eines thermischen Lasertemperungsprozesses ein polykristallines SiC-Oberflächengebiet innerhalb des SiC-Substrats gebildet werden und kann zur gleichen Zeit eine Metallsilicidschicht als Kontaktschicht in einem Erwärmungsschritt gebildet werden. Dies führt wieder zu einer Halbleitervorrichtung mit einer Struktur aus wenigstens drei Schichten, die eine SiC-Substratschicht, eine polykristalline SiC-Schicht und eine Metallsilicidschicht umfassen, wobei die polykristalline SiC-Schicht in direktem Kontakt mit sowohl dem SiC-Substrat als auch mit der Metallsilicidschicht wenigstens bei Teilen der Grenzflächen zwischen den drei Schichten angeordnet ist. Die Halbleitervorrichtung ist mit guten ohmschen Kontakten mit verbesserter Homogenität der jeweiligen Dicken der Schichtstapel versehen, die oberhalb des SiC-Substrats hergestellt sind, wobei die optionalen epitaktischen Schichten innerhalb des Oberflächengebiets des Halbleiter-SiC-Substrats bereitgestellt sind. Außerdem erhöht die Homogenität des bereitgestellten geschichteten Stapels die Zuverlässigkeit der Metallkontakte der hergestellten Halbleitervorrichtungen.
  • Daher beschreibt die Anmeldung ferner eine Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung mit einer solchen Struktur wie zuvor erklärt. Bei manchen Ausführungsformen umfasst die polykristalline SiC-Schicht einen 3C-SiC-Polytyp als die Hauptkomponente, um den spezifischen elektrischen Widerstand im Vergleich zu den monokristallinen SiC-Substrat-Materialien, wie etwa 4H-SiC oder 6H-SiC-Polytyp-Materialien, für das Substrat zu verringern.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die Halbleitervorrichtung mit epitaktischen n-Typ-Schichten versehen sein, wobei epitaktische Strukturen innerhalb oder auf Oberflächengebieten der epitaktischen SiC-Schichten bereitgestellt sind. Diese epitaktischen Strukturen können für die Vorderseiten- oder Rückseitenstrukturierung der Halbleitervorrichtungen bereitgestellt werden und sind in der SiC-Halbleitertechnologie bekannt. Dementsprechend sind solche Strukturen in dieser Anmeldung nicht ausführlich beschrieben, können aber innerhalb der allgemeinen Kenntnis eines Fachmanns anders angeordnet und hergestellt werden.
  • Bei einer anderen Ausführungsform kann die hier beschriebene Halbleitervorrichtung einen Kohlenstoffprozentsatz von weniger als etwa 20 Atom-%, insbesondere weniger als etwa 15 Atom-% und speziell von weniger als etwa 10 Atom-% in einem Stapel aus Schichten oberhalb des kristallinen SiC-Substrats und der polykristallinen SiC-Schicht einschließlich der Metallsilicidschicht umfassen. Ein geringer Anteil an Kohlenstoff in diesem Schichtstapel verbessert die Zuverlässigkeit, weil ein geringerer Kohlenstoffanteil bedeutet, dass weniger Gebiete mit Kohlenstoffkörnern innerhalb des Schichtstapels enthalten sind, insbesondere an den Grenzflächen zwischen der polykristallinen SiC-Schicht und der Metallsilicidschicht oder an der Grenzfläche zwischen der Metallsilicidschicht und der Metallschicht. Wie in dem Stand der Technik beschrieben, erhöhen solche Kohlenstoffkörner an den Grenzflächen oder Oberflächen von Kontaktschichten die Möglichkeit einer Erzeugung von Delaminierungseffekten der Metallkontakte, die auf den SiC-Halbleitersubstraten bereitgestellt sind. Daher können geringere Anteile an Kohlenstoff dieses Risiko verringern. Somit sollen die Verfahren zum Herstellen von Metallkontakten, wie hier beschrieben, den Kohlenstoffanteil innerhalb des Schichtstapels verringern oder begrenzen, so dass Metallkontakte mit hoher Reproduzierbarkeit und guter Zuverlässigkeit hergestellt werden können. Bei manchen dieser exemplarisch genannten Verfahren, die hier beschrieben sind, wird der Kohlenstoffanteil minimiert, indem die Kohlenstoffschicht entfernt wird, die zwischenzeitlich durch thermisches Tempern gebildet wird. Bei alternativen Ausführungsformen wird der erste thermische Temperungsschritt vermieden und wird eine Siliciumschicht für die Siliciderzeugungsprozedur abgeschieden und wird eine thermische Lasertemperung nur am Ende der Herstellungsprozedur ausgeführt. Dementsprechend kann die Bildung von Kohlenstoffkörnern an den Grenzflächen innerhalb des Schichtstapels ebenfalls minimiert werden.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen werden weiter durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die spezielle Beispiele für die Verfahren und damit erhaltene Halbleitervorrichtungen zeigen. Nun unter Bezugnahme auf 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Metallsilicidschicht oberhalb eines Kohlenstoffsiliciumcarbidsubstrats in einigen Schritten gezeigt, beginnend mit dem Bereitstellen eines monokristallinen Siliciumcarbidsubstrats 1 und endend mit einer Halbleitervorrichtung 100, die eine Siliciumcarbidsubstratschicht 1, eine polykristalline Siliciumcarbidschicht 5 und eine Metallsilicidschicht 30 umfasst. 1 veranschaulicht einen Querschnitt einer monokristallinen SiC-Substratschicht 1, die zum Beispiel hauptsächlich aus einem 4H-SiC- oder 6H-SiC-Material gefertigt ist, wobei das Substrat ein Wafer oder verarbeiteter Wafer mit epitaktischen Schichten oder Vorrichtungsstrukturen sein kann. Das Siliciumcarbidsubstrate wird bei einem seiner Oberflächengebiete, beispielsweise auf der Vorderseite (Si-Fläche) eines Substratwafers ohne epitaktische Schicht, durch einen Thermisches-Lasertemper(LTA: Laser Thermal Annealing)-Prozess erwärmt. Geeignete LTA-Bedingungen sind beispielsweise eine Energie von 3,8 J/cm2. Während der LTA-Verarbeitung durchläuft das Siliciumcarbidmaterial eine Phasenseparation in eine polykristalline SiC-Schicht 5, eine amorphe Silicium(Si)-Schicht 6 und eine amorphe Kohlenstoff(C)-Schicht 7. Die erhaltene Dicke der polykristallinen SiC-Schicht 5 kann etwa 15-25 nm, der Si-Schicht 6 etwa 5-10 nm und der C-Schicht 7 etwa 5-10 nm betragen. Da es keine Vorrichtungsstrukturen innerhalb der Substratoberfläche gibt, die bei dieser exemplarisch genannten Ausführungsform gezeigt ist, werden die phasenseparierten Schichten oberhalb der gesamten Oberfläche der Substratschicht 1 angeordnet. Bei anderen Ausführungsformen (bei diesem Beispiel nicht gezeigt) kann die jeweilige Phasenseparation des SiC selektiv bei jenen Gebieten der Substratoberfläche ohne Vorrichtungsstrukturen darauf ausgeführt werden.
  • In dem nächsten Schritt des in 1 gezeigten Verfahrens wird die C-Schicht 7 durch Ionenstrahlätzen entfernt. Andere Ätzverfahren, die zur Halbleiterverarbeitung geeignet sind, wie etwa Anwenden einer Sauerstoffplasmabehandlung, können ebenfalls verwendet werden. Das Kohlenstoffmaterial in der C-Schicht 7 wird entfernt, so dass möglicherweise nur insignifikante Mengen an Kohlenstoff in Vertiefungen oder Poren der Si-Schicht 6 verbleiben. Bevorzugt wird das gesamte oder der Großteil des Kohlenstoffmaterials entfernt. Falls die Dicke der Si-Schicht 6 hoch genug für die anschließenden Schritte ist, ist es vorteilhaft, auch manche Teile des Oberflächenbereichs der Si-Schicht 6 zu entfernen, um den verbleibenden Kohlenstoffanteil so weit wie möglich zu verringern. Nach dem Entfernen der C-Schicht 7 wird die Oberfläche der Si-Schicht 6 freigelegt.
  • Auf der freigelegten Si-Schicht 6 wird eine Metallschicht 10 abgeschieden, um einen Stapel aus wenigstens der Siliciumschicht 6 und der Metallschicht 10 zu bilden. Geeignete Abscheidungsverfahren sind Sputtern eines oder mehrerer Metalle auf die freigelegte Si-Schicht 6, wodurch eine Metallschicht gebildet wird, die eine oder mehrere Metallkomponenten enthält. Alternativ dazu ist es auch möglich, die Metallschicht durch andere Verfahren, wie etwa Gasphasenabscheidung oder Atomlagenabscheidung (ALD), abzuscheiden. ALD ist eine Dünnfilmabscheidungstechnik basierend auf sequentieller Verwendung eines chemischen Gasphasenabscheidungsprozesses. Bei dieser Ausführungsform wird eine NiAl-Legierung durch ein Sputterverfahren abgeschieden, die einen Al-Anteil von 25 Atom-%, insbesondere 15 Atom-% oder weniger und speziell 1 Atom-% bis 5 Atom-% enthält. Die Dicke der NiAl-Schicht kann etwa 30-50 nm, insbesondere 40 nm, betragen.
  • Nach der Bereitstellung eines Stapels aus Schichten oberhalb der polykristallinen SiC-Schicht 5, nämlich wenigstens einer Si-Schicht 6 mit einer Dicke von etwa 7-10 nm und wenigstens einer Metallschicht 10 mit einer Dicke von etwa 35-45 nm, die bevorzugt ohne Kohlenstoffanteile sind, wird der Stapel aus Schichten 6, 7 thermisch bei Temperaturen von 800 °C oder weniger oder besser bei Temperaturen von 600 °C oder weniger, insbesondere etwa 400 bis 500 °C, beispielsweise 450 °C, behandelt, wodurch eine Metallsilicidschicht 30 gebildet wird. Die Erwärmungszeiten sind etwa 1 bis 100 Minuten, insbesondere etwa 1 bis 10 Minuten. Beispielsweise reichen 2 Minuten bei 450 °C für Legierungsreaktionen innerhalb der NiAl-Metallschicht 10 und der Si-Schicht 5 aus, aber ohne signifikante Reaktionen mit dem Silicium von den kristallinen oder polykristallinen SiC-Materialien in Schichten 1 oder 5. Höhere Temperaturen oder längere Zeiten einer thermische Behandlung können wenigstens manche Legierungsreaktionen von Ni mit Silicium des SiC-Materials bewirken, so dass Kohlenstoffanteile in der legierten Metallsilicidschicht auftreten können. Dies könnte zu Kohlenstoffkörnern führen, die aufgrund von Delaminierungseffekten in den fertigen Halbleitervorrichtungen, insbesondere bei Zuständen mit hoher Temperatur, nicht erwünscht sind.
  • Um diese Legierungsreaktionen mit einem Verbrauch von SiC-Material zu vermeiden, können die Temperaturen und die Erwärmungszeiten geeignet angepasst werden, aber auch die Dicke der Silicium- und Metallschichten können erhöht werden, um diese Effekte zu reduzieren. Zum Beispiel können zusätzliche Silicium- oder Metallschichten abgeschieden werden, wie bei anderen hier beschriebenen Ausführungsformen erklärt ist.
  • Bei der hergestellten Halbleitervorrichtung 100, die wenigstens eine SiC-Substratschicht 1, eine polykristalline SiC-Schicht 5 und eine Metallsilicidkontaktschicht 30 umfasst, kann der Anteil an Kohlenstoff minimiert werden. Aufgrund der Anpassung der Dicke der Silicium- und Metallschicht kann das stöchiometrische Verhältnis von Silicium und Metall, hier zum Beispiel Ni, angemessen angepasst werden. Beispielsweise kann Ni2Si durch eine rasche thermische Verarbeitung mit einer Temperatur von wenigstens 400 °C erhalten werden. Andere NixSiy-Anteile können bei niedrigeren Temperaturen von wenigstens etwa 300 °C erreicht werden. Gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren ist der Kohlenstoffanteil in der Metallsilicidschicht 30 typischerweise niedriger als 20 Atom-%, insbesondere niedriger als 15 Atom-%, bevorzugt niedriger als 10 Atom-%.
  • Bei manchen Ausführungsformen kann die erhaltene Halbleitervorrichtung mit der polykristallinen SiC-Schicht 5 in direktem Kontakt mit dem SiC-Substrat 1 und der Metallsilicidschicht 30 durch einen weiteren thermischen Rückseitenlasertemperungsprozess bei höheren Temperaturen (z. B. 950 - 1050 °C) zum Verbessern des ohmschen Kontakts der Metallsilicidschicht 30 und des SiC-Substrats 1 behandelt werden. Allgemein stellen jedoch die polykristalline SiC-Schicht sowie das Metallsilicid (z. B. Ni2Si) einen niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand ohne eine solche zusätzliche thermische Temperung bereit. Stickstoff oder Phosphor als Dotierstoff in dem Oberflächengebiet der SiC-Schicht oder in der Metallsilicidschicht verbessern die Metallkontakte, die durch das wie hier beschriebene Verfahren bereitgestellt werden, auch zu einem gewissen Ausmaß.
  • Das Verfahren gemäß dieser Ausführungsform kann ferner zum Herstellen der Rückseitenkontakte eines SiC-Wafers verwendet werden. Die Energie, die in der LTA verwendet wird, kann innerhalb einer geringeren Energiedichte angepasst werden, was einen stabileren Herstellungsprozess ohne Beeinflussung der Vorrichtungsstrukturen auf der Vorderseite der Vorrichtung zu einem großen Ausmaß erlaubt. Es ist auch möglich, einen Temperaturbereich für die rasche thermische Behandlung zu finden, falls verwendet, der in einem Temperaturbereich liegt, der für die Vorrichtungsstrukturen auf der Vorderseite des verarbeiteten SiC-Wafers geeignet ist. Daher weisen die hier beschriebenen Verfahren einige Vorteile auf und sind zum Herstellen von Metallkontakten oberhalb eines SiC-Substrats mit hoher Zuverlässigkeit und Homogenität geeignet, da eine Kohlenstoffkornpräzipitation innerhalb der Metallsilicidschicht reduziert oder vermieden wird. Dementsprechend können Delaminierungsprobleme wie bei Vorrichtungen nach dem Stand der Technik minimiert oder vermieden werden.
  • Nun unter Bezugnahme auf 2 ist ein anderes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Metallsilicidschicht oberhalb eines Siliciumcarbidsubstrats gezeigt. Die ersten drei Zeichnungen zeigen die gleichen Schritte des Bereitstellens eines SiC-Wafers, einer LTA des Oberflächengebiets und einer Phasenseparation des SiC in dem Oberflächengebiet, so dass eine polykristalline SiC-Schicht 5, eine Si-Schicht 6 und eine C-Schicht 7 oberhalb des SiC-Substrats 1 gestapelt sind, wie in 1 beschrieben.
  • Nachdem die C-Schicht 7 oder wenigstens der Großteil des Kohlenstoffmaterials dieser Schicht entfernt wurde, wird die Oberfläche der Siliciumschicht 6 freigelegt. Bei dieser Ausführungsform wird eine weitere amorphe oder kristalline Siliciumschicht 16 mit einer Dicke abgeschieden, die ausreicht, um genügend Siliciummaterial für die Silicidreaktion zu liefern. Die nächsten Schritte sind wieder identisch mit der exemplarisch beschriebenen Ausführungsform aus 1, nämlich Abscheiden einer Metallschicht 10 und thermisches Behandeln des Stapels aus Schichten 6, 16, 10 oberhalb der polykristallinen SiC-Schicht 5. Die zusätzliche Siliciumschicht kann verwendet werden, um die Dicke der Siliciumschicht anzupassen, die durch die Phasenseparation des SiC-Materials während der LTA erhalten wird. Insbesondere kann, falls die Menge an Silicium in der dementsprechend erhaltenem Siliciumschicht nicht ausreicht, um mit der gesamten Metallkomponente der Metallschicht 10 während der Silicidreaktion zu reagieren, das heißt, dass Silicium in unterstöchiometrischen Bedingungen in dem Schichtstapel vorhanden ist, zusätzliches Siliciummaterial durch die zusätzliche Siliciumschicht 16 bereitgestellt werden. Eine Dicke, die hoch genug ist, um wenigstens jegliche signifikante Legierungsreaktion von Silicium von der polykristallinen SiC-Schicht 5 oder dem SiC-Substrat 1 zu vermeiden, soll bei dem wie hier beschriebenen Verfahren implementiert werden, um einen signifikanten Verbrauch des SiC-Materials und eine Phasenseparation des SiC-Materials zu vermeiden. Die Siliciumschichten 6 und 16 werden dementsprechend im Vergleich zu den in dem Stand der Technik beschriebenen Verfahren als Opferschichten für die Legierungsreaktion verwendet.
  • Daher ermöglicht das Verfahren die Herstellung von Metallkontakten basierend auf Metallsilicidkontaktschichten mit hoher Homogenität der erzeugten Halbleitervorrichtungen 100. Zur gleichen Zeit werden ohmsche Kontakte mit hoher Zuverlässigkeit mit diesem neuen hier beschriebenen Verfahren produziert.
  • Nun unter Bezugnahme auf 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel des Verfahrens, wie in 2 beschrieben, gezeigt. Beliebige der beschriebenen Schritte sind identisch mit den in 2 beschriebenen Schritten, mit Ausnahme davon, dass die zusätzliche Siliciumschicht 16 oberhalb des SiC-Substrats 1, nämlich nach der Abscheidung der Metallschicht 10, abgeschieden wird. Ein Stapel aus Schichten 6, 10, 16, der eine Metallschicht umfasst, die zwischen zwei Siliciumschichten liegt, wird dann thermisch erwärmt, indem zum Beispiel eine RTA verwendet wird, um die Silicium- und die Metallkomponenten, die in den jeweiligen Schichten enthalten sind, zu einer Metallsilicidschicht 30 zu legieren. Natürlich können mehr als drei Schichten verwendet werden, um einen solchen Stapel aus Silicium- und Metallschichten zu bilden, beispielweise können zwei oder mehr Metallschichten und zwei oder mehr Siliciumschichten oberhalb des SiC-Substrats 1 abgeschieden werden. Falls zwei oder mehr Metallschichten verwendet werden, können die gleichen oder unterschiedliche Metallkomponenten durch Sputter- oder Gasphasenabscheidungstechniken abgeschieden werden.
  • Die dementsprechend erhaltene Halbleitervorrichtung 100 ist jenen ähnlich, die aus den in 1 und 2 beschriebenen Verfahren erhalten werden. Der Unterschied von dieser exemplarisch beschriebenen Ausführungsform zu den anderen kann die gute Anpassung der Inhalte der Legierungskomponenten für die Metallsilicidschicht 30 sein.
  • Nun unter Bezugnahme auf 4 ist eine exemplarisch beschriebene Ausführungsform eines weiteren Verfahrens zum Herstellen einer Metallsilicidschicht 30 oberhalb eines SiC-Substrats 1 gezeigt. Das SiC-Substrat 1 ist ein Siliciumwafersubstrat mit oder ohne epitaktische Schichten oder Vorrichtungsstrukturen auf seiner Oberfläche. In der 4 ist ein n-Typ-Wafersubstrat ohne solche Strukturen gezeigt. Eine Siliciumschicht 16 wird oberhalb des SiC-Substrats 1 entweder direkt oder mittels Zwischenschichten abgeschieden. Weitere Siliciumschichten können, falls erforderlich, verwendet werden, um die Siliciumschicht 16 zu verdicken.
  • Eine Metallschicht 10 kann oberhalb der Siliciumschicht 16 oder eines Stapels aus der Siliciumschicht 16 und der optional bereitgestellten Schicht 20 mit implantierten Dotierstoffen bereitgestellt werden. Danach kann eine Metallsilicidschicht durch thermisches Tempern wenigstens der Siliciumschicht 16 und der oberhalb abgeschiedenen Metallschicht 10 erzeugt werden. Bevorzugt werden niedrige Temperaturen verwendet, um Beschädigungen der Vorderseitenstrukturen der herzustellenden Halbleitervorrichtung 100 zu vermeiden.
  • In einem optionalen Schritt kann eine Implantation von Dotierungsatomen unter Verwendung einer Ionenimplantationstechnik ausgeführt werden. Dadurch können Dotierungsatome durch die Siliciumschicht 16 in das Oberflächengebiet des SiC-Substrats 1 implantiert werden, wobei eine Schicht 20 mit implantierten Dotierstoffen gebildet wird. Die Siliciumschicht 16 kann als eine Energieabsorptionsschicht verwendet werden, um flache Dotierungsprofile bereitzustellen. Flache Dotierungsprofile sind vorteilhaft zum Erzielen verbesserter ohmscher Kontakte, da sie nahe der Grenzfläche zwischen dem SiC-Substrat 1 und der Metallsilicidschicht 30 sind, die am Ende des Herstellungsverfahrens erzeugt wird. In diesem Fall ist eine zusätzliche Aktivierung der Dotierungsatome manchmal nicht erforderlich.
  • Die implantierten Dotierungsatome, z. B. Stickstoff oder Phosphor, können zum Verbessern der Kontakteigenschaften der Metallsilicidschicht 30 verwendet werden. Die Implantation kann direkt in die Siliciumschicht 16 hinein oder in dem Grenzflächengebiet des SiC-Substrats 1 und der Siliciumschicht 16 oder sogar in beiden Schichten ausgeführt werden, wodurch die Schicht 20 mit implantierten Dotierstoffen gebildet wird.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform, die in den Figuren nicht gezeigt ist, kann eine Plasmaimplantation in das Oberflächengebiet des SiC-Substrats 1 hinein ausgeführt werden, bevor die Siliciumschicht 16 abgeschieden wird. Kombinationen der zuvor beschriebenen Implantationsschritte können verwendet werden, um spezielle Dotierungsgebiete innerhalb der Grenzflächengebiete des Substrats 1 und der Metallsilicidschichten 30 zu erzeugen. Alle diese Implantationen sind nahe oder innerhalb der Grenzfläche zwischen dem SiC-Substrat 1 und der Metallsilicidschicht 30 in den Halbleitervorrichtungen, die gemäß den wie hier beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Ein weiterer Vorteil ist, dass die weiteren Prozessschritte der Metallkontakte die Dotierungsgebiete oder Dotierungsmengen nicht beeinflussen und dementsprechend ohmsche Kontakte mit hoher Zuverlässigkeit und Homogenität durch die wie hier offenbarten Verfahren produziert werden können.
  • Nun unter Bezugnahme auf 5 ist eine exemplarisch beschriebene Ausführungsform einer Halbleitervorrichtung 100 gezeigt, die durch ein wie hier beschriebenes Verfahren erhalten werden kann. Die Halbleitervorrichtung weist eine Struktur aus wenigstens drei Schichten auf, nämlich einer SiC-Substratschicht 1, einer polykristallinen SiC-Schicht 5 und einer Metallsilicidschicht 30. Gemäß diesem Beispiel befindet sich die polykristalline SiC-Schicht 5 in direktem Kontakt mit dem SiC-Substrat 1 auf einer Oberfläche der Schicht und mit der Metallsilicidschicht 30 auf der anderen Oberfläche der Schicht, wodurch das SiC-Substrat 1 und die Metallsilicidkontaktschicht 30 elektrisch verbunden werden. Dementsprechend kann eine Bandlückenverschmälerung aufgrund der speziellen Eigenschaften eines polykristallinen Polymorphs verwendet werden, um zuverlässige ohmsche Kontakte in der Halbleitervorrichtung 100 bereitzustellen. Weitere Schichten oberhalb der Metallsilicidschicht 30 können ebenfalls als Vorrichtungsstrukturen innerhalb des SiC-Substrats bereitgestellt werden.
  • Ausdrücke wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen werden verwendet, um verschiedene Ausführungsformen, Schichten, eine Reihenfolge von Schritten usw. zu beschreiben und sollen nicht beschränkend sein. Gleiche Ausdrücke verweisen in der gesamten Beschreibung auf gleiche Elemente.
  • Wie hier verwendet, sind die Ausdrücke „aufweisend“, „enthaltend“, „beinhaltend“, „umfassend“ und dergleichen offene Begriffe, die die Anwesenheit von genannten Elementen oder Merkmalen angeben, aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale ausschließen. Die Artikel „ein“, „eine“ und „der die das“ sollen den Plural sowie den Singular einschließen, außer der Kontext gibt klar anderes an.
  • Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, miteinander kombiniert werden können, außer es ist speziell anderes angegeben.
  • Obwohl hier spezielle Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben wurden, versteht es sich für einen Durchschnittsfachmann, dass eine Vielzahl alternativer und/oder äquivalenter Implementierungen die gezeigten und beschriebenen speziellen Ausführungsformen und Beispiele ersetzen kann, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung soll beliebige Adaptionen oder Variationen der hier besprochenen speziellen Ausführungsformen abdecken. Daher ist es beabsichtigt, dass diese Offenbarung nur durch die Ansprüche und die Äquivalente davon beschränkt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP H0799169 A [0002]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Kuchuk et al, 2008, J. Phys.: Conf. Ser. 100 042003 [0003]
    • Kuchuk et al., 2012, Materials Science Forum, Bd. 717-720, S. 833-836 [0004]

Claims (17)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Metallsilicidschicht oberhalb eines Siliciumcarbid(SiC)-Substrats, welches Folgendes umfasst: - Bereitstellen eines SiC-Substrats (1), - thermisches Lasertempern eines Oberflächengebiets des SiC-Substrats (1), wodurch SiC-Material in dem Oberflächengebiet des SiC-Substrats (1) in eine polykristalline SiC-Schicht (5), eine Siliciumschicht (6) oberhalb der polykristallinen SiC-Schicht (5) und eine Kohlenstoffschicht (7) oberhalb der Siliciumschicht (6) aufgeteilt wird, - Freilegen einer Oberfläche der Siliciumschicht (6) durch Entfernen von im Wesentlichen den meisten Teilen von Kohlenstoffmaterial der Kohlenstoffschicht (7), - Abscheiden einer Metallschicht (10) oberhalb der freigelegten Siliciumschicht (6), um einen Stapel aus wenigstens der Siliciumschicht (6) und der Metallschicht (10) zu bilden, - thermisches Behandeln des Stapels aus wenigstens der Siliciumschicht (6) und der Metallschicht (10), wodurch eine Metallsilicidschicht (30) gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das SiC-Substrat (1) ein 4H-SiC oder 6H-SiC-Halbleitersubstrat ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die polykristalline SiC-Schicht (5) einen 3C-SiC-Polytyp als die Hauptkomponente der Kristallstruktur umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner Abscheiden einer weiteren Siliciumschicht (16) oberhalb der ersten Siliciumschicht (6) vor und/oder nach dem Abscheiden der Metallschicht (10) umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner eine Implantation von Dotierungsatomen in einem Oberflächengebiet des SiC-Substrats (1), der polykristallinen SiC-Schicht (5), der Siliciumschicht (6) und/oder der weiteren Siliciumschicht (16) vor dem Abscheiden der Metallschicht (10) umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das thermische Behandeln des Stapels aus wenigstens der Siliciumschicht (6) und der Metallschicht (10) das thermische Behandeln des SiC-Substrats (1) und des Stapels aus Schichten oberhalb des SiC-Substrats (1) durch rasche thermische Verarbeitung umfasst.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallsilicid der Metallsilicidschicht (30) das Metall der Metallschicht (10) und das Silicium, das in der Siliciumschicht (6) enthalten ist, umfasst.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallsilicid der Metallsilicidschicht (30) aus Metall, das in der Metallschicht (10) enthalten ist, und aus Silicium, das in der Siliciumschicht (6) und/oder der SiC-Substratschicht (1) enthalten ist, gebildet wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Metallsilicid der Metallsilicidschicht (30) aus Metall, das in der Metallschicht (10) enthalten ist, und Silicium, das in der Siliciumschicht (6) und/oder der weiteren Siliciumschicht (16) enthalten ist, gebildet wird.
  10. Verfahren zum Herstellen einer Metallsilicidschicht oberhalb eines Siliciumcarbid(SiC)-Substrats, welches Folgendes umfasst: - Bereitstellen eines SiC-Substrats (1), - Abscheiden wenigstens einer Siliciumschicht (16) oberhalb des SiC-Substrats (1), - Abscheiden einer Metallschicht (10) oberhalb der Siliciumschicht (16), - thermisches Lasertempern des SiC-Substrats (1) und des Stapels aus Schichten oberhalb des SiC-Substrats (1), wodurch eine Metallsilicidschicht (30) gebildet wird, die ein Metallsilicid umfasst, das aus dem Metall der Metallschicht (10) und dem Silicium, das hauptsächlich in der Siliciumschicht (16) enthalten ist, gefertigt wird, wobei das thermische Tempern unter Verwendung eines Lasersystems ausgeführt wird, das auf eine Pulsdauer von 150 bis 170 ns, eine Wellenlänge von 300 bis 330 nm und eine maximale Pulsdichte von 3,0 J/cm2 bei Raumtemperatur angepasst wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Metallsilicid der Metallsilicidschicht (30) aus Metall, das in der Metallschicht (10) enthalten ist, und aus Silicium, das in der Siliciumschicht (16) und/oder der SiC-Substratschicht (1) enthalten ist, gebildet wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, das ferner ein Implantieren von Dotierungsatomen in einem Oberflächengebiet (20) des SiC-Substrats (1) oder der Siliciumschicht (16) vor dem Abscheiden der Metallschicht (10) umfasst.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, das ferner ein Implantieren von Dotierungsatomen in einem Oberflächengebiet (20) des SiC-Substrats (1) und Aktivieren der Dotierungsatome durch thermisches Lasertempern eines Oberflächengebiets des SiC-Substrats (1) umfasst.
  14. Halbleitervorrichtung (100), die eine Struktur aus wenigstens drei Schichten aufweist, die ein SiC-Substrat (1), eine Metallsilicidschicht (30) und eine polykristalline SiC-Schicht (5) in direktem Kontakt mit sowohl dem SiC-Substrat (1) als auch der Metallsilicidschicht (30) umfasst.
  15. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, wobei die polykristalline SiC-Schicht (5) einen 3C-SiC-Polytyp als die Hauptkomponente der Kristallstruktur umfasst.
  16. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei das SiC-Substrat (1) mit epitaktischen n-Typ-SiC-Schichten versehen ist, wobei epitaktische Strukturen innerhalb oder auf einem Oberflächengebiet der epitaktischen SiC-Schichten bereitgestellt sind.
  17. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Stapel aus Schichten oberhalb des kristallinen SiC-Substrats (1) und der polykristallinen SiC-Schicht (5) einschließlich der Metallsilicidschicht (30) einen Kohlenstoffprozentsatz von weniger als 20 Atom-% umfasst.
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