DE19919905A1 - Halbleitervorrichtung mit ohmscher Kontaktierung und Verfahren zur ohmschen Kontaktierung einer Halbleitervorrichtung - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit ohmscher Kontaktierung und Verfahren zur ohmschen Kontaktierung einer Halbleitervorrichtung

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Abstract

Die Halbleitervorrichtung (10) umfaßt einen ohmschen Kontakt zwischen einem Halbleitergebiet (100) aus n-leitendem Siliciumcarbid und einer an das Halbleitergebiet (100) angrenzende weitgehend homogene ohmsche Kontaktschicht (110) aus einem Material mit einer ersten und einer zweiten Materialkomponente. In einem Übergangsbereich (120) des Halbleitergebiets (100) und der ohmschen Kontaktschicht (110) ist ein aus der ersten Materialkomponente und dem Silicium des Siliciumcarbids gebildetes Silicid und ein aus der zweiten Materialkomponente und dem Kohlenstoff des Siliciumcarbids gebildetes Carbid enthalten. Die Silicid- und Carbidbildung finden bei höchstens 1000 DEG C statt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung mit ohmscher Kontaktierung sowie auf ein Verfahren zur ohmschen Kontaktierung einer Halbleitervorrichtung.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Halbleitervorrich­ tung, die zumindest in einem Halbleitergebiet, das kontak­ tiert wird, aus Siliciumcarbid (SiC) besteht.
Siliciumcarbid in einkristalliner Form ist ein Halbleiter­ material mit hervorragenden physikalischen Eigenschaften. Aufgrund seiner hohen Durchbruchfeldstärke ist SiC unter an­ derem besonders für die Leistungselektronik auch bei Anwen­ dungen im kV-Bereich ein interessantes Halbleitermaterial. Wegen des großen Bandabstands, der auch eine Emission oder Detektion von kurzwelligem Licht im blauen oder ultraviolet­ ten Spektralbereich ermöglicht, stellt SiC auch für die Opto­ elektronik ein vielversprechendes Halbleitermaterial dar.
Da die kommerzielle Verfügbarkeit von Wafern aus einkristal­ linem Siliciumcarbid insbesondere des 6H- und 4H-Polytyps und auch die technologische Beherrschung von SiC gestiegen ist, finden nun auch SiC-Bauelemente zunehmend an Beachtung. So ist z. B. bereits eine Schottky-Diode, eine pn-Diode, ver­ schiedene Transistoren wie ein MOSFET (Metal Oxide Semicon­ ductor Field Effect Transistor), ein MESFET (Metal Semicon­ ductor Field Effect Transistor) oder ein JFET (Junction Field Effect Transistor) aber auch eine LED (Light Emitting Diode), eine Laserdiode oder ein Photodetektor jeweils auf Silicium­ carbidbasis beschrieben worden.
Für die Funktion dieser Bauelemente wird jeweils zumindest ein stabiler ohmscher Kontakt auf einem Halbleitergebiet aus SiC benötigt. Dieser mindestens eine ohmsche Kontakt befindet sich z. B. auf einer Rückseite des Wafers. Dabei strebt man einen möglichst niedrigen Kontaktwiderstand bei möglichst kleiner Kontaktfläche an, um unerwünschte Verluste am Über­ gang Halbleiter-Metall zu vermeiden.
In den Übersichtsaufsätzen "Ohmic contacts to SiC" von G.L. Harris et al. aus "Properties of Silicon Carbide" ed. by G.L. Harris INSPEC, 1995, Seiten 231-234 und "A critical review of ohmic and rectifying contacts for silicon carbide" von L.M. Porter und R.F. Davis, Materials Science and Engineering, B34, 1995, Seiten 83-105 finden sich Zusammenstellungen von Kontaktierungsverfahren für Siliciumcarbid verschiedenen Po­ ly- und Leitungstyps. Demzufolge ist Nickel bislang am häu­ figsten als Kontaktwerkstoff für einen ohmschen Kontakt auf n-leitendem SiC verwendet worden. Nach Aufbringen des Nickel- Materials wird üblicherweise ein Temperprozeß zur Formierung des ohmschen Kontakts bei einer Prozeßtemperatur über 900°C durchlaufen. Der niedrigste dokumentierte Kontaktwiderstand für n-leitendes SiC liegt bei 1.10-6 Ωcm2. Bei dieser Ausfüh­ rungsform wird der Nickel-Kontakt fünf Minuten lang bei 1000°C getempert. Das ohmsch kontaktierte Substrat besteht allerdings aus n-leitendem 6H-SiC mit einer wenig praktikab­ len, hohen Dotierstoffkonzentration von 4,5.1020 cm-3. Der Nic­ kel-Kontakt befindet sich auf der (0001)-Fläche, d. h. auf der Kohlenstoff-Fläche, des 6H-SiC-Substrats.
In der US 3,510,733 wird ein ohmscher Kontakt zwischen einem Zuleitungsdraht und einem Halbleitergebiet aus n-leitendem Siliciumcarbid beschrieben. Der Zuleitungsdraht besteht dabei entweder aus reinem Chrom oder aus 20% Chrom und 80% Nickel oder aus 15% Chrom, 60% Nickel und 25% Eisen oder aus rostfreiem Stahl mit einem Materialanteil von 11 bis 20% Chrom, bis zu 12% Nickel, bis zu 2% Magnesium, bis zu 1% Silicium, bis zu 0,3% Kohlenstoff und mit einem Hauptanteil Eisen. Die Hauptforderung an das Material des Zuleitungs­ drahts und des ohmschen Kontakts ist dabei eine ausreichende Duktilität und eine Resistenz gegen Oxidation auch bei einer hohen Temperatur. Durch Verbinden der Querschnittsfläche des Zuleitungsdrahts mit dem Halbleitergebiet entsteht ein punkt­ förmiger Kontakt, der insbesondere durch die Drahtgeometrie, wie z. B. Durchmesser, begrenzt ist. Die verwendeten Zulei­ tungsdrähte haben einen Durchmesser von 0,0508 mm und 0,127 mm. Die ohmsche Verbindung zwischen dem Zuleitungsdraht und dem Halbleitergebiet aus Siliciumcarbid wird durch ein Erhitzen über den Schmelzpunkt der verwendeten Materialien erreicht. Diese Temperaturen liegen zwischen 1500 und 1900°C. Die Prozeßbedingungen bei der Herstellung einer Halbleiter­ vorrichtung aus Siliciumcarbid limitieren eine maximal zuläs­ sige Prozeßtemperatur zur Erreichung eines ohmschen Kontakts häufig jedoch auf einen deutlich niedrigeren Wert.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Halbleitervorrichtung so­ wie ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art mit einer im Vergleich zum Stand der Technik verbesserten Kontaktierung von n-leitendem SiC anzugeben. Dabei soll insbesondere der Kontakt auf dem Halbleitergebiet beim Temperprozeß auf eine niedrigere Prozeßtemperatur als beim Stand der Technik er­ hitzt werden, wobei aber trotzdem mindestens ein dem Stand der Technik vergleichbarer Kontaktwiderstand erreichbar sein soll.
Zur Lösung der die Halbleitervorrichtung betreffenden Aufgabe wird eine Halbleitervorrichtung entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben.
Bei der Halbleitervorrichtung mit ohmscher Kontaktierung han­ delt es sich um eine Halbleitervorrichtung, welche mindestens
  • - ein Halbleitergebiet aus n-leitendem Siliciumcarbid und
  • - eine an das Halbleitergebiet angrenzende weitgehend homoge­ ne ohmsche Kontaktschicht aus einem Material mit einer er­ sten bei einer Prozeßtemperatur von höchstens 1000°C sili­ cidbildenden und einer zweiten bei einer Prozeßtemperatur von höchstens 1000°C carbidbildenden Materialkomponente um­ faßt, wobei
  • - in einem Übergangsbereich, der sich in das Halbleitergebiet und in die ohmsche Kontaktschicht erstreckt, ein aus der ersten Materialkomponente und dem Silicium des Siliciumcar­ bids gebildetes Silicid und ein aus der zweiten Material­ komponente und dem Kohlenstoff des Siliciumcarbids gebilde­ tes Carbid enthalten sind.
Zur Lösung der das Verfahren betreffenden Aufgabe wird ein Verfahren entsprechend dem Merkmal des Patentanspruchs 13 an­ gegeben.
Bei dem Verfahren zur Kontaktierung einer Halbleitervorrich­ tung handelt es sich um ein Verfahren, bei welchem zumindest
  • - eine weitgehend homogene ohmsche Kontaktschicht aus einem Material mit einer ersten silicidbildenden und einer zwei­ ten carbidbildenden Materialkomponente auf ein Halbleiter­ gebiet aus n-leitendem Siliciumcarbid ausgebildet wird, wo­ bei
  • - die beiden Materialkomponenten gleichzeitig aufgebracht werden, und
  • - der Aufbau aus Halbleitergebiet und ohmscher Kontaktschicht einem Temperprozeß mit einer Erhitzung auf eine Prozeßtem­ peratur von höchstens 1000°C unterzogen wird, wobei
  • - in einem Übergangsbereich, der sich in das Halbleitergebiet und in die ohmsche Kontaktschicht erstreckt, aus der ersten Materialkomponente und dem Silicium des Siliciumcarbids ein Silicid und aus der zweiten Materialkomponente und dem Koh­ lenstoff des Siliciumcarbids ein Carbid gebildet werden.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß ein stabi­ ler ohmscher Kontakt zu einem Halbleitergebiet aus n-leiten­ dem Siliciumcarbid mit sehr niedrigem Kontaktwiderstand aus einem Material, das aus zwei Materialkomponenten besteht, hergestellt werden kann, wenn die eine Materialkomponente mit dem Silicium des Siliciumcarbids ein Silicid und die andere Materialkomponente mit dem Kohlenstoff des Siliciumcarbids ein Carbid bildet. In dem Übergangsbereich, der sich sowohl in das Halbleitergebiet als auch in die ohmsche Kontakt­ schicht erstreckt, liegt somit ein quarternäres Materialsy­ stem vor, das aus dem Silicium und dem Kohlenstoff des Sili­ ciumcarbids sowie den beiden Materialkomponenten besteht. Nach einer Auftrennung der atomaren Verbindung zwischen dem Silicium und dem Kohlenstoff des Siliciumcarbids bei einer erhöhten Temperatur ist somit für beide Elemente jeweils ein neuer Verbindungspartner verfügbar, mit dem ein Silicid bzw. ein Carbid gebildet werden kann.
Diese Silicid- und die Carbid-Bildung findet im wesentlichen während des nach dem Materialauftrag durchgeführten Temper­ prozesses statt. Es kann jedoch auch schon bereits während des Materialauftrags in Abhängigkeit von den herrschenden Prozeßbedingungen (Abscheidetemperatur, Energiegehalt von durch Sputtern erzeugten Materialpartikeln) an der Grenzflä­ che zum SiC zu einer ersten Keimbildung für das Silicid und das Carbid kommen.
Bei einem reinen Nickel-Kontakt gemäß dem Stand der Technik kommt es während des Temperprozesses ebenfalls zu einer Nic­ kelsilicid-Bildung. Allerdings bleiben dann aufgrund des stöchiometrischen Verhältnisses zwischen Silicium und Kohlen­ stoff im Siliciumcarbid Kohlenstoff-Atome in dem Übergangsbe­ reich zurück. Diese bilden dann Graphiteinlagerungen mit ei­ ner schlechteren Leitfähigkeit. Dadurch resultiert ein ungün­ stiger Einfluß auf das ohmsche Kontaktverhalten. Gemäß der Erfindung wird dies verbessert, indem den Kohlenstoff-Atomen ebenfalls ein Verbindungspartner für die Bildung eines Car­ bids zur Verfügung gestellt wird.
Da die Silicid- und die Carbid-Bildung im wesentlichen wäh­ rend des Temperprozesses stattfinden ist es günstig, wenn sich sowohl die erste als auch die zweite Materialkomponente bereits vor Beginn des Temperprozesses in ausreichendem Um­ fang an der Grenzfläche zum Halbleitergebiet befinden. Dies wird vorteilhaft dadurch erreicht, daß beide Materialkompo­ nenten gleichzeitig aufgebracht werden. Das Material kann da­ bei in Form eines Gemisches, eines Gemenges, einer Legierung oder einer Verbindung dieser beiden Materialkomponenten als praktisch homogene Schicht auf dem Halbleitergebiet vorlie­ gen. Das Silicid und das Carbid können dann zu jedem Zeit­ punkt des Temperprozesses, insbesondere auch gleich nach dem Beginn des Temperns, gebildet werden.
Vorteilhaft werden die beiden Materialkomponenten so gewählt, daß sich das Silicid und das Carbid während des Temperprozes­ ses bei einer maximalen Prozeßtemperatur von höchstens 1000°C bilden. Mit dieser Prozeßtemperatur kann dann typischerweise ein Kontaktwiderstand in der Größenordnung von 1.10-7 Ωcm2 er­ reicht werden. Damit wird der beste im Stand der Technik ge­ nannte Kontaktwiderstand um etwa eine Größenordnung verbes­ sert.
Nach dem Temperprozeß wird innerhalb der Kontaktschicht eine geringfügig inhomogene Materialzusammensetzung vorliegen. Dies rührt von Austauschvorgängen zwischen den einzelnen Ma­ terialkomponenten in dem Übergangsbereich. Durch die Silicid- und Carbid-Bildung kommt es hier nämlich zu einem Austausch von Atomen, die ursprünglich dem Halbleitergebiet und der zu­ nächst praktisch homogen aufgebrachten ohmschen Kontakt­ schicht zugeordnet waren. Nach Abschluß des Temperprozesses weicht die ohmsche Kontaktschicht somit in dem Übergangsbe­ reich je nach gewählter Verfahrensführung von der im übrigen Bereich der ohmschen Kontaktschicht vorliegenden homogenen Materialzusammensetzung ab. Der Ausdruck "weitgehend homogene ohmsche Kontaktschicht" ist deshalb dann so zu verstehen, daß diese Inhomogenität noch mit umfaßt ist.
Außerdem werden Unterschiede in der Materialzusammensetzung, die auf einer üblichen Verunreinigung in Ausgangssubstanzen zurückzuführen ist, hier ebenfalls als nicht maßgeblich be­ trachtet.
Die erfindungsgemäße ohmsche Kontaktierung läßt sich mit Vor­ teil für eine Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid in verschiedenster Ausprägung einsetzen. Mögliche Ausführungs­ formen einer SiC-Halbleitervorrichtung sind z. B. eine Schott­ ky-Diode, eine pn-Diode, ein MOSFET, ein MESFET, ein JFET, eine LED, eine Laserdiode oder ein Photodetektor. Weitere Ausführungsformen sind ebenfalls möglich.
Besondere Ausgestaltungen der Halbleitervorrichtung und des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Unteransprüchen.
In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die zweite Materi­ alkomponente mit einem Volumen-Anteil von 2 bis 50% in dem Material vor. Besonders bevorzugt ist ein Anteil von 10 bis 30%.
Für die Ausbildung eines guten ohmschen Kontakts ist es vor­ teilhaft, wenn das n-leitende Halbleitergebiet zumindest an der Grenzfläche zur ohmschen Kontaktschicht eine ausreichend hohe Dotierstoffkonzentration aufweist. Bevorzugt liegt die Dotierstoffkonzentration zwischen 1017 cm-3 und 1020 cm-3. Ein besonders guter ohmscher Kontakt ergibt sich bei einer Do­ tierstoffkonzentration von mindestens 1019 cm-3. Als Dotier­ stoff kommt in dem n-leitenden Halbleitergebiet Stickstoff oder Phosphor zum Einsatz.
Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die beiden Ma­ terialkomponenten das Silicid und das Carbid bereits bei ei­ ner Prozeßtemperatur von 900°C oder sogar von unter 900°C bilden. Damit kann die Temperatur während des Temperns gegen­ über dem Stand der Technik reduziert werden, ohne daß dies mit einer Einbuße beim erreichbaren Kontaktwiderstand verbun­ den ist. Ein Kontaktwiderstand von höchstens 5.10-7 Ωcm2 läßt sich in einfacher Weise mit einer Prozeßtemperatur von ca. 900°C erreichen. Bei einer weiter reduzierten Prozeßtempera­ tur von beispielsweise 850°C erhält man immer noch einen Kon­ taktwiderstand in der Größenordnung von 1.10-6 Ωcm2.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung besteht die er­ ste Materialkomponente aus Nickel (Ni) oder Kobalt (Co). Gün­ stig ist außerdem eine Variante, bei der die zweite Material­ komponente Eisen (Fe), Wolfram (W), Vanadium (V) oder Tantal (Ta) ist. Diese Materialien sind Silicid- bzw. Carbidbildner, so daß sie besonders geeignete Kontaktwerkstoffe für die Halb­ leitervorrichtung darstellen. Bevorzugte Materialkombinatio­ nen sind Permalloy (NiFe) oder eine Kobalt-Eisen (CoFe)- Legierung.
Bevorzugt hat die ohmsche Kontaktschicht eine Dicke zwischen 15 und 200 nm. Ein so dicker Materialauftrag läßt sich pro­ blemlos realisieren. Gleichzeitig wird mit dieser Kontakt­ schichtdicke sichergestellt, daß eine ausreichende Menge an beiden Materialkomponenten für die Silicid- und Carbidbildung vorhanden ist. Auf diese Weise erhält man eine gute ohmsche Charakteristik des Kontakts. Vorteilhaft ist die Kontakt­ schicht mindestens so dick, daß die weiteren Bearbeitungs­ schritte an der Kontaktschicht vorgenommen werden können. An­ dererseits begrenzen der erforderliche Zeit- und Kostenauf­ wand die Dicke nach oben. Ein durch Sputtern erfolgter Mate­ rialauftrag von 100 nm Dicke dauert hierbei etwa 20 Minuten. Die Kontaktschicht ist außerdem höchstens so dick, daß ein u. U. nachgeschalteter Lift-Off-Prozeßschritt noch ohne beson­ dere Vorkehrungen möglich ist.
Das zu kontaktierende n-leitende Halbleitergebiet kann aus SiC verschiedenen Polytyps bestehen. Es gibt Ausführungsvari­ anten, bei denen für das n-leitende Halbleitergebiet α-SiC z. B. in Form von 6H-, 4H-, oder 15R-SiC oder β-SiC in Form von 3C-SiC verwendet wird. Andere Polytypen sind jedoch eben­ falls möglich.
Ein α-SiC-Einkristall hat zwei einander gegenüberliegende durch die Kristallgeometrie besonders ausgezeichnete Kri­ stallflächen, die üblicherweise mit (0001)- oder Silicium- Fläche und mit (0001)- oder Kohlenstoff-Fläche bezeichnet werden. Es gibt nun sowohl eine Ausführungsform der Halblei­ tervorrichtung, bei der die ohmsche Kontaktschicht auf der (0001)-Fläche eines n-leitenden α-SiC-Hlableitergebiets ange­ ordnet ist, als auch eine andere Ausführungsform, bei der sich die ohmsche Kontaktschicht auf der (0001)-Fläche befin­ det. Die Kontaktschicht aus einer silicid- und einer carbid­ bildenden Materialkomponente, insbesondere eine Kontakt­ schicht aus einer Nickel-Eisen-Legierung, hat die besondere Eigenschaft, daß sie im Gegensatz zu der im Stand der Technik u. a. verwendeten reinen Nickel-Kontaktschicht sowohl auf der (0001)-Fläche als auch auf der (0001)-Fläche zu einem glei­ chermaßen guten Kontaktverhalten führt.
Außerhalb des n-leitenden Halbleitergebiets kann die Halblei­ tervorrichtung auch zumindest bereichsweise aus einem anderen Material als SiC, beispielsweise aus Silicium (Si) oder Gal­ liumarsenid (GaAs), bestehen. Eine vertikale LED oder Laser­ diode kann z. B. auch eine lichtemittierende Galliumnitrid (GaN)-Schichtstruktur auf einem n-leitenden SiC-Substrat um­ fassen. Auf der der lichtemittierenden GaN-Schichtstruktur abgewandten Seite des SiC-Substrats wird ein ohmscher Kontakt benötigt, über den ein elektrischer Strom in die lichtemit­ tierende Schichtstruktur einspeisbar ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Halblei­ tervorrichtung befindet sich auf einer von dem n-leitenden SiC-Halbleitergebiet abgewandten Seite der ohmschen Kontakt­ schicht eine Deckschicht, die insbesondere auch eine Schutz­ funktion hat. Sie bedeckt die Kontaktschicht und schützt die­ se dadurch gegen eine unerwünschte Beeinflussung bei einem ggf. nach der ohmschen Kontaktierung stattfindenden weiteren Prozeßschritt zur Fertigung der Halbleitervorrichtung. So verhindert die Deckschicht z. B. bei einer nachfolgenden Be­ handlung mit Flußsäure einen direkten Kontakt und damit eine chemische Reaktion der Kontaktschicht mit der Flußsäure.
Die Deckschicht enthält deshalb insbesondere ein metallisches Material, das zudem vorzugsweise chemisch inert gegenüber ei­ ner bei einem nachfolgenden Prozeßschritt etwa eingesetzten agressiven Substanz ist. Das verwendete Metall ist außerdem sowohl bei der Prozeßtemperatur des Temperprozesses als auch bei einer Temperatur einer sich anschließenden weiteren Be­ handlung chemisch und physikalisch praktisch stabil. Bei je­ der dieser weiteren Behandlungen liegt die Temperatur immer unterhalb der Prozeßtemperatur des Temperprozesses. Wolf­ ram (W), Tantal (Ta) oder Zirkon (Zr) sind in diesem Zusammen­ hang beispielsweise geeignete Metalle. Die Deckschicht hat vorzugsweise eine Dicke zwischen 50 und 250 nm. Die Deck­ schicht hat in diesem Dickenbereich eine ausreichende Dicht­ heit gegenüber den agressiven Substanzen.
Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens, die sich aus den entsprechenden Unteransprüchen ergeben, weisen im wesent­ lichen die gleichen Vorteile auf wie die obengenannten je­ weils korrespondierenden Ausführungsformen der Halbleitervor­ richtung selbst.
Andere Ausgestaltungen des Verfahrens beziehen sich auf das Aufbringen des Materials auf das n-leitende Halbleitergebiet und auf den Temperprozeß.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Material, das auf das Halbleitergebiet aufgebracht wird, zwei getrennten Quellen entnommen. Die Quellen enthalten dabei jeweils eine der beiden Materialkomponenten. Die Entnahme erfolgt durch gleichzeitiges Verdampfen oder Zerstäuben (Sputtern). Die Kontaktschicht wird durch Abscheiden der beiden Materialkom­ ponenten auf dem n-leitenden Halbleitergebiet gebildet. Das Material der Kontaktschicht entsteht dabei entweder noch in der Gasphase aus den beiden Materialkomponenten, im Laufe des Abscheidevorgangs oder erst danach. Durch entsprechend einge­ stellte Prozeßparameter kann gewährleistet werden, daß ein bestimmtes beabsichtigtes Mischungsverhältnis der beiden Ma­ terialkomponenten eingehalten wird.
Das Sputtern aus zwei getrennten Quellen kann dabei auch so erfolgen, daß abwechselnd in kurzer zeitlicher Abfolge je­ weils nur eine der beiden Materialkomponenten aus der zugehö­ rigen Quelle zerstäubt und als Monoschicht auf dem n-leiten­ den Halbleitergebiet abgeschieden wird. Die resultierenden Monoschichten sind sehr dünn. Sie haben insbesondere nur eine Dicke in der Größenordnung einiger Angström. Im Extremfall kann eine solche Monoschicht auch nur aus einer einzigen Atomschicht, einer sog. Monolage, bestehen. Aufgrund der ge­ ringen Schichtdicke und der kurzen zeitlichen Abfolge bei der Schichtabscheidung wird auch dieser Materialauftrag der bei­ den Materialkomponenten hier noch als gleichzeitig bezeich­ net. Eine Durchmischung der Atome dieser Monolagen (Homogeni­ sierung) findet dann abhängig von den Prozeßbedingungen zu­ mindest teilweise bereits während des Auftragens selbst oder gleich zu Beginn des sich anschließenden Temperprozesses statt. Aufgrund der geringen Schichtdicke dauert dieser Durchmischungsvorgang nur sehr kurze Zeit.
Bei einer alternativen Ausgestaltung ist es dagegen vorgese­ hen, zunächst aus der ersten und zweiten Materialkomponente ein Quellmaterial (Legierungstarget) herzustellen und dieses dann in einem zweiten Verfahrensschritt zu zerstäuben. Die so herausgelösten Partikel des Quellmaterials werden dann wie in der vorher beschriebenen Ausgestaltung als Kontaktschicht auf dem n-leitenden SiC-Halbleitergebiet abgeschieden. Ein Ver­ dampfen des Quellmaterials aus der Legierungsquelle ist eben­ so möglich.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Halblei­ tervorrichtung bei dem Temperprozeß auf eine Prozeßtemperatur von höchstens 900°C, insbesondere auf etwa 850°C, erhitzt. Bevorzugt wird diese Prozeßtemperatur dann für bis zu 2 Stunden, insbesondere für 2 Minuten, etwa konstant gehal­ ten. Bei Bedarf kann der Temperprozeß nämlich auch bei einer niedrigeren Temperatur, wie z. B. bei 800°C, dafür aber über einen längeren Zeitraum, z. B. 30 Minuten lang, durchgeführt werden. Auch eine erheblich längere Temperzeit im Bereich mehrerer Stunden ist möglich. Andererseits kann der Temper­ prozeß aber auch nur aus einer Aufheizphase und einer unmit­ telbar folgenden Abkühlphase bestehen, ohne daß dazwischen eine Verweildauer bei einer Prozeßtemperatur vorgesehen wird. Vorzugsweise wird der Aufheiz- und der Abkühlvorgang mit ei­ ner sog. RTP (Rapid Thermal Processing)-Anlage oder mit einer sog. RIA (Rapid Isothermal Annealing)-Anlage durchgeführt. Der Temperprozeß dient der ohmschen Formierung der Kontakt­ schicht. Es zeigt sich, daß nach diesem Temperprozeß auf dem n-leitendem SiC ein temperaturstabiler Kontakt mit guter ohm­ scher Charakteristik und niedrigem Kontaktwiderstand resul­ tiert.
Günstig ist außerdem eine weitere Ausgestaltung, bei der der Temperprozeß unter Sauerstoffausschluß, insbesondere in einer Inertgasatmosphäre, stattfindet. Ein mögliches Inertgas ist dabei beispielsweise Argon (Ar) oder Helium (He). Aber auch Stickstoff (N) oder Wasserstoff (H) lassen sich zur Erzeugung des Sauerstoffausschlusses vorteilhaft einsetzen. Sauerstoff ist wegen seiner hohen Reaktivität insbesondere mit dem Eisen einer ggf. für die Kontaktschicht verwendeten Nickel-Eisen- Legierung unerwünscht.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden nunmehr an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt und gewisse Merk­ male sind schematisiert dargestellt. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Halbleitervorrichtung mit einem n-leitenden SiC-Halbleitergebiet und einer angrenzenden Kontakt­ schicht und
Fig. 2 eine Halbleitervorrichtung in Form eines lateralen Sperrschicht-Feldeffekttransistors mit ohmscher Drain- und Source-Elektrode.
Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die in Fig. 1 gezeigte Halbleitervorrichtung 10 umfaßt ein n-leitendes Halbleitergebiet 100 aus 6H-SiC, auf dessen (0001)-Fläche eine ohmsche Kontaktschicht 110 angeordnet ist. Der in Fig. 1 gezeigte Ausschnitt der Halbleitervorrichtung 10 kann dabei Teil eines größeren Bauelements beispielsweise in Form einer pn-Diode, einer Schottky-Diode, einer Laser- Diode oder einer LED sein. In jedem Fall ist ein ohmscher Kontakt zu dem n-leitenden SiC-Halbleitergebiet 100 notwen­ dig. Insbesondere können sich an den dargestellten Ausschnitt der Halbleitervorrichtung 10 auch weitere Halbleitergebiete mit anderem Leitungstyp und/oder anderer Dotierstoffkonzen­ tration anschließen.
Das dargestellte n-leitende Halbleitergebiet 100 ist mit ei­ nem hohen Anteil an Donatoren, im vorliegenden Fall mit Stickstoff, dotiert. Die Dotierstoffkonzentration liegt bei etwa 5.1019 cm-3. Dadurch wird die Ausbildung eines guten ohm­ schen Kontakts auf dem Halbleitergebiet 100 begünstigt.
Die Kontaktschicht 110 besteht aus einem Material mit einer ersten und einer zweiten Materialkomponente. Die erste Mate­ rialkomponente ist hier Nickel, die zweite Eisen. Das Materi­ al der ohmschen Kontaktschicht 110 stellt insbesondere eine unter dem Namen Permalloy bekannte Legierung dar. Der Volu­ men-Anteil des Nickels beträgt dabei 82%, der des Eisens 18%.
Zur ohmschen Kontaktierung des n-leitenden Halbleitergebiets 100 ist eine Permalloy-Legierung besonders vorteilhaft, da das Nickel der ohmschen Kontaktschicht 110 mit dem Silicium des Halbleitergebiets 100 ein Nickelsilicid und das Eisen der ohmschen Kontaktschicht 110 mit dem Kohlenstoff des Halblei­ tergebiets 100 ein Eisencarbid bilden kann. Die Silicid- und Carbidbildung finden dabei insbesondere in einem Übergangsbe­ reich 120, der sich in das Halbleitergebiet 100 und die ohm­ sche Kontaktschicht 110 erstreckt, statt.
Wäre dagegen eine Carbidbildung mit der zweiten Materialkom­ ponente nicht möglich, so würde dies bei einer trotzdem auf­ tretenden Nickelsilicidbildung zu einem größeren Anteil gra­ phitisierten Kohlenstoffs in dem Übergangsbereich 120 führen. Der graphitisierte Kohlenstoff bildet z. B. ungeordnete Einla­ gerungen in dem Übergangsbereich 120, die wegen des Graphits eine verhältnismäßig schlechte Leitfähigkeit haben. Viele derartige Graphiteinlagerungen bewirken somit ein insgesamt ungünstigeres ohmsches Kontaktverhalten. Deshalb ist es vor­ teilhaft, wenn wie bei der betrachteten Halbleitervorrichtung 10 auch die zweite Materialkomponente und der Kohlenstoff ein Carbid bilden und die Graphitisierung somit zumindest redu­ ziert wird.
Das Material der ohmschen Kontaktschicht 110 wird zunächst durch Sputtern (Zerstäuben) aus einer nicht dargestellten FeNi-Quelle (Legierungstarget) auf das Halbleitergebiet 100 aufgetragen. Aus der FeNi-Quelle herausgelöste FeNi-Material­ partikel werden dazu auf dem Halbleitergebiet 100 abgeschie­ den. An einer Grenzfläche 140 zum Halbleitergebiet 100 liegen dann sowohl Nickel- als auch Eisen-Atome entsprechend dem ge­ wählten Mischungsverhältnis des Permalloys im Legierungstar­ get vor. Die so aufgebrachte Kontaktschicht 110 hat eine praktisch homogene Materialzusammensetzung über die gesamte Schichtdicke hinweg.
Nach Aufbringen der Permalloy-Schicht auf das Halbleiterge­ biet 100 liegt an der Grenzfläche 140 zum Halbleitergebiet 100 also ein quarternäres Materialsystem vor, bei dem jeder der beiden Materialkomponenten der Permalloy-Schicht ein Ele­ ment des Halbleitergebiets 100 als potentieller neuer Verbin­ dungspartner während eines folgenden Temperprozesses zugeord­ net ist.
Zum Schutz gegen den Einfluß einer Prozeßatmosphäre in einem dem Kontaktierungsprozeß nachgeschalteten Bearbeitungsvorgang ist auf der ohmschen Kontaktschicht 110 eine Deckschicht 130 angeordnet. Die Deckschicht 130 bietet aber ggf. auch schon beim Temperprozeß Schutz gegen ein unerwünschtes Einwirken von Sauerstoff auf die ohmschen Kontaktschicht 110, falls die üblicherweise verwendete Inertgasatmosphäre keinen hundert­ prozentigen Sauerstoffausschluß gewährleisten sollte. Die Deckschicht 130 besteht dabei aus hochschmelzendem und gegen­ über den üblicherweise vorliegenden Prozeßgasen chemisch inertem Wolfram. Die Kontaktschicht 110 und die Deckschicht 130 haben jeweils eine Schichtdicke von etwa 100 nm. Die Kon­ taktschicht 110 und das Halbleitergebiet 100 bilden einen Flächenkontakt mit Abmessungen von bis zu einigen Quadratzen­ timetern. Bei Bedarf kann jedoch auch eine komplette Wafer­ oberfläche ohmsch kontaktiert werden.
Nach dem Aufbringen der ohmschen Kontaktschicht 110 und der Deckschicht 130 wird die Halbleitervorrichtung 10 zur Formie­ rung des ohmschen Kontakts einem ca. 2minütigen Temperprozeß bei etwa 850°C unterzogen. Während dieses Temperprozesses bilden sich in dem Übergangsbereich 120 das Nickelsilicid und das Eisencarbid. Es ergibt sich zwischen dem n-leitenden Halbleitergebiet 100 und der Kontaktschicht 110 ein Kontakt­ widerstand von etwa 1.10-6 Ωcm2. Erfolgt der Temperprozeß bei einer Prozeßtemperatur von etwa 1000°C, so kann damit ein Kontaktwiderstand von 1.10-7 Ωcm2 erreicht werden.
Durch die Silicid- und Carbidbildung entsteht beim Tempern in dem Übergangsbereich 120 eine geringfügig andere Materialzu­ sammensetzung als im übrigen Bereich der Kontaktschicht 110, in dem die ursprünglich vorhandene Homogenität auch nach dem Tempern erhalten bleibt.
In Fig. 2 ist eine Halbleitervorrichtung in Form eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors (JFET) 20 aus α-Silicium­ carbid dargestellt. Der Sperrschicht-Feldeffekttransistor 20 umfaßt einen SiC-Grundkörper 200 und eine darauf aufgebrachte SiC-Epitaxiestruktur 201. Die Epitaxiestruktur 201 ist dabei in der Weise erzeugt, daß auf dem SiC-Grundkörper 200 abwech­ selnd epitaktisch undotierte oder nur schwach dotierte Schichten 202 sowie p- oder n-leitende Schichten 203 bzw. 204 aufgetragen werden. Die p-leitende Schicht 203 und die n-lei­ tende Schicht 204 sind paarweise innerhalb der Epitaxiestruk­ tur 201 eingebettet. Sie werden über eine Ionenimplantation mit Bor und/oder Aluminium für die p-leitenden Schichten 203 und mit Stickstoff für die n-leitenden Schichten 204 herge­ stellt.
In die Epitaxiestruktur 201 werden schmale Gräben für ein Source-Kontaktgebiet 205, ein Drain-Kontaktgebiet 206 und ein Gate-Kontaktgebiet 207 mindestens bis zu dem SiC-Grundkörper 200 geätzt. Diese Gräben werden mit n+-dotiertem Siliciumcar­ bid für das Source-Kontaktgebiet 205 und das Dram-Kontakt­ gebiet 206 gefüllt. Der Graben für das Gate-Kontaktgebiet 207 wird zunächst an seiner Wand mit einer Isolierschicht 208 versehen. Dies kann durch thermische Oxidation geschehen. Da­ nach wird sein Innenraum mit p+-dotiertem Siliciumcarbid auf­ gefüllt. Das Auffüllen der Gräben kann dabei epitaktisch er­ folgen. Das in die Gräben gefüllte n+ und p+-dotierte Silici­ umcarbid wird bis zur obersten undotierten SiC-Schichten 202 der Epitaxiestruktur 201 zurückgeätzt oder abpoliert. Nach Auftragen einer Source-Elektrode 209, einer Drain-Elektrode 210 und einer Gate-Elektrode 211 liegt schließlich der in Fig. 2 gezeigte SiC-Sperrschicht-Feldeffekttransistor vor.
Die Source-Elektrode 209 und die Drain-Elektrode 210 bestehen aus einer durch Sputtern oder Aufdampfen aufgetragenen Schicht aus Permalloy (NiFe). Für die Gate-Elektrode 211 wird in bevorzugter Weise eine Ni-Al-Legierung aufgebracht. Diese Metallisierungen werden bei etwa 980°C zur Formierung eines ohmschen Kontakts getempert.

Claims (20)

1. Halbleitervorrichtung mit ohmscher Kontaktierung umfassend mindestens
  • - ein Halbleitergebiet (100) aus n-leitendem Siliciumcarbid und
  • - eine an das Halbleitergebiet (100) angrenzende weitgehend homogene ohmsche Kontaktschicht (110) aus einem Material mit einer ersten bei einer Prozeßtemperatur von höchstens 1000°C silicidbildenden und einer zweiten bei einer Prozeß­ temperatur von höchstens 1000°C carbidbildenden Material­ komponente, wobei
  • - in einem Übergangsbereich (120), der sich in das Halblei­ tergebiet (100) und in die ohmsche Kontaktschicht (110) er­ streckt, ein aus der ersten Materialkomponente und dem Si­ licium des Siliciumcarbids gebildetes Silicid und ein aus der zweiten Materialkomponente und dem Kohlenstoff des Si­ liciumcarbids gebildetes Carbid enthalten sind.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Materialkomponenten vorgesehen sind, die das Silicid und das Carbid bei einer Prozeßtemperatur unter 900°C bilden.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 ge­ kennzeichnet durch einen Kontaktwiderstand von höchstens 5.10-7 Ωcm2.
4. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Materialkomponente in dem Material mit einem Volumen-Anteil von 2% bis 50%, insbesondere von 10% bis 30%, enthalten ist.
5. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Materialkomponente Nickel oder Kobalt ist.
6. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Materialkomponente Eisen, Wolfram, Vanadium oder Tantal ist.
7. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitergebiet (100) aus n-leitendem α-Silicium­ carbid besteht und die ohmsche Kontaktschicht (110) auf einer Silicium- oder einer Kohlenstoff-Fläche des α-Siliciumcarbids angeordnet ist.
8. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleitergebiet (100) eine Dotierstoffkonzentration zwischen 1017 cm-3 und 1020 cm-3 aufweist.
9. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ohmsche Kontaktschicht (110) eine Dicke zwischen 15 und 200 nm aufweist.
10. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer von dem Halbleitergebiet (100) abgewandten Sei­ te der ohmschen Kontaktschicht (110) eine Deckschicht (130) angeordnet ist.
11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht (130) ein Metall, insbesondere Wolfram, Tantal oder Zirkon, enthält.
12. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Deck­ schicht (130) eine Dicke zwischen 50 und 250 nm aufweist.
13. Verfahren zur ohmschen Kontaktierung einer Halbleitervor­ richtung, bei dem zumindest
  • - eine weitgehend homogene ohmsche Kontaktschicht (110) aus einem Material mit einer ersten silicidbildenden und einer zweiten carbidbildenden Materialkomponente auf ein Halblei­ tergebiet (100) aus n-leitendem Siliciumcarbid aufgebracht wird, wobei
  • - die beiden Materialkomponenten gleichzeitig aufgebracht werden, und
  • - der Aufbau aus Halbleitergebiet (100) und ohmscher Kontakt­ schicht (110) einem Temperprozeß mit einer Erhitzung auf eine Prozeßtemperatur von höchstens 1000°C unterzogen wird, wobei
  • - in einem Übergangsbereich (120), der sich in das Halblei­ tergebiet (100) und in die ohmsche Kontaktschicht (110) er­ streckt, aus der ersten Materialkomponente und dem Silicium des Siliciumcarbids ein Silicid und aus der zweiten Materi­ alkomponente und dem Kohlenstoff des Siliciumcarbids ein Carbid gebildet werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Auftrag des Materials oder der beiden Materialkomponenten durch Verdampfen oder Sputtern erfolgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbau aus Halblei­ tergebiet (100) und ohmscher Kontaktschicht (110) bei dem Temperprozeß auf höchstens 900°C, vorzugsweise auf etwa 850°C, erhitzt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Prozeßtemperatur für eine Dauer von höchstens 2 Stunden, vorzugsweise von höchstens 2 Minuten, konstant gehalten wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16 da­ durch gekennzeichnet, daß der Temper­ prozeß unter Sauerstoffausschluß durchgeführt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, da­ durch gekennzeichnet, daß das Material mit einem Volumen-Anteil der zweiten Materialkomponente von 2% bis 50%, insbesondere von 10% bis 30%, aufgebracht wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, da­ durch gekennzeichnet, daß das Material mit Nickel oder Kobalt als erster Materialkomponente aufge­ bracht wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 19, da­ durch gekennzeichnet, daß das Material mit Eisen, Wolfram, Vanadium oder Tantal als zweiter Materi­ alkomponente aufgebracht wird.
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