DE112015000137T5 - Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Auf einer Oberfläche eines Siliciumcarbid-Substrats (1) wird eine Übergangsmetall-Kontaktelektrode (2) gebildet. Die Kontaktelektrode (2) wird beispielsweise aus Nickel, Titan oder Wolfram gebildet. Das gesamte Siliciumcarbid-Substrat (1), auf dem die Kontaktelektrode (2) gebildet ist, wird einer durch Mikrowellen gebildeten Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt, wodurch die Kontaktelektrode (2) Wärme erzeugt und sich schnell erwärmt. Durch eine Übertragung von Wärme von der Kontaktelektrode (2) auf einen Teil des Siliciumcarbid-Substrats (1) an der Seite der Kontaktelektrode (2) wird der Teil des Siliciumcarbid-Substrats (1) mit Kontakt zur Kontaktelektrode (2) erwärmt, wobei sich an einer Schnittstelle des Siliciumcarbid-Substrats (1) und der Kontaktelektrode (2) eine Silicid-Schicht (4) bildet, die ein ohmscher Kontakt mit dem Siliciumcarbid-Substrat (1) wird. Somit kann ein ohmscher Kontakt mit geringem Kontaktwiderstand gebildet werden und es kann eine Beeinträchtigung der Vorrichtungseigenschaften verhindert werden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung.
  • STAND DER TECHNIK
  • Herkömmlicherweise werden in einer Halbleitervorrichtung, die einen Si-Halbleiter, einen Siliciumcarbid-(SiC-)Halbleiter usw. verwendet, ein ohmscher Kontakt (elektrischer Kontaktteil) eines Halbleiterteils und eine Übergangsmetallschicht (Elektrode) durch Wärmebehandlung (Tempern) gebildet. Hier wird ein Verfahren zum Ausbilden eines ohmschen Kontakts in einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung beschrieben, wobei ein Beispiel verwendet wird, bei dem eine Nickel-(Ni-)Kontaktelektrode auf einem Siliciumcarbid-Halbleitersubstrat (nachfolgend als Siliciumcarbid-Substrat bezeichnet) gebildet wird.
  • 23 zeigt ein Fließschema zur Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung. 24 bis 28 zeigen Querschnittsansichten von Zuständen einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung während der Herstellung. Wie in 24 dargestellt wird ein Zwischenschicht-Isolierfilm 102 auf einer Vorderseite eines Siliciumcarbid-Substrats 101 gebildet. Anschließend wird ein Kontaktloch 103 gebildet, das den Zwischenschicht-Isolierfilm 102 in einer Tiefenrichtung durchdringt, um das Siliciumcarbid-Substrat 101 zu erreichen (Schritt S101). Danach wird wie in 25 dargestellt an der Vorderseite des Siliciumcarbid-Substrats 101 eine im Wesentlichen zu 100% reine Nickelschicht (nachfolgend als reine Nickelschicht bezeichnet) 104 durch ein Sputterverfahren, ein Bedampfungsverfahren usw. gebildet, so dass diese im Kontaktloch 103 eingebettet ist (Schritt S102).
  • Danach wird wie in 26 dargestellt durch Photolithographie und Ätzen die reine Nickelschicht 104 gemustert und im Kontaktloch 103 belassen (Schritt S103). Danach wird wie in 27 dargestellt eine reine Nickelschicht 105 auf einer Rückseite des Siliciumcarbid-Substrats 101 durch ein Sputterverfahren, ein Bedampfungsverfahren usw. gebildet (Schritt S104). Danach werden wie in 28 dargestellt durch Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 900°C oder höher das Siliciumcarbid-Substrat 101 und die reinen Nickelschichten 104, 105 in Reaktion gebracht, um eine Silicid-Schicht 106 zu bilden (Schritt S105). Ofentempern, Lasertempern, Lampentempern, Induktionserwärmung usw. können für die Wärmebehandlung in Schritt S105 eingesetzt werden.
  • Zum Bilden solch eines ohmschen Kontakts wurde ein Verfahren vorgeschlagen, das einen Prozess zum Aufbringen einer Übergangsmetallschicht auf einer Fläche eines Halbleitersubstrats gebildet aus einem Silicium-Halbleiter (nachfolgend als Silicium-Substrat bezeichnet) und einen Prozess zur Wärmebehandlung der Übergangsmetallschicht, wobei im Wärmebehandlungsprozess das gesamte Silicium-Substrat 30 bis 90 Sekunden lang auf eine Temperatur von 400 bis 750°C erwärmt wird, umfasst (siehe beispielsweise Patentschrift 1).
  • Ein weiteres Verfahren wurde vorgeschlagen, bei dem eine Übergangsmetallschicht auf einem Kontakt auf einem Siliciumcarbid-Substrat aufgedampft wird und das gesamte Siliciumcarbid-Substrat durch eine schnelle Wärmebehandlung 2 Minuten lang auf eine Temperatur von 1000°C erwärmt wird, um eine Silicid-Elektrode mit hohem Kohlenstoffgehalt zu bilden (siehe beispielsweise Patentschrift 2 (Absatz 0017)).
  • Ein weiteres Verfahren wurde vorgeschlagen, bei dem nach Bilden einer Nickelschicht in einem Silicium-Wafer Wasserstoff-(H2-)Gas in eine Kammer geleitet wird, um eine Wasserstoffgas-Atmosphäre in der Kammer zu schaffen, und ein Suszeptor auf 450 bis 550°C erwärmt wird, um den Silicium-Wafer einer Wärmebehandlung zu unterziehen (siehe beispielsweise Patentschrift 3 (Absatz 0037 bis 0040)).
  • Ein weiteres Verfahren wurde vorgeschlagen, bei dem nach Bilden einer Titan-(Ti-)Schicht, einer Aluminium-(Al-)Schicht und einer Silicium-Schicht nacheinander auf einem Siliciumcarbid-Substrat durch Sputtern zum Bilden einer Kontaktelektrode das in der Kontaktelektrode enthaltene Titan, Aluminium und Silicium eine Legierung mit dem Silicium und dem im Siliciumcarbid-Substrat enthaltenen Kohlenstoff durch Tempern mit Laserlicht bildet (siehe beispielsweise Patentschrift 4 (Absatz 0042 bis 0044)).
  • Ein weiteres Verfahren wurde vorgeschlagen, bei dem ein Oxidfilm (SiO2), aus Silicium gebildete Quantenpunkte und ein Nickel-(Ni-)Dünnfilm nacheinander auf einem Silicium-Substrat geschichtet und 5 Minuten lang einer Fern-Wasserstoffplasma-Bearbeitung bei einer Frequenz von 60 MHz und einem hochfrequenten Strom von 200 bis 500 W unterzogen werden, um Nickelsilicid-(NiSi-)Punkte aus einem aus den Quantenpunkten und dem Nickel-Dünnfilm gebildeten geschichteten Film zu bilden (siehe beispielsweise Patentschrift 5 (Absatz 0056 bis 0061) und Nicht-Patentliteratur 1).
    • Patentschrift 1: Offengelegte japanische Patentschrift Nr. 2012-246216
    • Patentdokument 2: Offengelegte japanische Patentschrift Nr. 2009-177102
    • Patentdokument 3: Offengelegte japanische Patentschrift Nr. 2011-066060
    • Patentdokument 4: Offengelegte japanische Patentschrift Nr. 2012-099599
    • Patentdokument 5: Wiederveröffentlichte japanische Übersetzung der PCT-Anmeldung, Veröffentlichung Nr. 2009-118783
    • Nicht-Patentliteratur 1: K. Makihara et al, „Self-Assembling Formation of Ni Nanodots on SiO2 Induced by Remote H2 Plasma Treatment and Their Electrical Charging Characteristics”, Japanese Journal of Applied Physics, Japan Society of Applied Physics, 2008.04, Vol. 47, No. 4, S. 3099–3102
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG GELÖSTE AUFGABE
  • In Patentschrift 1 bis 3 kann der Teil, der den ohmschen Kontakt bildet (das heißt die Übergangsmetallschicht oder die Schnittstelle von Substrat und Übergangsmetallschicht), nicht selektiv erwärmt werden; es wird stattdessen das gesamte Substrat (die gesamte Vorrichtung) gleichmäßig erwärmt. Wenn beispielsweise ein ohmscher Kontakt eines Siliciumcarbid-Halbleiterteils und einer Übergangsmetallschicht gebildet wird wie zuvor beschrieben, erfolgt eine Wärmebehandlung bei einer hohen Temperatur von 1000°C Grad oder mehr. Somit können die Schnittstelleneigenschaften des Halbleiterteils und des Gate-Isolierfilms, des Materials, aus dem die Vorrichtung besteht, usw. beeinträchtigt werden. In der Patentschrift 4 kann durch Verringern des Punktdurchmessers des Lasers 105 ein vorgegebener Bereich selektiv bestrahlt werden und somit können die mit der Patentschrift 1 bis 3 verknüpften Probleme behoben werden.
  • Bei der Patentschrift 4 muss jedoch die Strecke von der Sammellinse, die das Laserlicht sammelt, bis zur Oberfläche der Übergangsmetallschicht über die gesamte Übergangsmetallschicht hinweg konstant sein. Die Vorrichtungsstruktur muss also eine Vorrichtungsoberfläche aufweisen, die glatt ohne Unebenheiten ist. Daher kann in Fällen, bei denen die Strecke von der Sammellinse zur Oberfläche der Übergangsmetallschicht nicht konstant ist, weil die Übergangsmetallschicht in einer Chip-Seitenwand oder einer Graben-Seitenwand angeordnet ist, der Durchsatz abnehmen, weil die Laserbestrahlung unter den Bedingungen der jeweiligen Bestrahlungsposition durchgeführt werden muss und daher nicht die gesamte Übergangsmetallschicht gleichzeitig erwärmt werden kann.
  • Ferner wird bei der Patentschrift 4 dadurch, dass ein vorgegebener Bereich selektiv durch Laserbestrahlung erwärmt wird, die Programmiersteuerung von Bestrahlungsposition, Bestrahlungsorten usw. des Lasers erschwert. Darüber hinaus treten Bestrahlungslücken aufgrund der Abweichung von der Laserbestrahlungsposition auf, wodurch der Kontaktwiderstand inkonsistent wird, und in der Nähe der Übergangsmetallschicht werden Bestandteile (beispielsweise Gate-Isolierfilm usw.) außerhalb der Übergangsmetallschicht erwärmt, wodurch gegebenenfalls die Vorrichtungseigenschaften beeinträchtigt werden. Ferner tritt, wenn die Oberfläche der Übergangsmetallschicht kleiner ist als die Fläche entsprechend dem Punktdurchmesser des Lasers, das Problem auf, dass die Übergangsmetallschicht nicht selektiv allein erwärmt werden kann.
  • Da in der Patentschrift 5 ungeachtet der Unebenheit der Vorrichtungsoberfläche, der Übergangsmetallmuster usw. ausschließlich die Übergangsmetallschicht Wärme durch Fern-Wasserstoffplasma-Bearbeitung erzeugt, kann ausschließlich die Übergangsmetallschicht gleichmäßig erwärmt werden. Daher können Probleme behoben werden, die durch das selektive Erwärmen der Übergangsmetallschicht durch Laserbestrahlung auftreten. In der Patentschrift 5 und der Nicht-Patentliteratur 1 ist jedoch die mittlere freie Weglänge von Wasserstoffatomen groß und es wird kein hochdichtes Plasma erzeugt, weil der Druck abgesenkt wird, um die Lebensdauer der Wasserstoffatome zu verlängern. Somit entsteht das Problem, dass die Wasserstoffatom-Dichte niedrig wird und dadurch ein schnelles Erwärmen nicht möglich ist. In der Praxis werden in der Patentschrift 5, da die Plasmabearbeitung bei einer niedrigen elektrischen Leistung von 200 bis 500 W über einen langen Zeitraum erfolgt, andere Bestandteile als die Übergangsmetallschicht (beispielsweise die gesamte Vorrichtung) durch eine Übertragung der von der Übergangsmetallschicht erzeugten Wärme erwärmt und es werden dadurch gegebenenfalls die Vorrichtungseigenschaften beeinträchtigt.
  • Zum Beheben der mit den zuvor beschriebenen herkömmlichen Verfahren verknüpften Probleme besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung im Bereitstellen eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, das einen ohmschen Kontakt mit geringem Kontaktwiderstand bilden und eine Beeinträchtigung der Vorrichtungseigenschaften verhindern kann.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
  • Zum Beheben der zuvor beschrieben Probleme und Lösen der Aufgabe weist ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die folgenden Merkmale auf. Ein erster Bildungsprozess zum Bilden einer Übergangsmetallschicht auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats wird durchgeführt. Anschließend wird ein Plasmabearbeitungsprozess zum Beaufschlagen des Halbleitersubstrats, auf dem die Übergangsmetallschicht gebildet wurde, mit einer durch Mikrowellen gebildeten Wasserstoffplasma-Atmosphäre, um die Übergangsmetallschicht zum Erzeugen von Wärme zu veranlassen, durchgeführt. Hier werden Wasserstoffatome oder Wasserstoffradikale (nachfolgend zusammenfassend als Wasserstoffatome bezeichnet) ausschließlich von der Übergangsmetallschicht adsorbiert und es wird beim Bilden von Wasserstoffmolekülen Bindungsenergie freigesetzt. Es wird ausschließlich die Oberfläche der Übergangsmetallschicht durch diese Energie erwärmt. Im Plasmabearbeitungsprozess wird ein Teil des Halbleitersubstrats mit Kontakt zur Übergangsmetallschicht durch die Bindungsenergie, die freigesetzt wird, wenn die Wasserstoffatome Wasserstoffmoleküle bilden, erwärmt, und der Teil bildet einen ohmschen Kontakt an einer Schnittstelle der Übergangsmetallschicht und des Halbleitersubstrats durch eine Reaktion der Übergangsmetallschicht und des Halbleitersubstrats.
  • Ferner wird im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung vor dem ersten Bildungsprozess ein zweiter Bildungsprozess zum Bilden einer Metallschicht mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als die Übergangsmetallschicht auf dem Halbleitersubstrat durchgeführt. Im ersten Bildungsprozess wird die Übergangsmetallschicht zum Abdecken der Metallschicht gebildet. Im Plasmabearbeitungsprozess wird das Halbleitersubstrat, auf dem die Metallschicht und die Übergangsmetallschicht gebildet wurden, der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt, um die Übergangsmetallschicht zum Erzeugen von Wärme und Erwärmen der Metallschicht durch eine Übertragung der Wärme von der Übergangsmetallschicht zu veranlassen.
  • Im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im ersten Bildungsprozess nach einem Prozess zum Bilden einer ersten Metallschicht als Übergangsmetallschicht auf einer Vorderseite des Halbleitersubstrats ein Prozess zum Bilden einer zweiten Metallschicht als Übergangsmetallschicht auf einer Rückseite des Halbleitersubstrats durchgeführt. Im Plasmabearbeitungsprozess werden die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht gleichzeitig der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt. Im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im ersten Bildungsprozess nach einem Prozess zum Bilden einer ersten Metallschicht als Übergangsmetallschicht auf einer Vorderseite des Halbleitersubstrats ein Prozess zum Bilden einer zweiten Metallschicht als Übergangsmetallschicht auf einer Rückseite des Halbleitersubstrats durchgeführt. Nach dem ersten Bildungsprozess und vor dem Plasmabearbeitungsprozess wird ein Abschirmungsprozess zum Aufbringen eines Abschirmsubstrats aus einem Material, das kein Übergangsmaterial ist, durchgeführt, wobei das Abschirmsubstrat so angeordnet wird, dass es eine Oberfläche der zweiten Metallschicht abdeckt. Im Plasmabearbeitungsprozess wird das Halbleitersubstrat, bei dem die zweite Metallschicht vom Abschirmsubstrat abgedeckt ist, der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt. Beispielsweise ist das Material des Abschirmsubstrats vorzugsweise Quarz.
  • Im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird im ersten Bildungsprozess eine Stärke der Übergangsmetallschicht so gewählt, dass die Übergangsmetallschicht durch den Plasmabearbeitungsprozess vollständig in Reaktion gebracht wird. Im Plasmabearbeitungsprozess wird die Übergangsmetallschicht vollständig in Reaktion gebracht, um die Wärmeerzeugung durch die Übergangsmetallschicht zu beenden. Die Stärke der Übergangsmetallschicht beträgt beispielsweise vorzugsweise 10 nm oder mehr und 200 nm oder weniger und noch besser 20 nm oder mehr und 100 nm oder weniger.
  • Im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Übergangsmetallschicht eine Legierungsschicht, die ein Übergangsmetall und Silicium beinhaltet.
  • Im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Übergangsmetallschicht ein Metall aus der Gruppe, die Nickel, Titan, Molybdän, Silber und Wolfram umfasst, oder eine Legierung, die wenigstens eines von diesen als eine Hauptkomponente enthält.
  • Im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Metallschicht ein Element aus der Gruppe, die eine Aluminiumschicht, eine Aluminiumlegierungsschicht, eine Nickelschicht und eine Nickellegierungsschicht umfasst, und die Übergangsmetallschicht umfasst ein Element aus der Gruppe, die eine Titanschicht, eine Molybdänschicht und eine Wolframschicht umfasst.
  • Im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird vor dem ersten Bildungsprozess eine isolierte Gate-Struktur zum Kontaktieren eines elektrischen Leiters mit dem Halbleitersubstrat über einen Isolierfilm an der Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet.
  • Im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst das Halbleitersubstrat Siliciumcarbid.
  • Gemäß der Erfindung erzeugt ausschließlich die Übergangsmetallschicht Wärme und wird diese erwärmt, wodurch eine Wärmeübertragung von der Übergangsmetallschicht einen Teil des Siliciumcarbid-Substrats mit Kontakt zur Übergangsmetallschicht erwärmt. Somit kann eine Metallsilicid-Schicht gebildet werden, die zu einem ohmschen Kontakt mit dem Siliciumcarbid-Substrat wird. Ferner wirkt, da andere Bestandteile als die Übergangsmetallschicht keine Wärme erzeugen, beispielsweise keine Wärme nahe dem Gate-Isolierfilm der MOS-Gate-Struktur ein. Somit kann eine Beeinträchtigung von Schnittstelleneigenschaften des Gate-Isolierfilms und des Siliciumcarbid-Halbleiterteils verhindert werden.
  • WIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erzielt eine Wirkung insofern, als ein ohmscher Kontakt mit geringem Kontaktwiderstand gebildet und eine Beeinträchtigung der Vorrichtungseigenschaften verhindert werden kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß einer ersten Ausführungsform.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 3A zeigt eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 3B zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Substrat-Vorderseite einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Substrat-Rückseite einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht der Substrat-Rückseite der Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 7 zeigt eine Querschnittsansicht einer Substrat-Rückseite einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
  • 8 zeigt eine Querschnittsansicht der Substrat-Rückseite der Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • 9 zeigt eine Querschnittsansicht der Substrat-Rückseite der Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der zweiten Ausführungsform.
  • 10 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß einer dritten Ausführungsform.
  • 11 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß einer vierten Ausführungsform.
  • 12 zeigt ein Fließschema zur Darstellung des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.
  • 13 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der fünften Ausführungsform.
  • 14 zeigt eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der fünften Ausführungsform.
  • 15 zeigt eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der fünften Ausführungsform.
  • 16 zeigt eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der fünften Ausführungsform.
  • 17 zeigt eine Querschnittsansicht der Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der fünften Ausführungsform.
  • 18 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer kristallinen Struktur nahe einem ohmschen Kontakt einer gemäß dem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform hergestellten Halbleitervorrichtung.
  • 19 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer kristallinen Struktur nahe einem ohmschen Kontakt einer gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung hergestellten Halbleitervorrichtung.
  • 20 zeigt eine Querschnittsansicht einer gemäß einer sechsten Ausführungsform hergestellten Halbleitervorrichtung.
  • 21 zeigt eine Querschnittsansicht der gemäß der sechsten Ausführungsform hergestellten Halbleitervorrichtung.
  • 22 zeigt eine Querschnittsansicht der gemäß der sechsten Ausführungsform hergestellten Halbleitervorrichtung.
  • 23 zeigt ein Fließschema zur Darstellung eines herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung.
  • 24 zeigt eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung während der Herstellung.
  • 25 zeigt eine Querschnittsansicht der herkömmlichen Halbleitervorrichtung während der Herstellung.
  • 26 zeigt eine Querschnittsansicht der herkömmlichen Halbleitervorrichtung während der Herstellung.
  • 27 zeigt eine Querschnittsansicht der herkömmlichen Halbleitervorrichtung während der Herstellung.
  • 28 zeigt eine Querschnittsansicht der herkömmlichen Halbleitervorrichtung während der Herstellung.
  • BESTE ART(EN) ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Es werden ausführlich bevorzugte Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen und den beigefügten Zeichnungen sind identische Bestandteile ebenfalls mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht noch einmal beschrieben. Ferner bedeutet in der vorliegenden Beschreibung bei der Beschreibung von Miller-Indizes „–” ein unmittelbar nach dem „–” zu einem Index hinzugefügter Querstrich und ein negativer Index wird durch Vorwegstellen von „–” vor dem Index ausgedrückt.
  • (Erste Ausführungsform)
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Verwendung eines Beispiels beschrieben, bei dem eine Halbleitervorrichtung unter Verwendung eines Siliciumcarbid-Halbleitersubstrats (Siliciumcarbid-Substrat) produziert (hergestellt) wird. 1 bis 3A zeigen Querschnittsansichten einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform. 3B zeigt eine Querschnittsansicht eines weiteren Beispiels einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform. Zunächst wird wie in 1 dargestellt eine vorgegebene Vorrichtungsstruktur (nicht dargestellt) in einem Siliciumcarbid-Substrat (Siliciumcarbid-Wafer) 1 gebildet und anschließend wird eine Kontaktelektrode 2, gebildet aus einem Übergangsmetall, auf einer Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 1 durch beispielsweise ein Sputterverfahren, ein Bedampfungsverfahren usw. gebildet.
  • Das die Kontaktelektrode 2 darstellende Übergangsmetall ist ein Element (Metall) in einem Bereich von der dritten Elementgruppe bis zur elften Elementgruppe im Periodensystem der Elemente. Vorzugsweise ist das die Kontaktelektrode 2 darstellende Übergangsmetall ein aus Nickel (Ni), Titan (Ti), Molybdän (Mo), Wolfram (W) oder Silber (Ag) gebildetes Metall; oder ist alternativ eine Legierung, die eine oder mehrere dieser Metalls als eine Hauptkomponente enthält. Der Grund hierfür ist, dass im Vergleich zu anderen Übergangsmetallen Nickel, Titan, Molybdän, Wolfram und Silber geringe Materialkosten haben sowie leicht einen ohmschen Kontakt mit dem Halbleiterteil bilden und somit von hohem praktischem Nutzen sind.
  • Die die Kontaktelektrode 2 darstellende Übergangsmetallschicht weist eine Stärke auf, die gewährleisten kann, dass Hitze in einem Ausmaß erzeugt wird, dass die Schnittstelle der Übergangsmetallschicht und des Siliciumcarbid-Substrats 1 ausreichend erwärmt werden kann; und vorzugsweise befindet sich die Oberfläche der Übergangsmetallschicht nahe der Schnittstelle mit dem Siliciumcarbid-Substrat (das heißt ist die Schicht dünn) in einem Ausmaß, dass die Wärmeübertragung auf die Umgebung aufgrund der Wärmestrahlung verhindert wird, ohne dass eine Wärmeableitung auftritt oder zu wenig der erforderlichen Energie zum Bilden des ohmschen Kontakts vorhanden ist. Die Stärke der Übergangsmetallschicht beträgt insbesondere vorzugsweise zum Beispiel 10 nm oder mehr und 200 nm oder weniger und noch besser 20 nm oder mehr und 100 nm oder weniger. Ferner kann durch Ausbilden der Übergangsmetallschicht mit einer Stärke, die beispielsweise 10 nm oder mehr und 200 nm oder weniger beträgt, die Kontaktelektrode 2 veranlasst werden, durch die nachfolgend beschriebene Plasmabearbeitung kurzzeitig Wärme zu erzeugen, wodurch ein Umwandeln der gesamten Kontaktelektrode 2 zu Silicid zum Bilden des ohmschen Kontakts ohne Übertragen von Wärme auf die Umgebung ermöglicht wird.
  • Anschließend wird wie in 2 dargestellt das gesamte Siliciumcarbid-Substrat 1 (die gesamte Vorrichtung umfassend die auf dem Substrat gebildeten Komponenten) einer Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt (Plasmabearbeitung). Als Ergebnis adsorbiert eine Oberflächenschicht der Seite der Kontaktelektrode 2, die der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt ist, oder, falls die Stärke der Kontaktelektrode 2 gering ist, die gesamte Kontaktelektrode 2 Wasserstoffatome oder Wasserstoffradikale (H·) 3 (nachfolgend zusammenfassend als Wasserstoffatome 3 bezeichnet) in der Wasserstoffplasma-Atmosphäre und es wird diese durch die beim Bilden von Wasserstoffmolekülen freigesetzte Energie erwärmt. Hier adsorbiert, obwohl die gesamte Vorrichtungsoberfläche dem Wasserstoffplasma ausgesetzt ist (mit diesem bestrahlt wird), ausschließlich das Übergangsmetall die Wasserstoffatome 3 und daher erhält nimmt ausschließlich die Übergangsmetallschicht die Energie von den Wasserstoffatomen 3 zum Erzeugen von Wärme auf. Somit erzeugen die anderen Bestandteile als die Kontaktelektrode 2, welche die Vorrichtung bilden, keine Wärme.
  • Die durch die Kontaktelektrode 2 von der Bindungsenergie, die freigesetzt wird, wenn die Wasserstoffatome 3 Wasserstoffmoleküle bilden, erzeugte Wärme wird zur Seite des Siliciumcarbid-Substrats 1 geleitet. Als Ergebnis wird der Teil des Siliciumcarbid-Substrats 1 mit Kontakt zur Kontaktelektrode 2 erwärmt und es wird wie in 3A dargestellt eine Silicid-Schicht 4 an der Schnittstelle des Siliciumcarbid-Substrats 1 und der Kontaktelektrode 2 gebildet, um ein ohmscher Kontakt (elektrischer Kontaktteil) des Siliciumcarbid-Substrats 1 zu werden. Alternativ wird wie in 3B dargestellt je nach Stärke der Kontaktelektrode 2 die gesamte Kontaktelektrode 2 in Silicid umgewandelt, um zur Silicid-Schicht 4 zu werden. Die erhöhte Temperatur der Kontaktelektrode 2, wenn diese durch die Plasmabearbeitung zum Erzeugen von Wärme veranlasst wird, ist eine Temperatur, welche die Bildung des ohmschen Kontakts des Siliciumcarbid-Substrats 1 und der Kontaktelektrode 2 ermöglicht und beispielsweise 1000°C oder mehr beträgt.
  • Sobald die gesamte Kontaktelektrode 2 durch die Plasmabearbeitung in Silicid umgewandelt ist, endet die Erzeugung von Wärme durch die Kontaktelektrode 2 nach dem Reagieren der gesamten Kontaktelektrode 2. Das heißt die Erwärmung des Teils des Siliciumcarbid-Substrats 1 mit Kontakt zur Kontaktelektrode 2 endet unmittelbar, nachdem die Reaktion des Umwandelns der gesamten Kontaktelektrode 2 in Silicid abgeschlossen ist. Daher liegt die Stärke der die Kontaktelektrode darstellenden Übergangsmetallschicht 2 innerhalb des zuvor beschriebenen Bereichs, wodurch die gesamte Kontaktelektrode 2 in einem kurzen Zeitraum in Silicid umgewandelt wird und die Übertragung von Wärme von der Kontaktelektrode 2 automatisch beendet werden kann, unmittelbar nachdem die gesamte Kontaktelektrode 2 in Silicid umgewandelt ist. Die für die Umwandlung der gesamten Kontaktelektrode 2 in Silicid erforderliche Zeit, das heißt die Dauer der Erwärmung durch eine Übertragung von Wärme von der Kontaktelektrode 2, beträgt beispielsweise mehrzehnfache Sekunden.
  • Das in der zuvor genannten Plasmabearbeitung verwendete Wasserstoffplasma ist beispielsweise durch Absenken des Drucks von im Wesentlichen zu 100 reinem Wasserstoff-(H2-)Gas in einer Kammer auf einen vorgegebenen Druck und Verwenden der kollisionsinduzierten Ionisierung der Gasmoleküle und Elektronen, die durch das elektrische Feld der Mikrowellen beschleunigt werden, erzeugtes Mikrowellenplasma. Die Mikrowellen weisen beispielsweise ein Frequenzband auf, das in der Industrie verwendet werden kann, und sind vorzugsweise 1 GHz oder höher, um ein Erzeugen von hochdichtem Wasserstoffplasma zu ermöglichen, und noch besser werden Mikrowellen mit einer Frequenz von 2,45 GHz verwendet. Ferner wird zum Erzeugen von hochdichtem Wasserstoffplasma beispielsweise der Druck des Wasserstoffgases vorzugsweise auf etwa 10 Pa oder mehr und 100 Pa oder weniger abgesenkt. Nachfolgend wird die durch Mikrowellen erzeugte Wasserstoffplasma-Atmosphäre vereinfachend als Wasserstoffplasma-Atmosphäre bezeichnet.
  • Als eine Bedingung der zuvor genannten Plasmabearbeitung beträgt die elektrische Leistung der Mikrowellen 500 W oder mehr beim Erzeugen der Wasserstoffplasma-Atmosphäre und der gesamte Siliciumcarbid-Wafer wird vorzugsweise beispielsweise über einen kurzen Zeitraum (Plasmabearbeitungszeit) von etwa 400 Sekunden oder weniger der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt. Der Grund hierfür ist, dass, wenn die Plasmabearbeitungszeit zu lang ist, die durch die Kontaktelektrode 2 während der Plasmabearbeitung erzeugte Wärme durch das Siliciumcarbid-Substrat 1 geleitet wird und das Siliciumcarbid-Substrat 1 erwärmt Der mit der durch die Übergangsmetallschicht erzeugten Wärme verknüpfte Temperaturanstieg hängt wesentlich von der Höhe der elektrischen Leistung und der Plasmadichte des Wasserstoffplasmas ab. Daher genügt ein solches Festlegen der elektrischen Leistung und der Plasmadichte des Wasserstoffplasmas, dass die Elektrode, welche die Energie, die freigesetzt wird, wenn die von der Kontaktelektrode 2 adsorbierten Wasserstoffmoleküle 3 Moleküle bilden, aufnimmt, innerhalb eines kurzen Zeitraums, in der sie der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt ist, eine vorgegebene Temperatur erreicht.
  • Im Verfahren der vorliegenden Erfindung erfolgt die Erwärmung schneller, als dies bei herkömmlichen Verfahren möglich ist, da die Bindungsenergie, wenn die Wasserstoffatome Wasserstoffmoleküle bilden, direkt zur Übergangsmetallschicht freigesetzt wird und das hochdichte Plasma durch Mikrowellen erzeugt wird. Daher ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung insofern vorteilhaft, als sich große Agglomerationen des Reaktionsprodukts Kohlenstoff nicht leicht bilden. Ferner kann ein Teil des aus der Reaktion resultierenden Kohlenstoffs, insbesondere der Kohlenstoff nahe der Oberfläche, als ein Gas wie Methan (CH4) durch Reagieren mit Wasserstoff entfernt werden. Daher werden in der Silicid-Schicht durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung gebildete Kohlenstoffablagerungen verringert, was die Vorteile eines geringeren Kontaktwiderstands und weniger nachteiliger Wirkungen auf die Adhäsionskraft der Metallelektrodenschicht bei folgenden Prozessen bietet.
  • Ein Verfahren zum Herstellen eines Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) wird als ein Beispiel für die Anwendung des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. 4 zeigt eine Querschnittsansicht einer Substrat-Vorderseite einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform. Zunächst wird wie in 4 dargestellt eine MOS-Gate-Struktur (isoliertes Gate zur Herstellung eines Kontakts zwischen einem elektrischen Leiter und dem Halbleitersubstrat über einen Isolierfilm) gebildet aus einem Source-Bereich 12, einem Drain-Bereich 13, einem Gate-Isolierfilm 14 und einer Gate-Elektrode 15 auf der Vorderseite eines Siliciumcarbid-Substrats mit einem allgemeinen Verfahren gebildet, die zu einem Drift-Bereich 11 wird. Hier entspricht der elektrische Leiter beispielsweise der Gate-Elektrode 15, der Isolierfilm dem Gate-Isolierfilm 14 und das Halbleitersubstrat einem Siliciumcarbid-Substrat, auf dem der Source-Bereich 12, der Drain-Bereich 13 und der Drift-Bereich 11 angeordnet sind.
  • Anschließend wird auf der Vorderseite des Siliciumcarbid-Substrats ein Zwischenschicht-Isolierfilm 16 gebildet. Danach wird beispielsweise durch Photolithographie und Ätzen der Zwischenschicht-Isolierfilm 16 gemustert und es werden jeweils ein Kontaktloch zum Freilegen des Source-Bereichs 12 und ein Kontaktloch zum Freilegen des Drain-Bereichs 13 gebildet. Anschließend wird durch ein Sputterverfahren, ein Bedampfungsverfahren usw. in den jeweiligen Kontaktlöchern beispielsweise eine Nickelschicht 17 mit Kontakt zum Source-Bereich 12 und eine Nickelschicht 17 mit Kontakt zum Drain-Bereich 13 gebildet. Danach wird das gesamte Siliciumcarbid-Substrat (die gesamte Vorrichtung), auf dem die MOS-Gate-Struktur und die Nickelschicht 17 gebildet sind, einer Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt.
  • Durch Beaufschlagen mit der Wasserstoffplasma-Atmosphäre adsorbieren die Nickelschichten 17 Wasserstoffatome 21 in der Wasserstoffplasma-Atmosphäre und werden durch die Bindungsenergie, die freigesetzt wird, wenn sich Wasserstoffmoleküle bilden, erwärmt. Durch eine Übertragung von Wärme von den Nickelschichten 17 werden der Source-Bereich 12 und der Drain-Bereich 13 direkt unterhalb der Nickelschichten 17 erwärmt. Als Ergebnis werden die Nickelschichten 17 zu Silicid umgewandelt, was Nickelsilicid-Schichten 17a bildet, die ohmsche Kontakte mit dem Siliciumcarbid-Halbleiterteil (durch gepunktete Ellipse umrahmter Teil) bilden. In 4 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die gesamte Nickelschicht 17 zur Nickelsilicid-Schicht 17a wird (ähnlich in 5 bis 11). Die Plasmabearbeitungsbedingungen gestalten sich beispielsweise wie folgt. In einer Kammer wird im Wesentlichen zu 100 reines Wasserstoffgas mit einer Durchflussmenge von 10 sccm zugeführt, und nachdem der Druck auf etwa 25 Pa abgesenkt wurde, wird Mikrowellenenergie mit 1000 W zugeführt, die ein Mikrowellenplasma erzeugt. Die Plasmabearbeitungszeit beträgt 60 bis 90 Sekunden.
  • Danach wird auf der Substratvorderseite beispielsweise eine Elektrodenfläche (nicht dargestellt) gebildet aus Aluminium (Al) und mit Kontakt zur Nickelsilicid-Schicht 17a so gebildet, dass sie in das Kontaktloch eingebettet ist, wodurch eine Vorderseitenelektrode fertiggestellt wird. Anschließend werden restliche Vorrichtungsstrukturen (nicht dargestellt) der Substratvorderseite wie ein Passivierungsfilm und eine Rückseitenelektrode der Substratrückseite gebildet und ein Schneiden in Chips (Dicing) durchgeführt, wodurch der MOSFET fertiggestellt wird. Somit werden der Source-Bereich 12 und der Drain-Bereich 13 direkt unterhalb der Nickelschicht 17 mit der Bindungsenergie, die freigesetzt wird, wenn die von der Nickelschicht 17 (Übergangsmetallschicht) adsorbierten Wasserstoffatome 21 Wasserstoffmoleküle bilden, erwärmt. Da andere Materialien als das Übergangsmetall keine Wärme erzeugen, auch wenn sie der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt sind, werden der aus einem Oxidfilm (SiO2) gebildete Gate-Isolierfilm 14 und Zwischenschicht-Isolierfilm 16 und die aus Polysilicium (Poly-Si) gebildete Gate-Elektrode 15 nicht zu stark erwärmt.
  • Ferner erzeugt, auch wenn ein ohmscher Kontakt auf der Rückseite des Siliciumcarbid-Substrats gebildet wird, ähnlich wie bei der Bildung eines ohmschen Kontakts auf der Vorderseite, ausschließlich die Übergangsmetallschicht Wärme, was die Bildung des ohmschen Kontakts ermöglicht. Insbesondere wird der ohmsche Kontakt auf der Rückseite des Siliciumcarbid-Substrats wie folgt gebildet. 5 und 6 zeigen Querschnittsansichten der Substrat-Rückseite einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der ersten Ausführungsform. In 5 und 6 ist die Substratrückseite auf der Oberseite dargestellt und die Vorrichtungsstruktur der Substratvorderseite ist nicht dargestellt (ähnlich in 7 bis 9). Zunächst wird wie in 5 dargestellt eine Nickelschicht 18 auf der Rückseite des Siliciumcarbid-Substrats, die zum Drift-Bereich 11 wird, durch ein Sputterverfahren, ein Bedampfungsverfahren usw. gebildet.
  • Danach wird das gesamte Siliciumcarbid-Substrat (die gesamte Vorrichtung), auf dem die Nickelschicht 18 gebildet ist, der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt. Als Ergebnis adsorbiert ausschließlich die aus einem Übergangsmetall gebildete Nickelschicht 18 Wasserstoffatome 22 in der Wasserstoffplasma-Atmosphäre und wird die Nickelschicht durch die Energie erwärmt, die freigesetzt wird, wenn die Wasserstoffatome 22 Wasserstoffmoleküle bilden. Durch eine Übertragung der Wärme von der Nickelschicht 18 wird der Halbleiterteil (Siliciumcarbid-Substrat) direkt unterhalb der Nickelschicht 18 erwärmt. Als Ergebnis wird wie in 6 dargestellt die Nickelschicht 18 zu Silicid umgewandelt, was eine Nickelsilicid-Schicht 18a bildet, die zu einem ohmschen Kontakt mit dem Siliciumcarbid-Halbleiterteil wird (Drift-Bereich 11).
  • Hier bestehen, auch wenn die MOS-Gate-Struktur und der Zwischenschicht-Isolierfilm auf der Vorderseite der Siliciumcarbid-Substrat-Seite gebildet sind, die MOS-Gate-Struktur und der Zwischenschicht-Isolierfilm aus einem anderen Material als ein Übergangsmetall und diese erzeugen daher keine Wärme, da die Wasserstoffatome 22 keine Wasserstoffmoleküle bilden. Ferner steigt die von der Nickelschicht 18 erzeugte Wärme auf eine Temperatur an, welche die Bildung des ohmschen Kontakts in einem kurzen Zeitraum ermöglicht, was ein schnelles Erwärmen ermöglicht; und die von der Nickelschicht 18 erzeugte Wärme der Substratrückseite wird nicht zur Substratvorderseite geleitet. Daher kann ein Erwärmen der Bestandteile der Substratvorderseite verhindert werden. Die Plasmabearbeitungsbedingungen zum Bilden der Nickelsilicid-Schicht 18a können die gleichen sein wie die der Plasmabearbeitung zum Bilden eines ohmschen Kontakts an der Substratvorderseite.
  • Anschließend werden beispielsweise durch ein Bedampfungsverfahren eine Titanschicht, eine Nickelschicht und eine Gold-(Au-)Schicht nacheinander geschichtet, um eine geschichtete Metallschicht 19 auf einer Oberfläche der Nickelsilicid-Schicht 18a zu bilden, um dadurch die Rückseitenelektrode fertigzustellen. Da der ohmsche Kontakt (die Nickelsilicid-Schicht 18a) gebildet wird, bevor die geschichtete Metallschicht 19 gebildet wird, kann eine Wärmebehandlung (Tempern) an der geschichteten Metallschicht 19 bei einer niedrigen Temperatur durchgeführt werden, wodurch andere Bestandteile durch die Wärmebehandlung nicht negativ beeinflusst werden. Ferner kann, obwohl eine Beschreibung anhand eines Beispiels erfolgte, bei dem Nickel als Material der Elektrode zum Umwandeln in Silicid verwendet wird, auch bei einem anderen Übergangsmetall als Nickel auf ähnliche Weise ausschließlich die Übergangsmetallschicht zum Erzeugen von Wärme zum Bilden eines ohmschen Kontakts veranlasst werden. Hier kann ein anderer Metallfilm an der Schnittstelle der Nickelschicht und des Siliciumcarbid-Substrats eingefügt werden, um mehrere Metalle durch die Wasserstoffplasma-Bearbeitung zu legieren.
  • Wie zuvor beschrieben wird gemäß der ersten Ausführungsform das gesamte Siliciumcarbid-Substrat (die gesamte Vorrichtung), auf dem die Übergangsmetallschicht auf einer Oberfläche gebildet ist, der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt, wodurch Wasserstoffatome in der Wasserstoffplasma-Atmosphäre von der Übergangsmetallschicht adsorbiert werden und ausschließlich das Übergangsmetall von der Energie, die freigesetzt wird, wenn sich Wasserstoffmoleküle bilden, erwärmt wird; und durch eine Übertragung der Wärme von der Übergangsmetallschicht wird der Teil des Siliciumcarbid-Substrats mit Kontakt zur Übergangsmetallschicht erwärmt. Als Ergebnis kann die Übergangsmetallschicht in Silicid umgewandelt werden und es kann eine Silicid-Schicht mit geringem Kontaktwiderstand gebildet werden, um zu einem ohmschen Kontakt zu werden. Ferner wirkt gemäß der ersten Ausführungsform, wenn die gesamte Vorrichtung der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt wird und andere Bestandteile als die Übergangsmetallschicht keine Wärme erzeugen, beispielsweise nicht zu viel Wärme nahe dem Gate-Isolierfilm der MOS-Gate-Struktur ein. Somit kann eine Beeinträchtigung der Eigenschaften des Gate-Isolierfilms und des Siliciumcarbid-Halbleiterteils sowie der Vorrichtungseigenschaften verhindert werden.
  • Gemäß der ersten Ausführungsform können, da der ohmsche Kontakt mit Wasserstoffatomen gebildet wird, die von der Übergangsmetallschicht adsorbiert werden, ungeachtet von Mustern und Unebenheit der Vorrichtungsoberfläche nur zur Wafer-Oberfläche freigelegte Teile der Übergangsmetallschicht selektiv und gemeinsam erwärmt werden. Dadurch kann der Durchsatz verbessert werden. Gemäß der ersten Ausführungsform können, da ausschließlich die Übergangsmetallschicht zum Erzeugen von Wärme veranlasst und mit einer günstigen Steuerung erwärmt werden kann, Kontaktwiderstands-Abweichungen, ein unerwünschtes Erwärmen von Bestandteilen (beispielsweise Gate-Isolierfilm usw.) und eine Beeinträchtigung von Vorrichtungseigenschaften verhindert werden, ohne kompliziertes Programmieren wie beim Lasertempern zu erfordern. Ferner ist die Mindestfläche, die erwärmt werden kann, ein limitierender Faktor für Musterungsverfahren von Übergangsmetallschichten durch Photolithographie. Daher kann gemäß der ersten Ausführungsform, auch wenn die Oberfläche der Übergangsmetallschicht kleiner ist als die Fläche entsprechend dem Punktdurchmesser des Lasers, ausschließlich die Übergangsmetallschicht erwärmt werden.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Verwendung eines Beispiels beschrieben, bei dem ein ohmscher Kontakt auf der Rückseite eines Siliciumcarbid-Substrats gebildet wird. 7 bis 9 zeigen Querschnittsansichten der Substrat-Rückseite einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der zweiten Ausführungsform. Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich vom Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass nach dem Bilden einer Titanschicht 23 auf einer Übergangsmetallschicht (beispielsweise der Nickelschicht 18), die zu Silicid umgewandelt werden soll, das gesamte Siliciumcarbid-Substrat (die gesamte Vorrichtung) der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt wird. Die Titanschicht 23 dient zum Verhindern, dass die durch eine Reaktion der Nickelschicht 18 und einen Siliciumcarbid-Halbleiterteil (Drift-Bereich 11) gebildete Nickelsilicid-Schicht 18a durch Kohlenstoff (C) im Siliciumcarbid-Halbleiterteil negativ beeinflusst wird.
  • Insbesondere wird wie in 7 dargestellt ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform die Nickelschicht 18 auf der Rückseite des Siliciumcarbid-Substrats gebildet. Anschließend wird die Titanschicht 23 auf der Nickelschicht 18 so gebildet, dass sie die gesamte Nickelschicht 18 abdeckt. Danach wird das gesamte Siliciumcarbid-Substrat, auf dem die Nickelschicht 18 und die Titanschicht 23 nacheinander geschichtet sind, der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt. Nach dem Beaufschlagen mit der Wasserstoffplasma-Atmosphäre werden die Wasserstoffatome 22 in der Wasserstoffplasma-Atmosphäre von der Titanschicht 23 (der obersten Oberflächenschicht) adsorbiert und es wird ausschließlich die Titanschicht 23 durch die Bildung von Wasserstoffmolekülen erwärmt. Ferner werden direkt unterhalb der Titanschicht 23 die Nickelschicht 18 und ein Teil des Siliciumcarbid-Substrats mit Kontakt zur Nickelschicht 18 durch eine Übertragung der Wärme von der Titanschicht 23 erwärmt. Da die gesamte Oberfläche der Nickelschicht 18 von der Titanschicht 23 abgedeckt ist, wird die von der Titanschicht 23 erzeugte Wärme gleichmäßig übertragen, was eine gleichmäßige Erwärmung bewirkt. Als Ergebnis wird wie in 8 dargestellt die Nickelschicht 18 in Silicid umgewandelt, um die Nickelsilicid-Schicht 18a zu bilden.
  • Die Titanschicht 23 weist eine Stärke auf, die dünner ist als eine Stärke der Nickelschicht 18, und die Stärke kann beispielsweise 10 nm oder mehr und 100 nm oder weniger betragen. Vorzugsweise beträgt die Stärke der Titanschicht 23 30 nm oder mehr. Der Grund hierfür ist, dass bei Beaufschlagen mit der Wasserstoffplasma-Atmosphäre eine Wirkung des Abschirmens von Wasserstoffatomen verstärkt werden kann. Beim Abschirmen der Wasserstoffatome durch die Titanschicht 23 werden die Wasserstoffatome nicht von der Nickelschicht 18 adsorbiert, was ein gleichmäßiges Erwärmen der Nickelschicht 18 durch die Übertragung der von der Titanschicht 23, welche die gesamte Oberfläche der Nickelschicht 18 abdeckt, erzeugten Wärme ermöglicht.
  • Ferner agglomeriert oder verdampft die Nickelschicht 18 durch das Schmelzen aufgrund des Erwärmens und es können bei Silicid-Umwandlung zum Bilden der Nickelsilicid-Schicht 18a Risse, diskontinuierliche Lücken usw. auftreten. Andererseits bleibt die Titanschicht 23, die einen höheren Schmelzpunkt aufweist als die Nickelschicht 18, ungeschmolzen und dient als eine Deckschicht zum Abdecken der gesamten Oberfläche der Nickelschicht 18. Daher kann durch Abdecken der Oberfläche der Nickelschicht 18 mit der Titanschicht 23 das Auftreten von Rissen, diskontinuierlichen Lücken usw. in der Nickelsilicid-Schicht 18a verhindert werden. Das heißt durch Abdecken der Oberfläche der Nickelschicht 18 mit der Titanschicht 23 wird die Nickelschicht 18 gleichmäßig erwärmt und Agglomeration und Verdampfen der Nickelschicht 18 können gesteuert werden. Wenn statt der Titanschicht 23 eine Wolframschicht oder Molybdänschicht gebildet wird, kann die Wirkung einer Deckschicht auf eine ähnliche Weise erzielt werden. Nachfolgend wird eine Ausbildung mit einer Wolframschicht als Deckschicht in einer sechsten Ausführungsform beschrieben.
  • Ferner verbinden sich, wenn die Nickelsilicid-Schicht 18a gebildet wird, überzählige Kohlenstoffatome, die aus den Siliciumatomen im sich mit der Nickelschicht 18 verbindenden Siliciumcarbid-Halbleiterteil resultieren, mit den Titanatomen in der Titanschicht 23. Daher kann eine Ablagerung und Agglomeration von Kohlenstoff in der Nickelsilicid-Schicht 18a verhindert werden. Nach der Plasmabearbeitung befindet sich die Titanschicht 23 gegebenenfalls nicht in einem günstigen Zustand als eine Elektrodenschicht und kann ein Abschälen und eine Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften (verringerter Kontaktwiderstand) der Rückseitenelektrode bewirken. Daher wird die Titanschicht 23 nach der Plasmabearbeitung entfernt. Wie in 9 dargestellt wird ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform auf der Oberfläche der Nickelsilicid-Schicht 18a der geschichtete Metallfilm 19 aus einer nacheinander geschichteten Titanschicht, Nickelschicht und Gold-(Au-)Schicht gebildet, wodurch die Rückseitenelektrode fertiggestellt wird.
  • Im Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform kann eine Hauptoberfläche des Siliciumcarbidsubstrats, in dem der ohmsche Kontakt gebildet wird, beispielsweise eine (000-1)C-Fläche eines vierschichtigen periodischen sechseckigen (4H-SiC) Siliciumcarbids oder eine (0001)Si-Fläche sein. Im Vergleich zu Kristallflächen mit anderen Ebenenorientierungen sammelt sich Kohlenstoff leicht an der (000-1)C-Fläche und daher ist der auf der (000-1)C-Fläche gebildete ohmsche Kontakt (die Nickelsilicid-Schicht 18a) anfälliger für die nachteiligen Wirkungen von Kohlenstoff. Somit erscheint ein Effekt des Verhinderns der nachteiligen Wirkungen von Kohlenstoffatomen im Siliciumcarbid-Substrat bei der Bildung der Nickelsilicid-Schicht 18a auf der (000-1)C-Fläche am wirkungsvollsten.
  • Ferner kann ausschließlich die Titanschicht 23 auf der Rückseite des Siliciumcarbid-Substrats ohne Bilden der Nickelschicht 18 gebildet werden. In diesem Fall werden die Wasserstoffatome 22 in der Wasserstoffplasma-Atmosphäre von der Titanschicht 23 adsorbiert, erzeugt ausschließlich die Titanschicht 23 Wärme und es wird eine Titansilicid-Schicht gebildet, die zum ohmschen Kontakt mit dem Siliciumcarbid-Substrat wird. Da Titan ebenfalls mit Kohlenstoff reagiert, wenn eine Titanschicht verwendet wird, wird die Agglomeration von überzähligen Kohlenstoffatomen gedrosselt, was ein Verhindern der nachteiligen Wirkungen von überzähligen Kohlenstoffatomen in einem größeren Umfang ermöglicht, als wenn die Nickelsilicid-Schicht 18a, die von der Nickelschicht 18 gebildet wird, gebildet wird. Andererseits kann die von der Nickelschicht 18 gebildete Nickelsilicid-Schicht 18a den Kontaktwiderstand in einem größeren Umfang verringern als die von der Titanschicht 23 gebildete Titansilicid-Schicht. Daher wird die Übergangsmetallschicht, welche die Silicid-Schicht bilden soll, vorzugsweise entsprechend den Designbedingungen gewählt.
  • Wie beschrieben können gemäß der zweiten Ausführungsform Wirkungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform erzielt werden.
  • (Dritte Ausführungsform)
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform wird unter Verwendung eines Beispiels beschrieben, bei dem ein MOSFET gebildet wird. 10 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der dritten Ausführungsform. Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform unterscheidet sich vom Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass mit den auf beiden Oberflächen des Siliciumcarbid-Substrats gebildeten Nickelschichten 17, 18 ein Quarzsubstrat 24 so angeordnet ist, dass es mit der gesamten Oberfläche der Nickelschicht 18 der Substratrückseite Kontakt hat, und das gesamte Siliciumcarbid-Substrat (die gesamte Vorrichtung) der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt wird.
  • Insbesondere werden wie in 10 dargestellt ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform jeweils Prozesse bis zum und einschließlich das Bilden der Nickelschichten 17, 18 auf den Oberflächen des Siliciumcarbid-Substrats durchgeführt. Anschließend wird das Quarzsubstrat 24 so angeordnet, dass es einen Kontakt mit der gesamten Oberfläche der Nickelschicht 18 der Substratrückseite aufweist. Danach wird mit dem Quarzsubstrat 24, das so angeordnet ist, dass es einen Kontakt mit der gesamten Oberfläche der Nickelschicht 18 aufweist, das gesamte Siliciumcarbid-Substrat der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt. Da Wasserstoffatome 21 vom Quarzsubstrat 24 abgeschirmt werden und nicht die Nickelschicht 18 der Substratrückseite erreichen, erzeugt die Nickelschicht 18 der Substratrückseite keine Wärme.
  • Andererseits wird die Nickelschicht 17 auf der Substratvorderseite der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt und daher adsorbiert die Nickelschicht die Wasserstoffatome 21 in der Wasserstoffplasma-Atmosphäre und die Nickelschicht wird von der Wärme, die von der Bindungsenergie, die freigesetzt wird, wenn Wasserstoffmoleküle gebildet werden, erzeugt wird, erwärmt. Daher kann, wenn beispielsweise die Rückseitenelektrode bereits in den Prozessen bis zur Plasmabearbeitung zum Bilden des ohmschen Kontakts auf der Substratvorderseite fertiggestellt ist, ausschließlich die Nickelschicht 17 der Substratvorderseite zum Erzeugen von Wärme veranlasst und erwärmt werden, ohne dass die Nickelschicht 18 der Substratrückseite von den Wasserstoffatomen 21 beeinflusst wird.
  • Das heißt es wird durch diese Plasmabearbeitung ausschließlich die Nickelsilicid-Schicht 17a auf der Substratvorderseite gebildet. Anschließend wird ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform eine Elektrodenfläche (nicht dargestellt) aus Aluminium usw. gebildet, wodurch die Vorderseitenelektrode fertiggestellt wird. Statt des Quarzsubstrats 24 kann ein Silicium-Substrat oder ein Metallsubstrat, das aus einem anderen Metall als ein Übergangsmetall gebildet wird und das keine Wärme durch die Wasserstoffatome 21 bildet, verwendet werden. Vorzugsweise wird das Quarzsubstrat 24 verwendet, um ein Anhaften von Fremdpartikeln auf der Nickelschicht 18 zu vermeiden.
  • Wie beschrieben können gemäß der dritten Ausführungsform Wirkungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform erzielt werden.
  • (Vierte Ausführungsform)
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform wird unter Verwendung eines Beispiels beschrieben, bei dem ein MOSFET gebildet wird. 11 zeigt eine Querschnittsansicht einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der vierten Ausführungsform. Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform unterscheidet sich vom Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform darin, dass die auf beiden Seiten des Siliciumcarbid-Substrats gebildeten Nickelschichten 17, 18 gleichzeitig der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt werden. Das heißt die Nickelschicht 18 der Substratrückseite ist nicht von einem Quarzsubstrat abgedeckt.
  • Insbesondere befindet sich der Siliciumcarbid-Wafer mit den gebildeten Nickelschichten 17, 18 in einer Wafer-Kassette (nicht dargestellt), die mit Schlitzen ausgestattet und der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt ist. Die auf beiden Substratoberflächen gebildeten Nickelschichten 17, 18 werden gleichzeitig der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt, wodurch beide Nickelschichten 17, 18 gleichzeitig zum Erzeugen von Wärme veranlasst und erwärmt werden können, was das Bilden der Nickelsilicid-Schichten 17a, 18a auf den Oberflächen des Substrats ermöglicht. Da die Plasmabearbeitung für die ohmschen Kontakte auf beiden Substratseiten in einem einzigen Prozess erfolgen kann, kann der Herstellprozess vereinfacht werden.
  • Wie beschrieben können gemäß der vierten Ausführungsform Wirkungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform erzielt werden.
  • (Fünfte Ausführungsform)
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform wird beschrieben. 12 zeigt ein Fließschema zur Darstellung des Verfahrens zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform. 13 bis 17 zeigen Querschnittsansichten einer Halbleitervorrichtung während der Herstellung gemäß der fünften Ausführungsform. Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform unterscheidet sich vom Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass eine Übergangsmetallschicht, die Silicium umfasst, als die auf dem Siliciumcarbid-Substrat gebildete Übergangsmetallschicht zum Bilden des ohmschen Kontakts gebildet wird. Hier wird ein Beispiel beschrieben, bei dem beispielsweise eine Nickelschicht (nachfolgend als Nickel-Silicium-(Ni-Si-)Schicht bezeichnet) 34, die Silicium umfasst, als die Übergangsmetallschicht, die Silicium umfasst, gebildet wird.
  • Insbesondere wird wie in 13 dargestellt ein Zwischenschicht-Isolierfilm 32 auf einer Vorderseite eines Siliciumcarbid-Substrats 31 gebildet. Anschließend wird ein Kontaktloch 33 gebildet, das den Zwischenschicht-Isolierfilm 32 in einer Tiefenrichtung durchdringt und das Siliciumcarbid-Substrat 31 erreicht (Schritt S1). Danach wird wie in 14 dargestellt eine Nickel-Silicium-Schicht 34 auf der Vorderseite des Siliciumcarbid-Substrats 31 durch ein Sputterverfahren, ein Bedampfungsverfahren usw. so gebildet, dass sie im Kontaktloch 33 eingebettet ist (Schritt S2). Es genügt, wenn die Nickel-Silicium-Schicht 34 beispielsweise Silicium in einem Anteil von 10% oder mehr und 60% oder weniger umfasst. Der Grund hierfür ist, dass nachteilige Wirkungen durch die Kohlenstoffatome im Siliciumcarbid-Substrat wie nachfolgend beschrieben vermieden werden können. Der Gehalt an Silicium in der Nickel-Silicium-Schicht 34 variiert beispielsweise entsprechend den Plasmabearbeitungsbedingungen, dem Zustand des Siliciumcarbid-Substrats 31 (beispielsweise Verunreinigungskonzentration) usw. Ferner muss die Nickel-Silicium-Schicht 34 keine Legierung sein und kann eine geschichtete Struktur aus einem Nickelfilm und einem Siliciumfilm sein.
  • Danach wird wie in 15 dargestellt durch Photolithographie und Ätzen die Nickel-Silicium-Schicht 34 gemustert und die Nickel-Silicium-Schicht 34 im Kontaktloch 33 belassen (Schritt S3). Anschließend wird wie in 16 dargestellt eine Nickel-Silicium-Schicht 35 auf einer Rückseite des Siliciumcarbid-Substrats 31 durch ein Sputterverfahren, ein Bedampfungsverfahren usw. gebildet (Schritt S4). Danach wird wie in 17 dargestellt beispielsweise das gesamte Siliciumcarbid-Substrat 31 (die gesamte Vorrichtung), auf dem die Nickel-Silicium-Schichten 34, 35 auf den jeweiligen Seiten gebildet sind, der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt und es wird die Plasmabearbeitung ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform (Wärmebehandlung) durchgeführt.
  • Durch Beaufschlagen mit der Wasserstoffplasma-Atmosphäre adsorbieren ausschließlich die Nickel-Silicium-Schichten 34, 35 die Wasserstoffatome (nicht dargestellt) in der Wasserstoffplasma-Atmosphäre und werden durch die Bindungsenergie, die freigesetzt wird, wenn sich Wasserstoffmoleküle bilden, erwärmt. Ferner werden durch eine Übertragung der Wärme von den Nickel-Silicium-Schichten 34, 35 Teile des Siliciumcarbid-Substrats 31 direkt unterhalb der Nickel-Silicium-Schichten 34, 35 erwärmt. Als Ergebnis werden die Nickel-Silicium-Schichten 34, 35 zu Silicid umgewandelt, um Silicid-Schichten 36 zu bilden, die ohmsche Kontakte mit dem Siliciumcarbid-Halbleiterteil bilden (Schritt S5).
  • In Schritt S2, S4 kann statt der Nickel-Silicium-Schichten 34, 35 eine Schicht aus einem anderen Übergangsmetall (beispielsweise Titan, Wolfram, Molybdän (Mo), Kobalt (Co) usw., das in Silicid umgewandelt werden kann), die Silicium umfasst, gebildet werden. Ferner kann das Mustern der Nickel-Silicium-Schicht 34 in Schritt S3 nach der Wärmebehandlung in Schritt S5 erfolgen. Die Wärmebehandlung in Schritt S5 erfolgt vorzugsweise unter Bedingungen, bei denen das Silicium im Siliciumcarbid-Substrat 31 nicht in die Nickel-Silicium-Schichten 34, 35 diffundiert. Ferner kann die Wärmebehandlung in Schritt S5 beispielsweise, wenn die dritte Ausführungsform angewendet wird, für jeweils eine Seite erfolgen, und wenn die vierte Ausführungsform angewendet wird, für beide Seiten gleichzeitig erfolgen.
  • In der Wärmebehandlung in Schritt S5 schreitet die Umwandlung der Nickel-Silicium-Schichten 34, 35 zu Silicid fort, um die Silicid-Schichten 36 mit einem vorgegebenen Kontaktwiderstand zu bilden, und selbst in Fällen, bei denen eine andere Wärmebehandlung erfolgt wie Ofentempern, Lasertempern, Lampentempern, Induktionstempern usw., können die gleichen Wirkungen erzielt werden. Wenn die Wärmebehandlung beispielsweise durch ein herkömmliches Verfahren erfolgt, kann ein reines Metall (magnetisches Material) auf den Nickel-Silicium-Schichten 34, 35 als ein Wärmeerzeuger während der Induktionserwärmung durch eine externe Quelle aufgebracht werden.
  • Die kristalline Struktur nahe dem ohmschen Kontakt (den Silicid-Schichten 36) einer gemäß dem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform hergestellten Halbleitervorrichtung wird beschrieben. 18 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der kristallinen Struktur nahe einem ohmschen Kontakt einer gemäß dem Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung der fünften Ausführungsform hergestellten Halbleitervorrichtung. 19 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der kristallinen Struktur nahe einem ohmschen Kontakt einer gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung hergestellten Halbleitervorrichtung. Obgleich 18 die kristalline Struktur der Nähe 30 eines ohmschen Kontakts (der von der Nickel-Silicium-Schicht 35 gebildeten Silicid-Schicht 36) der Substratrückseite einer Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform darstellt, weist der ohmsche Kontakt (die von der Nickel-Silicium-Schicht 34 gebildete Silicid-Schicht 36) der Substratvorderseite ebenfalls die gleiche kristalline Struktur auf. Nachfolgend wird eine Beschreibung dargelegt, wobei die kristalline Struktur der Nähe 30 des ohmschen Kontakts der Substratrückseite als ein Beispiel verwendet wird. 19 zeigt die kristalline Struktur der Nähe 100 eines ohmschen Kontakts der Substratrückseite einer mit dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der Darstellung in 23 bis 28 hergestellten Halbleitervorrichtung wie zuvor beschrieben. Ebenfalls für die herkömmliche Halbleitervorrichtung wird eine Beschreibung dargelegt, wobei die kristalline Struktur der Nähe 100 des ohmschen Kontakts der Substratrückseite gemäß der Darstellung in 19 als ein Beispiel verwendet wird.
  • Wie in 19 dargestellt wird in der herkömmlichen Halbleitervorrichtung eine im Wesentlichen zu 100% reine Übergangsmetallschicht (eine im Wesentlichen zu 100% reine Nickelschicht (reine Nickelschicht) 105) gebildet. Daher diffundieren 108 durch die Wärmebehandlung Siliciumatome im Siliciumcarbid-Substrat 101 in die reine Nickelschicht 105, und diese Silicid-Atome und die Nickelatome in der reinen Nickelschicht 105 reagieren, um die Silicid-Schicht 106 zu bilden. Als Ergebnis wird auf der Seite der Silicid-Schicht 106 des Siliciumcarbid-Substrats 101 eine Schicht (nachfolgend als kohlenstoffeiche Schicht bezeichnet) 101a mit einem höheren Kohlenstoffgehalt als andere Teile im Siliciumcarbid-Substrat 101 gebildet. Wenn die kohlenstoffreiche Schicht 101a auf diese Weise gebildet wird, stellt die kohlenstoffreiche Schicht 101a eine Quelle für Risse in der Silicid-Schicht 106 dar und die Silicid-Schicht 106 kann sich abschälen. Ferner ist der Widerstand von Kohlenstoff hundertfach höher als der von Nickel und somit tritt das Problem auf, dass der Kontaktwiderstand hoch wird. Darüber hinaus ist, wenn die Silicid-Schicht 106 gebildet wird, bei der Diffusion 108 der Siliciumatome im Siliciumcarbid-Substrat 101 eine Wärmebehandlung für einen langen Zeitraum bei einer hohen Zeitraum, welche die Si-C-Bindungen der Kohlenstoffatome und der Siliciumatome im Siliciumcarbid-Substrat 101 aufbricht, erforderlich. Daher ist der Stromverbrauch in den Herstellungsprozessen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung im Vergleich zu Herstellungsprozessen für eine Silicium-Halbleitervorrichtung wesentlich höher. Ein Vorteil einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung als ein Produkt ist der niedrigere Stromverbrauch als der einer Silicium-Halbleitervorrichtung. Daher stellt das herkömmliche Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung einen Kompromiss zum Vorteil einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung als ein Produkt dar.
  • Hingegen wird wie in 18 dargestellt bei der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform, da Siliciumatome in der Nickel-Silicium-Schicht 35 enthalten sind, die Diffusion von Siliciumatomem vom Siliciumcarbid-Substrat 31 zur Nickel-Silicium-Schicht 35 verhindert und die Nickelatome in der Nickel-Silicium-Schicht 35 reagieren mit im Wesentlichen allen Siliciumatomen in der Nickel-Silicium-Schicht 35 zum Bilden der Silicid-Schicht 36. Durch Verhindern der Diffusion der Siliciumatome vom Siliciumcarbid-Substrat 31 tritt im Wesentlichen keine Bildung der kohlenstoffreichen Schicht in einem Teil 31a auf der Seite der Silicid-Schicht 36 des Siliciumcarbid-Substrats 31 auf. Daher kann ein Abschälen der Silicid-Schicht 36 verhindert werden. Ferner kann ein Ansteigen des Kontaktwiderstands verhindert werden. Zusätzlich kann, da die Nickel-Silicium-Schicht 35 vollständig eine Legierung darstellt, die Silicid-Schicht 36 durch Plasmabearbeitung über einen kürzeren Zeitraum und bei einer niedrigeren Temperatur als beim herkömmlichen Verfahren gebildet werden. Daher kann der Stromverbrauch bei der Herstellung verringert werden.
  • Wie beschrieben können gemäß der fünften Ausführungsform Wirkungen wie diejenigen der ersten Ausführungsform erzielt werden.
  • (Sechste Ausführungsform)
  • Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform wird beschrieben. 20 bis 22 zeigen Querschnittsansichten einer gemäß der sechsten Ausführungsform hergestellten Halbleitervorrichtung. Das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform unterscheidet sich vom Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform darin, dass nach dem Bilden einer Übergangsmetallschicht (einer Wolframschicht 41) mit einem höheren Schmelzpunkt als die Kontaktelektrode 2 auf der Übergangsmetallschicht (beispielsweise die aus Nickel gebildete Kontaktelektrode 2), die in Silicid umgewandelt werden soll, das gesamte Siliciumcarbid-Substrat (die gesamte Vorrichtung) der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt wird. Die Wolframschicht 41 dient als eine Wärmequelle der Kontaktelektrode 2 und zum gleichmäßigen Erwärmen einer Metallschicht, welche die Silicid-Schicht 4 wird, und dient ferner als Deckschicht zum Verhindern von Agglomeration und Verdammpfen der Silicid-Schicht 4.
  • Insbesondere wird wie in 20 dargestellt ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ein Prozess zum Bilden der Kontaktelektrode 2 eines Übergangsmetalls auf der Oberfläche des Siliciumcarbid-Substrats 1 durchgeführt. Anschließend wird die Wolframschicht 41 auf der Kontaktelektrode 2 so gebildet, dass sie Kontakt mit der gesamten Oberfläche der Kontaktelektrode 2 aufweist. Danach wird wie in 21 dargestellt das gesamte Siliciumcarbid-Substrat, auf dem die Kontaktelektrode 2 und die Wolframschicht 41 nacheinander geschichtet sind, der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt. Da die Kontaktelektrode 2 und die Wolframschicht 41 aus einem Übergangsmetall gebildet sind, adsorbieren beide Wasserstoffatome in der Wasserstoffplasma-Atmosphäre und werden beide von der Bindungsenergie, die freigesetzt wird, wenn sich Wasserstoffmoleküle bilden, erwärmt.
  • Die Kontaktelektrode 2 weist einen höheren Dampfdruck auf als die Wolframschicht 41 und ist daher für Verdampfen durch die Erwärmung in der Wasserstoffplasma-Atmosphäre anfällig. Die gesamte Oberfläche der Kontaktelektrode 2 ist aber von der Wolframschicht 41 abgedeckt, die nicht geschmolzen ist, und daher kann wie zuvor beschrieben Agglomeration und Verdampfen der Kontaktelektrode 2 durch die Wolframschicht 41 verhindert werden. Daher wird wie in 22 dargestellt der Teil der Kontaktelektrode 2, der zur Silicid-Schicht 4 wird, gleichmäßig erwärmt, und ohne das Auftreten von Agglomeration oder Verdampfen der Silicid-Schicht 4 wird die Silicid-Schicht 4 gleichmäßig an der Schnittstelle des Siliciumcarbid-Substrats 1 und der Kontaktelektrode 2 gebildet.
  • Danach wird vorzugsweise die Wolframschicht 41 entfernt. Der Grund hierfür ist, dass Wolfram einen höheren Widerstand als Nickel aufweise, wodurch der Kontaktwiderstand erhöht wird. Ferner erzeugt, wenn die Wolframschicht 41 als eine Deckschicht gebildet wird, die Wolframschicht 41 Wärme, und daher ist das für die Kontaktelektrode 2 verwendete Metallmaterial nicht auf ein Übergangsmetall beschränkt und es kann beispielsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung sein.
  • Wie beschrieben können gemäß der sechsten Ausführungsform Wirkungen wie diejenigen der ersten und der zweiten Ausführungsform erzielt werden.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungen beschränkt und es können verschiedene Änderungen daran in einem Umfang vorgenommen werden, der nicht von der Wesensart der vorliegenden Erfindung abweicht. Ferner werden in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen, obgleich die Beschreibung anhand des Beispiels der Verwendung eines Siliciumcarbid-Substrats erfolgt, identische Wirkungen bei einem Halbleitersubstrat (Silicium-Substrat) erzielt werden, das Silicium verwendet. Bei einem Silicium-Substrat wird die Temperatur der erzeugten Wärme, wenn Wasserstoffatome Wasserstoffmoleküle bilden, auf Basis des Zustands des Silicium-Substrats, des Schmelzpunkts der Übergangsmetallschicht usw. festgelegt. Ferner ist in den Ausführungsformen, obgleich die Beschreibung unter Verwendung einer Halbleitervorrichtung mit einer MOS-Gate-Struktur erfolgt, das Verfahren nicht darauf beschränkt, und es kann beispielsweise auf eine Halbleitervorrichtung mit einer Vorrichtungsstruktur wie einem Isolierfilm oder einen Halbleiterteil, bei dem die Gefahr besteht, dass sich die Vorrichtungseigenschaften durch Erwärmen ändern, angewendet werden.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Wie beschreiben eignet sich das Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für Leistungshalbleiter-Vorrichtungen, die in einer Halbleitervorrichtung verwendet werden, die einen Siliciumcarbid-Halbleiter verwendet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 31
    Siliciumcarbid-Substrat
    2
    Kontaktelektrode
    3, 21, 22
    Wasserstoffatome
    4, 36
    Silicid-Schicht
    11
    Drift-Bereich
    12
    Source-Bereich
    13
    Drain-Bereich
    14
    Gate-Isolierfilm
    15
    Gate-Elektrode
    16, 32
    Zwischenschicht-Isolierfilm
    17, 18
    Nickelschicht
    17a, 18a
    Nickelsilicid-Schicht
    19
    geschichtete Metallschicht
    23
    Titanschicht
    24
    Quarzsubstrat
    33
    Kontaktloch
    34, 35
    Nickel-Silicium-Schicht
    41
    Wolframschicht

Claims (13)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: ein erster Bildungsprozess zum Bilden einer Übergangsmetallschicht auf einer Oberfläche eines Halbleitersubstrats; und ein Plasmabearbeitungsprozess zum Beaufschlagen des Halbleitersubstrats, auf dem die Übergangsmetallschicht gebildet wurde, mit einer durch Mikrowellen gebildeten Wasserstoffplasma-Atmosphäre, um die Übergangsmetallschicht zum Erzeugen von Wärme zu veranlassen, wobei im Plasmabearbeitungsprozess durch eine Übertragung von Wärme von der Übergangsmetallschicht ein Teil des Halbleitersubstrats mit Kontakt zur Übergangsmetallschicht erwärmt wird und an einer Schnittstelle der Übergangsmetallschicht und des Halbleitersubstrats ein ohmscher Kontakt durch Reaktion der Übergangsmetallschicht und des Halbleitersubstrats gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 und ferner umfassend einen zweiten Bildungsprozess zum Bilden einer Metallschicht mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als die Übergangsmetallschicht auf dem Halbleitersubstrat vor dem ersten Bildungsprozess, wobei im ersten Bildungsprozess die Übergangsmetallschicht zum Abdecken der Metallschicht gebildet wird, und im Plasmabearbeitungsprozess das Halbleitersubstrat, auf dem die Metallschicht und die Übergangsmetallschicht gebildet wurde, der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt wird, um die Übergangsmetallschicht zum Erzeugen von Wärme und Erwärmen der Metallschicht durch eine Übertragung der Wärme von der Übergangsmetallschicht zu veranlassen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Bildungsprozess Folgendes umfasst: ein Prozess zum Bilden einer ersten Metallschicht als Übergangsmetallschicht auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats, und ein Prozess zum Bilden einer zweiten Metallschicht als Übergangsmetallschicht auf der Rückseite des Halbleitersubstrats, und im Plasmabearbeitungsprozess die erste Metallschicht und die zweite Metallschicht gleichzeitig der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt werden.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Bildungsprozess Folgendes umfasst: ein Prozess zum Bilden einer ersten Metallschicht als Übergangsmetallschicht auf der Vorderseite des Halbleitersubstrats, und ein Prozess zum Bilden einer zweiten Metallschicht als Übergangsmetallschicht auf der Rückseite des Halbleitersubstrats, das Verfahren ferner Folgendes umfasst: ein Abschirmprozess zum Aufbringen eines Abschirmsubstrats umfassend ein anderes Material als ein Übergangsmetall nach dem ersten Bildungsprozess und vor dem Plasmabearbeitungsprozess, wobei das aufgebrachte Abschirmsubstrat eine Oberfläche der zweiten Metallschicht abdeckt, wobei im Plasmabearbeitungsprozess das Halbleitersubstrat, bei dem die zweite Metallschicht vom Abschirmsubstrat abgedeckt ist, der Wasserstoffplasma-Atmosphäre ausgesetzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Material des Abschirmsubstrats Quarz ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im ersten Bildungsprozess eine Stärke der Übergangsmetallschicht so gewählt wird, dass die Übergangsmetallschicht durch den Plasmabearbeitungsprozess vollständig in Reaktion gebracht wird, und im Plasmabearbeitungsprozess die Übergangsmetallschicht vollständig in Reaktion gebracht wird, um die Wärmeerzeugung durch die Übergangsmetallschicht zu beenden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Stärke der Übergangsmetallschicht wenigstens 10 nm und nicht mehr als 200 nm beträgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Stärke der Übergangsmetallschicht wenigstens 20 nm und nicht mehr als 100 nm beträgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Übergangsmetallschicht eine Legierungsschicht umfassend ein Übergangsmetall und Silicium ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Übergangsmetallschicht ein Element oder eine Legierung umfassend als eine Hauptkomponente wenigstens ein Element aus der Gruppe, die Nickel, Titan, Molybdän, Silber und Wolfram umfasst, umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Metallschicht ein Element aus der Gruppe ist, die eine Aluminiumschicht, eine Aluminiumlegierungsschicht, eine Nickelschicht und eine Nickellegierungsschicht umfasst, und die Übergangsmetallschicht ein Element aus der Gruppe ist, die eine Titanschicht, eine Molybdänschicht und eine Wolframschicht umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem ersten Bildungsprozess eine isolierte Gate-Struktur zum Kontaktieren eines elektrischen Leiters mit dem Halbleitersubstrat über einen Isolierfilm an der Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Halbleitersubstrat Siliciumcarbid umfasst.
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