DE112015000352T5 - Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung Download PDF

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Abstract

Eine Halbleitervorrichtung enthält ein n+-Siliciumcarbid-Substrat (1); eine n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht (2), ein auf einer Oberflächenschicht der n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht (2) selektiv gebildetes p+-Basisgebiet (3); ein im Basisgebiet (3) selektiv gebildetes n+-Source-Gebiet (6); einen TiN-Film (11) und einen Ni-Film (12), welche als eine mit dem n+-Source-Gebiet (6) elektrisch verbundene Source-Elektrode gebildet sind; einen auf einer Oberfläche eines Teils des p+-Basisgebiets (3) zwischen der n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht (2) und dem n+-Source-Gebiet (6) gebildeten Gate-Isolierfilm (8); eine auf dem Gate-Isolierfilm (8) gebildete Gate-Elektrode (9); eine auf einer Rückseite des n+-Siliciumcarbid-Substrats (1) gebildete Drain-Elektrode; und eine Aluminium enthaltende Metallverdrahtung für die Halbleitervorrichtung. Die Metallverdrahtung ist mit dem TiN-Film (11) und dem Ni-Film (12) als der Source-Elektrode verbunden und ist durch nach Abscheiden des Aluminiums durchgeführtes Niedertemperatur-Stickstoffglühen gebildet. Auch bei Anlegen einer negativen Spannung an das Gate kann ein Rückgang der Schwellenspannung unterdrückt werden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, welche ein Siliciumcarbid-Substrat verwenden.
  • STAND DER TECHNIK
  • Siliciumcarbid (SiC) als Material verwendende Halbleitervorrichtungen sind als Silicium-(Si-)Halbleitervorrichtungen der nächsten Generation angekündigt. Gegenüber herkömmlichen, Si als Material verwendenden Halbleitervorrichtungen haben SiC-Halbleitervorrichtungen verschiedene Vorteile wie die Verringerung des spezifischen Vorrichtungswiderstands im Durchlasszustand auf einige Hundertstel und Verwendung in Umgebungen mit hohen Temperaturen (200 Grad C oder größer). Solche Vorteile werden durch Eigenschaften des Materials selbst wie die Bandlücke von SiC, welche etwa dreimal so groß wie diejenige von Si ist, und die dielektrische Durchschlagfestigkeit, welche fast zehnmal so groß wie diejenige von Si ist, ermöglicht.
  • Schottky-Dioden (SBD), planare vertikale Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFET) wurden handelsübliche SiC-Halbleitervorrichtungen. Nichtsdestotrotz hat ein SiC-MOSFET ein mit der Grenzfläche Gate-Oxidfilm/SiC zusammenhängendes Problem, hat er eine niedrige Kanalbeweglichkeit, einen hohen spezifischen Vorrichtungswiderstand und ist die Leistungsfähigkeit von SiC nicht ausgenutzt.
  • In den letzten Jahren wurden, einhergehend mit verbesserten Oxidations- und als „Post-Oxidation Anneal” (POA) bezeichneten Nach-Oxidations-Glühverfahren, SiC MOSFETs mit niedrigem spezifischen Vorrichtungswiderstand und merklich verbesserter Kanalbeweglichkeit vorgeschlagen.
    Patentdokument 1: Offengelegte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2011-082454 .
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
  • Nichtsdestotrotz bleiben viele Probleme bei SiC-MOSFETs wie die Instabilität der Schwellenspannung bestehen. Bei fortwährendem Anlegen einer negativen Spannung an ein Gate eines MOSFET bei einer hohen Temperatur kommt es insofern zu einem Problem, als die Schwellenspannung auf 0 V oder tiefer fällt und ein im Grundzustand sperrender MOSFET im Grundzustand durchlassend wird (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
  • Von den Erfindern durchgeführte Messungen brachten Ergebnisse, bei welchen die Schwellenspannung +3 V betrug, bevor eine Spannung angelegt wurde, und die Schwellenspannung auf –12 V abfiel, nachdem eine Spannung von –20 V 10 Minuten lang bei 200 Grad C angelegt wurde. Dieser Abfall ist das obige Problem der Grenzfläche Gate-Oxidfilm/SiC und wird vermutlich durch den Grenzflächenzustand einer SiC-Grenzfläche, welcher einige hundert- bis einige tausendmal größer als derjenige einer Si-Grenzfläche ist, verursacht.
  • Obwohl der Grenzflächenzustand hauptsächlich eine SiC-Schlenkerbindung ist, setzte sich in letzter Zeit die Bildung eines Gate-Oxidfilms beim SiC-MOSFET durch Glühen in einer stickstoffhaltigen NO-Gas- oder N2O-Gasatmosphäre nach Gate-Oxidation, um den Grenzflächenzustand herabzusetzen, durch.
  • Gemäß einer SIMS-Analyse lokalisiert sich der Stickstoff, wenn in solchen Atmosphären Glühen durchgeführt wird, deutlich in der Grenzfläche. In diesem Fall werden, da der Stickstoff in ein Netz mit einer Struktur von N ≡ (3 Bindungsstellen) eintritt und stabil ist, Schlenkerbindungen und dergleichen gesättigt, was beim Herabsetzen des Grenzflächenzustands vermutlich hochwirksam ist.
  • Nichtsdestotrotz nimmt Stickstoff mit einer N ≡ (3 Bindungsstellen)-Struktur entsprechend der durch Formel (1-1) ausgedrückten Reaktion eine positive Ladung an, wenn aktiver Wasserstoff und Löcher in der Nähe vorhanden sind. :N ≡ (3 Bindungsstellen) + H + h(Löcher) → NH+ ≡ (4 Bindungsstellen) + e– (1-1)
  • Bei Anlegen einer negativen Spannung an das Gate tritt, da Löcher in einer Größenordnung von 1020 cm–3 an der Grenzfläche Gate-Oxidfilm/SiC vorhanden sind, die Reaktion gemäß Formel (1-1) unmittelbar ein, wenn aktiver Wasserstoff vorhanden ist. Bei hoher Temperatur kann NH+ ≡ (4 Bindungsstellen) bis zu einer Position abseits der Grenzfläche eindringen, wo sich das NH+ festsetzt und so eine Löcherfalle nahe der Grenzfläche bildet.
  • Wenn positive Ladung in einer p-SiC-Oberfläche, welche ein Kanal eines n-MOSFET ist, kondensiert, sammeln sich Elektronen, wodurch die Oberflächenkonzentration zurückgeht, und in einem schlimmsten Fall geht die Oberfläche zu n über, wird die Schwellenspannung des n-MOSFET negativ und zeigt der MOSFET eine im Grundzustand durchlassende Eigenschaft.
  • Wie beschrieben hat ein SiC-n-MOSFET insofern ein Problem, als bei fortwährendem Anlegen einer negativen Spannung an das Gate eines MOSFET bei einer hohen Temperatur die Schwellenspannung zurückgeht.
  • Um die mit den obigen herkömmlichen Verfahren verbundenen Probleme zu lösen, ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung bereitzustellen, welche einen Rückgang der Schwellenspannung auch bei Anlegen einer negativen Spannung an das Gate bei einer hohen Temperatur unterdrücken können.
  • WEG ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Zur Erfüllung der Aufgabe enthält ein Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung einen Prozess des Bildens einer Siliciumcarbid-Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer niedrigeren Konzentration als derjenigen des Siliciumcarbid-Substrats auf einer Vorderseite eines Siliciumcarbid-Substrats von einem ersten Leitfähigkeitstyp; einen Prozess des selektiven Bildens eines Gebiets von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf einer Oberflächenschicht der Siliciumcarbid-Schicht; einen Prozess des selektiven Bildens eines Source-Gebiets vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Gebiet; einen Prozess des Bildens einer mit dem Source-Gebiet elektrisch verbundenen Source-Elektrode; einen Prozess des Bildens eines Gate-Isolierfilms auf einer Oberfläche eines Teils des Gebiets zwischen der Siliciumcarbid-Schicht und dem Source-Gebiet; einen Prozess des Bildens einer Gate-Elektrode auf dem Gate-Isolierfilm; einen Prozess des Bildens einer Drain-Elektrode auf einer Rückseite des Siliciumcarbid-Substrats; einen Prozess des Bildens einer Metallverdrahtung für die Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, wobei die Metallverdrahtung mit der Source-Elektrode verbunden ist und Aluminium als Material enthält; und einen Prozess des Durchführens von Niedertemperatur-Stickstoffglühen, nachdem die Metallverdrahtung gebildet wurde.
  • In dem Verfahren wird zwischen der Metallverdrahtung und dem Siliciumcarbid-Substrat ein erster Titanfilm gebildet.
  • In dem Verfahren wird zwischen dem Titanfilm und dem Siliciumcarbid-Substrat ein Titannitridfilm gebildet.
  • In dem Verfahren werden zwischen dem ersten Titanfilm und dem Siliciumcarbid-Substrat ein zweiter Titanfilm und ein Titannitridfilm gebildet.
  • Eine Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung enthält ein Siliciumcarbid-Substrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine auf einer Vorderseite des Siliciumcarbid-Substrats gebildete Siliciumcarbid-Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer niedrigeren Konzentration als derjenigen des Siliciumcarbid-Substrats; ein auf einer Oberflächenschicht der Siliciumcarbid-Schicht selektiv gebildetes Gebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp; ein in dem Gebiet selektiv gebildetes Source-Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp; eine mit dem Source-Gebiet elektrisch verbunden angeordnete Source-Elektrode; einen auf einer Oberfläche eines Teils des Gebiets zwischen der Siliciumcarbid-Schicht und dem Source-Gebiet gebildeten Gate-Isolierfilm; eine auf dem Gate-Isolierfilm gebildete Gate-Elektrode; eine auf einer Rückseite des Siliciumcarbid-Substrats gebildete Drain-Elektrode; und eine Aluminium als Material enthaltende Metallverdrahtung für die Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, wobei die Metallverdrahtung mit der Source-Elektrode verbunden und durch nach Abscheiden des Aluminiums durchgeführtes Niedertemperatur-Stickstoffglühen gebildet ist.
  • In der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung liegt eine Wasserstoffkonzentration der Metallverdrahtung zwischen 2 × 1011 cm–2 und 2 × 1012 cm–2.
  • Gemäß der obigen Konfiguration wird Niedertemperatur-Stickstoffglühen durchgeführt, nachdem die Metallverdrahtung für die Halbleitervorrichtung gebildet wurde. Infolgedessen kann die Wasserstoffkonzentration des für die Metallverdrahtung verwendeten Aluminiums gesenkt werden, wodurch ein Rückgang der Schwellenspannung unterdrückt wird.
  • AUSWIRKUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird insofern eine Wirkung erzielt, als auch bei Anlegen einer negativen Spannung an das Gate ein Rückgang der Schwellenspannung unterdrückt werden kann.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Schnittansicht einer Konfiguration einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
  • 2 ist eine Tabelle, welche eine Schwellenveränderung in Abhängigkeit davon, ob vor dem Aluminium-Sputtern Niedertemperatur-Stickstoffglühen durchgeführt wird, zeigt;
  • 3 ist eine Tabelle, welche eine Schwellenveränderung in Abhängigkeit davon, ob eine Fensteröffnung des TiN-Films vorgesehen ist, zeigt;
  • 4 ist eine Tabelle, welche eine Schwellenveränderung bei verschiedenen Filmstrukturen zeigt;
  • 5 ist eine Schnittansicht eines Zustands nach Metallverdrahtung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 ist eine Schnittansicht eines Zustands nach Metallverdrahtung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSWEISE(N) DER ERFINDUNG
  • Nun werden Ausführungsformen eines Verfahrens zum Herstellen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben. In der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen bedeuten Schichten und Gebiete, welchen n oder p vorangestellt ist, dass Elektronen beziehungsweise Löcher die Majoritätsträger sind. Zusätzlich bedeutet + oder – nach n oder p, dass die Störstellendichte höher beziehungsweise niedriger ist als in Schichten und Gebieten ohne + oder –. In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen und den beigefügten Zeichnungen tragen gleiche Bestandteile gleiche Bezugszeichen und werden diese nicht wiederholt beschrieben. Wenn außerdem in der vorliegenden Beschreibung Millersche Indices beschrieben werden, bedeutet ”–” einen einem Index unmittelbar nach dem ”–” hinzugefügten Querstrich und wird ein negativer Index ausgedrückt, indem dem Index ”–” vorangestellt wird.
  • 1 ist eine Schnittansicht einer Konfiguration einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform. 1 zeigt einen Zustand eines aktiven Gebiets vor Sputtern einer Metallverdrahtung bei Herstellungsprozessen eines n-MOSFET. Ein n+-Siliciumcarbid-Substrat 1, eine n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 2 und eine p-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 4 bilden zusammen eine Siliciumcarbid-Halbleiterbasis.
  • Die n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht (Siliciumcarbid-Schicht) 2 ist auf einer Hauptoberfläche des n+-Siliciumcarbid-Substrats 1, welches von einem ersten Leitfähigkeitstyp ist und ein Drain-Gebiet bildet, abgeschieden. Eine Rückseitenelektrode (nicht gezeigt) ist auf einer Oberfläche (einer Rückseite der Siliciumcarbid-Halbleiterbasis) des n+-Siliciumcarbid-Substrats 1 auf einer einer n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht-2-Seite des n+-Siliciumcarbid-Substrats 1 entgegengesetzten Seite des n+-Siliciumcarbid-Substrats 1 angeordnet.
  • Im aktiven Gebiet ist ein durch eine Metall-Oxidfilm-Halbleiter-(MOS-)Struktur (Vorrichtungsstruktureinheit) gebildetes isoliertes Gate auf einer Vorderseite der Siliciumcarbid-Halbleiterbasis angeordnet. Insbesondere im aktiven Gebiet ist ein p+-Gebiet (p+-Basisgebiet) 3 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp in einer Oberflächenschicht (einer Vorderseite der Siliciumcarbid-Halbleiterbasis) der n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 2 auf einer einer n+-Siliciumcarbid-Substrat-1-Seite der n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 2 entgegengesetzten Seite der n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 2 selektiv angeordnet.
  • Die p-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 4 ist auf der Oberfläche des p+-Basisgebiets 3 und auf der Oberfläche eines Teils der n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 2 zwischen benachbarten p+-Basisgebieten 3 selektiv abgeschieden.
  • Ein n+-Source-Gebiet 6 und ein p+-Kontaktgebiet 5 sind in einem Teil der p-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 4 auf dem p+-Basisgebiet 3 angeordnet. Das n+-Source-Gebiet 6 und das p+-Kontaktgebiet 5 berühren einander. Außerdem durchdringt das p+-Kontaktgebiet 5 die p-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 4 in einer Tiefenrichtung und erstreckt es sich bis zum p+-Basisgebiet 3.
  • Ein n-Wannengebiet 7 ist in einem Teil der p-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 4 auf der n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 2 angeordnet, wobei es die p-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 4 in einer Tiefenrichtung durchdringt und sich bis zur n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 2 erstreckt. Das n-Wannengebiet 7 fungiert als die n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 2 und als ein Driftgebiet.
  • Eine Gate-Elektrode 9 ist über einen Gate-Isolierfilm 8 auf einer Oberfläche eines Teils zwischen dem n+-Source-Gebiet 6 und dem n-Wannengebiet 7 angeordnet. Die Gate-Elektrode 9 kann über den Gate-Isolierfilm 8 auf einer Oberfläche des n-Wannengebiets 7 angeordnet sein. Ein Zwischenschicht-Isolierfilm 10 ist auf der gesamten Vorderseite der Siliciumcarbid-Halbleiterbasis so angeordnet, dass er die Gate-Elektrode 9 bedeckt.
  • Das n+-Source-Gebiet 6 und das p+-Kontaktgebiet 5 sind in einem den Zwischenschicht-Isolierfilm 10 in einer Tiefenrichtung durchdringenden Kontaktloch freigelegt. Ein Titannitrid-(TiN-)Film 11 ist auf dem Zwischenschicht-Isolierfilm 10 und einem die Gate-Elektrode 9 konfigurierenden Polysilicium gebildet.
  • Ein Nickel-(Ni-)Film 12 ist auf dem n+-Source-Gebiet 6 und dem p+-Kontaktgebiet 5, welche im Kontaktloch freigelegt sind, angeordnet. Der Ni-Film 12 bildet einen ohmschen Kontakt zur Siliciumcarbid-Halbleiterbasis und fungiert als Source-Elektrode. Ferner ist die Source-Elektrode durch den Zwischenschicht-Isolierfilm 10 von der Gate-Elektrode 9 elektrisch isoliert.
  • In der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Metallverdrahtung durch Sputtern auf dem Ni-Film 12 zum Beispiel eines in 1 gezeigten und unter Verwendung eines Siliciumcarbid-Substrats produzierten (hergestellten) Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) gebildet. Die Metallverdrahtung wird durch Abscheiden einer Aluminium-(Al-)Elektrode 13 (siehe 5) oder durch aufeinanderfolgendes Abscheiden eines Titan-(Ti-)Films 14 und der Al-Elektrode 13 (siehe 6) gebildet wie im Folgenden beschrieben.
  • Danach wird Niedertemperatur-Stickstoffglühen bei etwa 320 Grad C bis 420 Grad C durchgeführt. Die Erfinder haben festgestellt, dass durch dieses Niedertemperatur-Stickstoffglühen die Wasserstoffkonzentration in dem für die Metallverdrahtung verwendeten Aluminium niedrig, 2 × 1011 cm–2 oder größer und 2 × 1012 cm–2 oder kleiner, gemacht werden kann und ein Rückgang der Schwellenspannung unterdrückt werden kann.
  • Obwohl das Niedertemperatur-Stickstoffglühen auch nach Abscheidung eines eine oberste Oberfläche der Metallverdrahtung bildenden abschließenden Schutzfilms (nicht gezeigt) mäßig wirksam ist, hat der aktive Wasserstoff im Aluminium wegen des abschließenden Schutzfilms Schwierigkeiten, aus dem SiC-MOSFET hinauszudiffundieren, und somit kann das Niedertemperatur-Stickstoffglühen nach Bildung der Metallverdrahtung und vor Abscheidung des abschließenden Schutzfilms durchgeführt werden.
  • Die Erfinder glauben aufgrund von Versuchsergebnissen von (1) bis (3) unten, dass der Ursprung des aktiven Wasserstoffs das Aluminium ist, welches die Metallverdrahtung bildet, und, da, je höher die Temperatur ist, die Diffusion des Wasserstoffs desto eher auftritt, aus dem Aluminium zur Grenzfläche Gate-Oxidfilm/SiC gelangender aktiver Wasserstoff die Reaktion (ausgedrückt durch Formel (1-1)) mit Löchern, welche sich durch eine negative Gate-Vorspannung in einer hohen Konzentration ansammeln, verursacht, wodurch die Schwellenspannung zurückgeht. Als eine Verbesserungsmaßnahme wendeten die Erfinder Niedertemperatur-Stickstoffglühen an, um den aktiven Wasserstoff hinausdiffundieren zu lassen.
  • 2 ist eine Tabelle, welche eine Schwellenveränderung in Abhängigkeit davon, ob vor dem Aluminium-Sputtern Niedertemperatur-Stickstoffglühen durchgeführt wird, zeigt. Die Tabelle zeigt den Betrag einer Veränderung der Schwelle vor und nach Anlegen einer negativen Spannung an das Gate des MOSFET bei einer hohen Temperatur.
    • (1) Wie in 1 gezeigt, hat das Niedertemperatur-Stickstoffglühen, wenn das Niedertemperatur-Stickstoffglühen in einem Stadium vor dem Sputtern des die Metallverdrahtung bildenden Aluminiums durchgeführt wird wie in 2 gezeigt (”JA” in der Zeichnung), keine den Schwellenrückgang verringernde Wirkung. Vermutlich ist aktiver Wasserstoff im Aluminium vorhanden.
  • 3 ist eine Tabelle, welche eine Schwellenveränderung in Abhängigkeit davon, ob eine Fensteröffnung des TiN-Films vorgesehen ist, zeigt.
    • (2) Ein Teilfenster wurde im TiN-Film 11 auf dem Zwischenschicht-Isolierfilm 10 und dem die Gate-Elektrode 9 bildenden Polysilicium in 1 geöffnet, und gegenüber dem TiN-Film 11 ohne Teilfenster war, wie in 3 gezeigt, der Betrag des Schwellenrückgangs bei dem TiN-Film 11 mit dem Fenster groß. Vermutlich wird die Fensteröffnung des TiN-Films 11 ein Weg des aktiven Wasserstoffs, und je größer das Fenster, desto größer ist vermutlich die hindurchgehende Menge aktiven Wasserstoffs, wodurch der Schwellenrückgang groß wird.
    • (3) In einem SiC-MOSFET mit einer Struktur ohne Aluminium in 1 tritt kein Schwellenrückgang auf.
  • 4 ist eine Tabelle, welche eine Schwellenveränderung bei verschiedenen Filmstrukturen zeigt. Die Erfinder haben festgestellt, dass durch Einfügen eines Titan-(Ti-)Films unter einer Aluminium-(Al-)Elektrode der Schwellenrückgang weiter verbessert wird wie in 4 gezeigt. Ti-Filme sind als eine Wasserstoffspeicherungs-Legierung bekannt, und vermutlich wird Wasserstoff aus Aluminium (Al) wirkungsvoll eingeschlossen.
  • [Erstes Beispiel]
  • 5 ist eine Schnittansicht eines Zustands nach Metallverdrahtung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einem ersten Beispiel der vorliegenden Erfindung. 5 ist eine Schnittansicht nach dem in 1 gezeigten Zustand und nach einem Prozess des Sputterns von Aluminium (Al) 13 als der Metallverdrahtung und Verarbeitens durch Ätzen, um durch Fotolithografie ein vordefiniertes Verdrahtungsmuster zu bilden.
  • Das Aluminium 13 wird unter Verwendung desselben Abdecklack-Musters geätzt. Im ersten Beispiel wird in diesem Stadium Niedertemperatur-Stickstoffglühen bei etwa 320 bis 420 Grad C etwa 1 bis 2 Stunden lang durchgeführt.
  • Infolgedessen diffundiert der in das Aluminium 13 eindringende aktive Wasserstoff hinaus und nimmt die Wasserstoffkonzentration im Aluminium 13 ab. Folglich kann nach Fertigstellung des SiC-MOSFET auch bei Anlegen einer negativen Spannung an das Gate bei einer hohen Temperatur das Ausmaß des Schwellenrückgangs verringert werden. Obwohl der aktive Wasserstoff vermutlich zu dieser Zeit bis zu einem gewissem Grad zur Seite des n+-Siliciumcarbid-Substrats 1 hin diffundiert, ist die Menge, welche in der Lage ist, zum n+-Siliciumcarbid-Substrat 1 zu gelangen, infolge der Sperrwirkung des TiN-Films 11 direkt unter dem Aluminium 13 minimal.
  • Obwohl Wasserstoffglühen bei der gleichen Temperatur erprobt wurde, wurde weder eine die Wasserstoffkonzentration senkende Wirkung noch eine einen Schwellenrückgang unterdrückende Wirkung erzielt. Da die Glühatmosphäre Wasserstoff ist, wird die Wirkung der nach außen gerichteten Diffusion vermutlich geschwächt. Vielmehr diffundiert der Wasserstoff vermutlich zum SiC-MOSFET hin hinein. Deshalb kann bei Ausschluß von Wasserstoff die Glühatmosphäre Argon (Ar), Helium (He) usw. verwenden, vorausgesetzt, dass die Atmosphäre inert ist.
  • Obwohl das Niedertemperatur-Stickstoffglühen auch nach Abscheidung des auf der Metallverdrahtung (dem Aluminium 13) gebildeten abschließenden Schutzfilms wirkungsvoll sein kann, hat der aktive Wasserstoff im Aluminium 13 wegen des abschließenden Schutzfilms Schwierigkeiten, aus dem SiC-MOSFET hinauszudiffundieren. Deshalb kann das Niedertemperatur-Stickstoffglühen nach Bilden der Metallverdrahtung mittels des Aluminiums 13 und vor Abscheidung des abschließenden Schutzfilms durchgeführt werden.
  • [Zweites Beispiel]
  • 6 ist eine Schnittansicht eines Zustands nach Metallverdrahtung der Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel der vorliegenden Erfindung. Ein Fall ist dargestellt, in welchem ein Titan-(Ti-)Film 14 direkt unter dem Aluminium 13 gebildet ist. Nach dem in 1 gezeigten Zustand werden der Titan-(Ti-)Film 14 und das Aluminium (Al) 13 der Metallverdrahtung aufeinanderfolgend gesputtert und durch Fotolithografie verarbeitet, um ein vordefiniertes Verdrahtungsmuster zu bilden.
  • Gemäß dem zweiten Beispiel, wie oben beschrieben, ermöglicht das Einfügen des Titan-(Ti-)Films 14 unter dem Aluminium (Al) 13, dass der zum n+-Siliciumcarbid-Substrat 1 gelangende aktive Wasserstoff im Wesentlichen gleich null ist, da der Titanfilm 14 den aktiven Wasserstoff einschließt. Wie in 4 (mittlere und rechte Spalte) gezeigt, ermöglicht das Einfügen des Titan-(Ti-)Films 14 zwischen dem TiN-Film 11 und dem Aluminium (Al) 13 eine weitere Verbesserung des Schwellenrückgangs.
  • Wie beschrieben, wird gemäß den Ausführungsformen Niedertemperatur-Stickstoffglühen durchgeführt, nachdem die Metallverdrahtung des MOSFET gebildet wurde. Das Niedertemperatur-Stickstoffglühen wird zum Beispiel zwischen 320 und 420 Grad C durchgeführt. Das Niedertemperatur-Stickstoffglühen ermöglicht dem aktiven Wasserstoff im für die Metallverdrahtung verwendeten Aluminium, hinauszudiffundieren. Zum Beispiel kann die Wasserstoffkonzentration der Metallverdrahtung auf einen Wert größer als oder gleich 2 × 1011 cm–2 und kleiner als oder gleich 2 × 1012 cm–2 eingestellt werden. Somit kann auch bei Anlegen einer negativen Spannung an das Gate eines MOSFET eines SiC-Substrats bei einer hohen Temperatur ein Rückgang der Schwellenspannung unterdrückt werden.
  • Ferner kann eine Konfiguration anders als die obigen Ausführungsformen so beschaffen sein, dass das p+-Kontaktgebiet 5 und das n+-Source-Gebiet 6 im p+-Basisgebiet 3 gebildet werden, ohne die p-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht 4 zu bilden.
  • INDUSTRIELLE ANWENDUNGSMÖGLICHKEITEN
  • Wie beschrieben, sind das Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung und die Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtungen mit hoher Durchbruchspannung verwendbar und werden sie in Stromrichtgeräten, Stromversorgungsvorrichtungen verschiedener Arten industrieller Maschinen und dergleichen eingesetzt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    n+-Siliciumcarbid-Substrat
    2
    n-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht
    3
    p+-Basisgebiet
    4
    p-Siliciumcarbid-Epitaxialschicht
    5
    p+-Kontaktgebiet
    6
    n+-Source-Gebiet
    7
    n-Wannengebiet
    8
    Gate-Isolierfilm
    9
    Gate-Elektrode
    10
    Zwischenschicht-Isolierfilm
    11
    Titannitridfilm
    12
    Nickelfilm
    13
    Metallverdrahtung (Aluminium)
    14
    Titanfilm

Claims (6)

  1. Verfahren zum Herstellen einer Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, enthaltend: einen Prozess des Bildens einer Siliciumcarbid-Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer niedrigeren Konzentration als derjenigen des Siliciumcarbid-Substrats auf einer Vorderseite eines Siliciumcarbid-Substrats von einem ersten Leitfähigkeitstyp; einen Prozess des selektiven Bildens eines Gebiets von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf einer Oberflächenschicht der Siliciumcarbid-Schicht; einen Prozess des selektiven Bildens eines Source-Gebiets vom ersten Leitfähigkeitstyp in dem Gebiet; einen Prozess des Bildens einer mit dem Source-Gebiet elektrisch verbundenen Source-Elektrode; einen Prozess des Bildens eines Gate-Isolierfilms auf einer Oberfläche eines Teils des Gebiets zwischen der Siliciumcarbid-Schicht und dem Source-Gebiet; einen Prozess des Bildens einer Gate-Elektrode auf dem Gate-Isolierfilm; einen Prozess des Bildens einer Drain-Elektrode auf einer Rückseite des Siliciumcarbid-Substrats; einen Prozess des Bildens einer Metallverdrahtung für die Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, wobei die Metallverdrahtung mit der Source-Elektrode verbunden ist und Aluminium als Material enthält; und einen Prozess des Durchführens von Niedertemperatur-Stickstoffglühen nach Bilden der Metallverdrahtung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen der Metallverdrahtung und dem Siliciumcarbid-Substrat ein erster Titanfilm gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein Titannitridfilm zwischen dem Titanfilm und dem Siliciumcarbid-Substrat gebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei zwischen dem ersten Titanfilm und dem Siliciumcarbid-Substrat ein zweiter Titanfilm und ein Titannitridfilm gebildet werden.
  5. Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, enthaltend: ein Siliziumkarbid-Substrat von einem ersten Leitfähigkeitstyp; eine auf einer Vorderseite des Siliciumcarbid-Substrats gebildete Siliciumcarbid-Schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer niedrigeren Konzentration als derjenigen des Siliciumcarbid-Substrats; ein auf einer Oberflächenschicht der Siliciumcarbid-Schicht selektiv gebildetes Gebiet von einem zweiten Leitfähigkeitstyp; ein in dem Gebiet selektiv gebildetes Source-Gebiet vom ersten Leitfähigkeitstyp; eine mit dem Source-Gebiet elektrisch verbunden angeordnete Source-Elektrode; einen auf einer Oberfläche eines Teils des Gebiets zwischen der Siliciumcarbid-Schicht und dem Source-Gebiet gebildeten Gate-Isolierfilm; eine auf dem Gate-Isolierfilm gebildete Gate-Elektrode; eine auf einer Rückseite des Siliciumcarbid-Substrats gebildete Drain-Elektrode; und eine Aluminium als Material enthaltende Metallverdrahtung für die Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung, wobei die Metallverdrahtung mit der Source-Elektrode verbunden und durch nach Abscheiden des Aluminiums durchgeführtes Niedertemperatur-Stickstoffglühen gebildet ist.
  6. Siliciumcarbid-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei Wasserstoffkonzentration der Metallverdrahtung zwischen 2 × 1011 cm–2 und 2 × 1012 cm–2 liegt.
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