WO2014016025A1 - Verfahren zum kontaktieren eines halbleitermaterials mit einer kontaktlage - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for contacting a
  • Silicon carbide has.
  • the present invention further relates to a method of manufacturing a semiconductor device and a semiconductor device.
  • Contacts such as ohmic contacts, are used in a variety of applications and are therefore widely used.
  • ohmic contacts for example, include semiconductor elements such as field effect transistors.
  • An ohmic contact can be formed, for example, from n-doped silicon carbide, on which a contact, such as nickel, is applied.
  • a contact such as nickel
  • the use of nickel to n-doped silicon carbide may be advantageous because of the low specific contact resistance.
  • the precipitated carbon may have a reduced adhesion of further metal layers on the contact layer or the contact layer such as the nickel layer on the
  • the present invention is a method for contacting a semiconductor material with a contact layer, wherein the semiconductor material
  • Silicon carbide comprising the method steps:
  • Contact position comprises nickel oxide (NiO) and optionally nickel (Ni); and
  • the application of a layer or layer to the semiconductor is understood to form a direct physical contact.
  • the corresponding applied layer or layer can be referred to in particular as a contact layer.
  • a treatment with elevated temperature can also be understood as meaning, in particular, a treatment which proceeds at a temperature which is elevated with respect to the room temperature.
  • such a temperature may be several hundred degrees Celsius.
  • treating at least the interface between the contact layer and the elevated temperature semiconductor material in the sense of the present invention may mean, in particular, that at least the direct transition from the
  • Semiconductor material ie the silicon carbide, to the applied layer, which may comprise only nickel oxide or a mixture of nickel oxide and nickel, is treated with elevated temperature, or an elevated temperature is at least directed to this area, wherein a blasting into the corresponding layers thereof may be included.
  • the temperature acts at least partially in both adjacent layers. In this case, for example, only the interface as such with increased
  • Temperature to be treated or an elevated temperature only act on this interface and possibly the adjacent environment, or an extended range of the contact layer or the semiconductor, the range may be dependent on the requirements to the product to be produced, such as contact resistance or adhesion properties.
  • the entire arrangement of semiconductor and contact layer applied thereto may be subjected to a temperature treatment.
  • the method according to the invention can serve to produce an ohmic contact, in which a particularly good adhesion of the metal to the semiconductor can be possible.
  • the reliability of such contacts, or their long-term stability can be significantly improved.
  • the contact resistance between the metal and the semiconductor can not increase or increase only to a limited extent, so that the mode of operation of the ohmic contact thus produced is not limited or not too severely restricted.
  • the functionality of an ohmic contact or a component equipped with such an ohmic contact thus produced can thus remain substantially unchanged.
  • An ohmic contact may be understood to mean, in particular, an interface or a transition between a metal and a semiconductor, this transition in particular having a low electrical resistance.
  • Such an ohmic contact may behave like an ohmic resistor. For example, it may be used to contact semiconductor-based electronic devices to electrically connect them to other devices, for example.
  • the ohmic contact may for example be made of silicon carbide and nickel and nickel oxide.
  • a contact can also be produced, which can have a very high reliability due to a particularly good adhesion and, if appropriate, can also have a particularly low contact resistance.
  • a method designed as described above can thus be used in a particularly advantageous manner to realize a contacting of at least one subarea of a semiconductor material with a contact layer.
  • Such a method comprises, in a method step a), the application of a contact layer to the semiconductor material, wherein the contact layer comprises nickel oxide (NiO) and optionally nickel (Ni). It can thus both in the
  • Nickel oxide are applied to the semiconductor material.
  • the contact layer or the mixture of nickel and nickel oxide can have essentially any suitable mixing ratio.
  • the nickel oxide or the mixture comprising nickel and nickel oxide may have further constituents, such as silicon.
  • other metals may be provided, such as titanium (Ti), aluminum (AI) and / or cobalt (Co).
  • the nickel oxide or the mixture of nickel and nickel oxide can be applied in various ways to the semiconductor material, or to a spatially limited portion of the semiconductor material, as explained in detail below.
  • the semiconductor material ie the semiconductor material
  • Silicon carbide in direct contact with the contact layer, ie with nickel oxide or a mixture of nickel and nickel oxide.
  • a further method step b) at least the interface between the contact layer, that is to say the nickel oxide and optionally the nickel, and the semiconductor material with elevated temperature is treated.
  • the nickel oxide or portions of the nickel oxide of the metal layer may be caused to react with silicon carbide to form nickel silicide.
  • the oxygen present in the nickel oxide is released and the carbon present in the silicon carbide of the semiconductor can precipitate out as elemental carbon.
  • the liberated oxygen can then react directly with the precipitated carbon and released as carbon oxide, such as carbon monoxide or carbon dioxide, as gaseous substance from the solid or diffuse out.
  • Producing the contact, such as the ohmic contact, forming carbon are removed from the solid in a suitable manner, so that in particular at the interface between the semiconductor material and contact layer, that is approximately at the Ohmic contact as such, no carbon occurs or the
  • Carbon content is at least significantly reduced.
  • Position on the semiconductor can be significantly improved.
  • the carbon can be removed only at the lower boundary surface of the applied layer comprising nickel oxide and, if appropriate, nickel, ie at the transition surface to the semiconductor, or in other regions of the contact layer, so that also a further application another metal or another
  • Metal layer can be improved to the contact position. This can be realized, for example, by the proportion and the penetration of the introduced nickel oxide in the applied contact layer. This may be advantageous since, depending on the reaction conditions, carbon can form not only at the immediate interface, but also carbon also in the interior of the contact layer or on the semiconductor
  • the carbon may be present associated with the silicon carbide.
  • the amount of nickel oxide used can be adapted in an advantageous manner as closely as possible to the requirements of each application.
  • the amount of nickel oxide used or applied to the requirements of about the minimum adhesion or the maximum electrical resistance may be formed.
  • the introduction of nickel oxide may be limited to an amount that in the produced ohmic contact in the metal layer, so in particular the nickel layer, there is sufficient adhesion, the resistance
  • only so far can be increased that the operation continues to be easily possible.
  • only so much nickel oxide can be introduced or present before the temperature treatment that this after a temperature treatment and thus a reaction of in the
  • Substantially completely transformed, and the manufactured ohmic contact thus essentially comprises only silicon carbide and metallic nickel. In this case, there is no increase in the contact resistance, but the adhesion can be further improved by reducing the carbon content.
  • the application of a contact layer to the semiconductor material can be carried out by sputtering of nickel oxide and optionally nickel.
  • application of, for example, a mixture of nickel and nickel oxide can thus be applied to the semiconductor material or to at least one defined subregion of the substrate in only one method step
  • Nickel oxide and optionally nickel or, for example, the penetration of the metal layer with nickel oxide be controlled in a particularly defined manner, so that the product available can be particularly defined. Furthermore, there is an interface between the semiconductor and the contact layer, in particular when applied by cathode sputtering, which may have a particularly low contact resistance. Thereby, the contact, such as the ohmic contact, in this embodiment have a particular low contact resistance, which makes him for a variety of
  • Sputtering is in a conventional manner, a physical process in which atoms from a solid body, in particular nickel or nickel oxide in this case include or may consist thereof, in particular by the action of high-energy ions, such as
  • noble gas ions be dissolved out, go into the gas phase, and can deposit on the semiconductor material.
  • Process parameters for cathode sputtering for applying a mixture of nickel oxide and, if appropriate, nickel to a silicon carbide surface include by way of example not restrictive to us
  • a mixture of nickel and nickel oxide can be applied to the semiconductor material in method step a) by the method steps:
  • a layer of, in particular, substantially pure nickel is applied to the
  • the nickel layer applied in method step a1) can be at least partially oxidized, or at least part of the applied nickel can be oxidized.
  • Process step a1) applied nickel a defined amount of nickel oxide are produced.
  • an amount of nickel can be oxidized to nickel oxide, as can be reacted, for example, in a subsequent temperature step or in a subsequent temperature treatment by a reaction of the oxygen with the released carbon as described above.
  • a per se known manufacturing process for an ohmic contact can be used, which is modified such that the nickel can be oxidized in an intermediate reaction.
  • devices used essentially in known processes can be used, which can make the method particularly simple.
  • oxidation of the nickel is not prevented, as is common in the art, but just provides the improved properties of the manufactured ohmic contact, for example.
  • the application of a layer comprising nickel to the semiconductor material can be carried out by sputtering or by a cathode sputtering
  • nickel By sputtering nickel can be applied in a particularly defined manner and thereby easy and inexpensive.
  • the semiconductor and the metal ie between the silicon carbide and the nickel, in particular when the nickel is applied by cathode sputtering, there is an interface which is approximately after one
  • Temperature control has a particularly low contact resistance.
  • the ohmic contact in this embodiment a small
  • contact resistance which makes it particularly suitable for a variety of applications.
  • Further possible positive examples of application of pure nickel include, for example, vapor deposition such as electron beam evaporation or laser beam evaporation.
  • vapor deposition it is likewise possible to apply a very defined layer of the nickel so that contact with defined properties and in particular a low contact resistance can be produced.
  • the process step a2) can be carried out by a plasma treatment, a wet-chemical oxidation or by storage under oxidizing conditions of the in
  • the process step a1) is thus at least partially oxidized, for example by the action of an oxidizing plasma, in particular an oxygen plasma.
  • an oxidizing plasma in particular an oxygen plasma.
  • the adhesion of individual layers to each other can be further improved.
  • oxidation of the nickel can take place in a particularly defined manner.
  • such layers can be produced, which have a particularly defined proportion or a particularly defined penetration of nickel oxide.
  • a plasma-based oxidation is simple and inexpensive to carry out, so that the entire process in this embodiment can be particularly inexpensive and easy to carry out. suitable
  • Reaction parameters for particularly defined oxidation of the nickel disposed on the semiconductor substrate comprising about a 800W plasma in
  • Oxygen at 600sccm standard cubic centimeters per minute oxygen.
  • the plasma used here is in particular an oxygen plasma.
  • Alternatives of a useful plasma include, for example, a mixture of oxygen with other gases such as argon (Ar) or nitrogen (N 2 ).
  • nickel can be oxidized in process step a2) in a proportion of greater than 0 .-% (atomic percent) to less than or equal to 100at .-%. In this embodiment, the amount of introduced
  • Nickel oxide can be kept very small, allowing oxidation under mild conditions Conditions and for short periods of time may be possible, whereby the method in this embodiment can be carried out particularly inexpensively.
  • nickel oxide can be applied to the semiconductor material in method step a) with a thickness in a range of less than or equal to 1 ⁇ m, for example with a thickness in the range of 30 nm.
  • the nickel oxide is thus always in the immediate vicinity of the semiconductor material, whereby the formation of the nickel oxide can essentially only effect the contact between the semiconductor material and the metal, ie the silicon carbide and the nickel by dissolving out the carbon as described above. A penetration of the nickel with nickel oxide over its entire thickness is not necessary and does not take place, which is the conductivity of the produced contact or the
  • Nickel layer can improve. Thereby, the introduced nickel oxide can be minimized, and furthermore, the adhesion of the nickel on the silicon carbide can be improved without restrictions, and in particular, as best as possible.
  • This embodiment can be realized, for example, by a
  • Sputtering only takes place until the above thickness is reached. This is followed by the sole deposition of nickel. Alternatively, a plasma may be employed such that it acts only on a thickness of the nickel as described above.
  • the thickness of the nickel oxide may refer, for example, to the thickness of a pure nickel oxide layer, to the thickness of a mixture of nickel and nickel oxide, or to the thickness of the presence of nickel oxide in a mixture of nickel and nickel oxide.
  • At least the interface between the contact layer and the semiconductor material can be heated to a temperature in a range of greater than or equal to 600 ° C to less than or equal to 1500 ° C, in particular in a range of greater than or equal to 850 ° C to less than or equal to 1050 ° C.
  • a temperature can be selected, makes no great demands on the heating element, and further does not harm the materials used.
  • a temperature treatment can be carried out for a period of greater than or equal to 0.5 minutes to less than or equal to 5 minutes, for example for 2 minutes.
  • the subject matter of the present invention is furthermore a method for producing a semiconductor component, comprising one as described above
  • Such a method for producing a semiconductor component can thus serve, in particular, to produce a semiconductor component which comprises a particularly long-term stable ohmic contact, for example, ie an interface between metal and semiconductor component.
  • semiconductor devices include, for example, power semiconductors such as MOS transistors or Trechn-MOS transistors.
  • Such a method for producing a semiconductor component offers the advantage that the metallic contact can adhere particularly well to the semiconductor material, as a result of which the semiconductor component can be particularly long-term stable, even under harsh conditions, and thus can work particularly reliably.
  • the subject matter of the present invention is furthermore a semiconductor component produced by a method for producing a semiconductor component configured as described above.
  • Such a semiconductor device has the advantage that it works due to improved adhesion of a metal contact, in particular a nickel contact, on the semiconductor particularly reliable and long-term stability.
  • An improved adhesion may result, in particular, from the fact that at the ohmic contact of the semiconductor device, for example, ie in particular at the interface between the contact layer and others
  • a significantly reduced carbon content may be present.
  • Contact position results in a coverage of the contact or the contact position by carbon significantly below 100%, typically 1%.
  • semiconductor devices include, for example, power semiconductors such as MOS transistors or trench MOS transistors.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitermaterials mit einer Kontaktlage, wobei das Halbleitermaterial Siliciumcarbid (SiC) aufweist, umfassend die Verfahrensschritte: a) Aufbringen einer Kontaktlage auf das Halbleitermaterial, wobei die Kontaktlage Nickeloxid und gegebenenfalls Nickel umfasst; und b) Behandeln zumindest der Grenzfläche zwischen der Kontaktlage und dem Halbleitermaterial mit erhöhter Temperatur. Durch ein derartiges Verfahren kann beispielsweise ein Ohmscher Kontakt hergestellt werden, der aufgrund einer verbesserten Haftung des Nickels an dem Siliziumcarbid eine verbesserte Langzeitstabilität aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils sowie ein Halbleiterbauteil.

Description

Beschreibung Titel
Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitermaterials mit einer Kontaktlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kontaktieren eines
Halbleitermaterials mit einer Kontaktlage, wobei das Halbleitermaterial
Siliciumcarbid aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils und ein Halbleiterbauteil.
Stand der Technik
Kontaktierungen, wie beispielsweise Ohmsche Kontakte, werden in einer Vielzahl von Anwendungen verwendet und sind daher weit verbreitet.
Anwendungsgebiete von Ohmschen Kontakten, beispielsweise, umfassen etwa Halbleiterelemente, wie Feldeffekttransistoren. Ein Ohmscher Kontakt kann beispielsweise ausgebildet sein aus n-dotiertem Siliziumcarbid, auf dem ein Kontakt, etwa umfassend Nickel, aufgebracht ist. Insbesondere die Verwendung von Nickel zu n-dotiertem Siliziumcarbid kann dabei aufgrund des niedrigen spezifischen Kontaktwiderstands von Vorteil sein.
Dabei ist bei derartigen Kontakten beziehungsweise Kontaktierungen die Gefahr bekannt, dass Nickel mit dem Silizium aus dem Halbleitermaterial
beziehungsweise aus dem Siliziumcarbid zu Nickel-Silizid reagiert, wobei elementarer Kohlenstoff ausfallen kann. Der ausgefallene Kohlenstoff kann dabei eine reduzierte Haftung von weiteren Metallschichten auf der Kontaktlage beziehungsweise der Kontaktlage wie etwa der Nickellage auf dem
Halbleitermaterial bewirken. Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitermaterials mit einer Kontaktlage, wobei das Halbleitermaterial
Siliciumcarbid (SiC) aufweist, umfassend die Verfahrensschritte:
a) Aufbringen einer Kontaktlage auf das Halbleitermaterial, wobei die
Kontaktlage Nickeloxid (NiO) und gegebenenfalls Nickel (Ni) umfasst; und
b) Behandeln zumindest der Grenzfläche zwischen der Kontaktlage und dem Halbleitermaterial mit erhöhter Temperatur.
Unter einem Kontaktieren kann im Sinne der vorliegenden Erfindung
insbesondere verstanden werden das Aufbringen einer Schicht beziehungsweise Lage auf den Halbleiter unter Ausbildung eines direkten körperlichen Kontakts. Die entsprechende aufgebrachte Schicht beziehungsweise Lage kann dabei insbesondere als Kontaktlage bezeichnet werden.
Unter einem Behandeln mit erhöhter Temperatur kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ferner insbesondere ein Behandeln verstanden werden, welches bei einer bezüglich der Raumtemperatur erhöhten Temperatur abläuft.
Beispielsweise kann eine derartige Temperatur mehrere 100°C betragen.
Ferner kann ein Behandeln zumindest der Grenzfläche zwischen der Kontaktlage und dem Halbleitermaterial mit erhöhter Temperatur im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere meinen, dass zumindest der direkte Übergang von dem
Halbleitermaterial, also den Siliziumcarbid, zu der aufgebrachten Lage, welche im wesentlichen nur Nickeloxid oder eine Mischung aus Nickeloxid und Nickel aufweisen kann, mit erhöhter Temperatur behandelt wird, beziehungsweise eine erhöhte Temperatur zumindest auf diesen Bereich gerichtet wird, wobei ein Abstrahlen in die entsprechenden Schichten hiervon umfasst sein kann. Somit wirkt die Temperatur zumindest teilweise in beide benachbarten Schichten. Dabei kann beispielsweise nur die Grenzfläche als solche mit erhöhter
Temperatur behandelt werden beziehungsweise eine erhöhte Temperatur lediglich auf diese Grenzfläche und gegebenenfalls die benachbarte Umgebung einwirken, oder aber ein ausgedehnter Bereich der Kontaktlage beziehungsweise des Halbleiters, wobei der Bereich abhängig sein kann von den Anforderungen an das herzustellende Produkt, wie etwa Kontaktwiderstand beziehungsweise Haftungseigenschaften. Beispielsweise kann die gesamte Anordnung aus Halbleiter und darauf aufgebrachter Kontaktlage einer Temperaturbehandlung unterworfen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann für den Fall des Aufbringens einer Mischung aus Nickel und Nickeloxid in der Kontaktlage beispielsweise dazu dienen, einen Ohmschen Kontakt herzustellen, bei dem eine besonders gute Haftung des Metalls auf dem Halbleiter möglich sein kann. Dadurch kann die Zuverlässigkeit derartiger Kontakte, beziehungsweise ihre Langzeitstabilität deutlich verbessert werden. Dabei kann ferner der Kontaktwiderstand zwischen den Metall und dem Halbleiter nicht oder in nur begrenztem Maße ansteigen, so dass die Funktionsweise des derart hergestellten Ohmschen Kontakts nicht oder in nicht zu starker Weise eingeschränkt wird. Die Funktionsfähigkeit eines Ohmschen Kontakts beziehungsweise eines mit einem derartig hergestellten Ohmschen Kontakt ausgestatteten Bauteils kann somit im Wesentlichen unverändert bleiben.
Unter einem Ohmschen Kontakt kann dabei insbesondere verstanden werden eine Grenzfläche beziehungsweise ein Übergang zwischen einem Metall und einem Halbleiter, wobei dieser Übergang insbesondere einen niedrigen elektrischen Widerstand aufweist. Ein derartiger Ohmscher Kontakt kann sich wie ein Ohmscher Widerstand verhalten. Er kann beispielsweise dazu dienen, elektronische Bauelemente auf Halbleiterbasis zu kontaktieren, um diese beispielsweise elektrisch mit anderen Bauteilen zu verbinden. In dem
vorliegenden Fall kann der Ohmsche Kontakt beispielsweise ausgestaltet sein aus Siliziumcarbid sowie Nickel und Nickeloxid.
Für den Fall der Verwendung von reinem Nickeloxid in der Kontaktlage kann ferner ebenfalls ein Kontakt hergestellt werden, der aufgrund einer besonders guten Haftung eine sehr hohe Zuverlässigkeit aufweisen kann und ferner gegebenenfalls einen besonders geringen Kontaktwiderstand aufweisen kann.
Ein wie vorstehend beschrieben ausgestaltetes Verfahren kann somit in besonders vorteilhafter Weise dazu dienen, eine Kontaktierung zumindest eines Teilbereichs eines Halbleitermaterials mit einer Kontaktlage zu realisieren. Ein derartiges Verfahren umfasst in einem Verfahrensschritt a) das Aufbringen einer Kontaktlage auf das Halbleitermaterial, wobei die Kontaktlage Nickeloxid (NiO) und gegebenenfalls Nickel (Ni) umfasst. Es kann somit sowohl im
Wesentlichen reines Nickeloxid als auch eine Mischung aus Nickel und
Nickeloxid auf das Halbleitermaterial aufgebracht werden. Dabei kann die Kontaktlage beziehungsweise die Mischung aus Nickel und Nickeloxid im Wesentlichen jedes geeignete Mischungsverhältnis aufweisen. Weiterhin kann das Nickeloxid oder die Mischung umfassend Nickel und Nickeloxid weitere Bestandteile aufweisen, wie etwa Silicium. Insbesondere können weitere Metalle vorgesehen sein, wie beispielsweise Titan (Ti), Aluminium (AI) und/oder Cobalt (Co). Ferner kann das Nickeloxid oder die Mischung aus Nickel und Nickeloxid auf verschiedenste Weise auf das Halbleitermaterial, beziehungsweise auf einen räumlich begrenzten Teilbereich des Halbleitermaterials aufgebracht werden, wie dies nachstehend im Detail erläutert ist.
Somit ist nach dem Verfahrensschritt a) das Halbleitermaterial, also das
Siliziumcarbid, in direktem Kontakt mit der Kontaktlage, also mit Nickeloxid oder einer Mischung aus Nickel und Nickeloxid.
In einem weiteren Verfahrensschritt b) erfolgt ein Behandeln zumindest der Grenzfläche zwischen der Kontaktlage, also dem Nickeloxid und gegebenenfalls dem Nickel, und dem Halbleitermaterial mit erhöhter Temperatur. Bei einem Behandeln mit erhöhter Temperatur kann bewirkt werden, dass das Nickeloxid oder Teile des Nickeloxids der Metallschicht mit Siliziumcarbid zu Nickelsilizid reagiert. Dabei wird ferner der in dem Nickeloxid vorhandene Sauerstoff frei und der in dem Siliziumcarbid des Halbleiters vorhandene Kohlenstoff kann als elementarer Kohlenstoff ausfallen. Der freiwerdende Sauerstoff kann dann unmittelbar mit dem ausgefallenen Kohlenstoff reagieren und als Kohlenstoff- Oxid, wie etwa Kohlenmonoxid oder Kohlendioxid, als gasförmige Substanz aus dem Feststoff freigesetzt werden beziehungsweise ausdiffundieren.
Folglich kann durch das vorbeschriebene Verfahren der sich bei einem
Herstellen des Kontakts, wie etwa des Ohmschen Kontakts, bildende Kohlenstoff aus dem Feststoff in geeigneter Weise entfernt werden, so dass insbesondere an der Grenzfläche zwischen Halbleitermaterial und Kontaktlage, also etwa an dem Ohmschen Kontakt als solches, kein Kohlenstoff auftritt oder der
Kohlenstoffgehalt zumindest deutlich reduziert wird. Durch zumindest das Reduzieren des Kohlenstoffgehalts, oder durch das vollständige Entfernen des Kohlenstoffgehalts, von der Grenzfläche beziehungsweise des Übergangs von Halbleitermaterial zu der aufgebrachten Kontaktlage kann somit die Haftung der
Lage auf dem Halbleiter deutlich verbessert werden.
Dabei kann der Kohlenstoff, in Abhängigkeit des durchgeführten Verfahrens, nur an der unteren Grenzfläche der aufgebrachten Lage umfassend Nickeloxid und gegebenenfalls Nickel, also an der Übergangsfläche zu den Halbleiter, entfernt werden, oder aber in weiteren Bereichen der Kontaktlage, so dass auch ein weiterer Auftrag eines weiteren Metalls beziehungsweise einer weiteren
Metallschicht auf die Kontaktlage verbessert werden kann. Dies kann etwa realisierbar sein insbesondere durch den Anteil und die Durchdringung des eingebrachten Nickeloxids in der aufgebrachten Kontaktlage. Dies kann etwa vorteilhaft sein, da sich je nach Reaktionsbedingungen Kohlenstoff nicht nur an der unmittelbaren Grenzfläche bilden kann, sondern ferner Kohlenstoff auch im Inneren der Kontaktlage beziehungsweise auf der dem Halbleiter
entgegengesetzt angeordneten Oberfläche der Kontaktlage auftreten kann. Beispielsweise kann der Kohlenstoff mit dem Siliziumcarbid vergesellschaftet vorliegen. Somit kann insbesondere bei einem Mehrschichtaufbau eine
Durchdringung des Nickels mit Nickeloxid vor der Temperaturbehandlung von Vorteil sein, um auch einen Mehrschichtaufbau besonders stabil und verlässlich herstellen zu können.
Da durch die Verwendung von Nickeloxid bei der Ausbildung eines Ohmschen Kontakts, beispielsweise, ein erhöhter Widerstand beziehungsweise
Kontaktwiderstand des Übergangs von Halbleiter zu dem Metall möglich sein kann, kann die Menge des verwendeten Nickeloxids in vorteilhafter Weise möglichst genau an die Anforderungen der jeweiligen Anwendung angepasst werden. Beispielsweise kann die Menge an verwendetem beziehungsweise aufgebrachtem Nickeloxid an die Anforderungen etwa der minimalen Haftung beziehungsweise des maximalen elektrischen Widerstands ausgebildet sein. In anderen Worten kann das Einbringen von Nickeloxid auf eine Menge begrenzt sein, dass bei dem hergestellten Ohmschen Kontakts in der Metalllage, also insbesondere der Nickellage, eine ausreichende Haftung vorliegt, der Widerstand jedoch nur soweit erhöht sein kann, dass die Funktionsweise weiterhin problemlos möglich ist. Beispielsweise kann nur so viel Nickeloxid eingebracht werden beziehungsweise vor der Temperaturbehandlung vorliegen, dass dieses nach einer Temperaturbehandlung und damit einer Reaktion des in dem
Nickeloxid vorhandenen Sauerstoffs mit dem freiwerdenden Kohlenstoff im
Wesentlichen vollständig umgewandelt ist, und der hergestellte Ohmsche Kontakt somit im Wesentlichen lediglich Siliziumcarbid und metallisches Nickel aufweist. In diesem Fall liegt keine Erhöhung des Kontaktwiderstands vor, wobei die Haftung durch Reduzieren des Kohlenstoffgehalts jedoch ferner deutlich verbessert sein kann.
Entgegen aus dem Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren für Ohmsche Kontakte, beispielsweise, bei denen ein Oxidieren des Nickels gerade verhindert werden soll, dient ein gezieltes und definiertes Vorsehen von
Nickeloxid bei dem vorbeschriebenen Verfahren gerade dazu, die Haftung der
Metallschicht auf den Halbleiter zu verbessern und so die verbesserten
Eigenschaften, insbesondere eine verbesserte Langzeitstabilität, zu ermöglichen.
Dies kann beispielsweise dadurch gezeigt werden, dass die Haftung einer Aluminiummetallisierung auf dem fertigen Kontakt um mehr als den Faktor 1 ,5 steigt. Dies wurde durch Versuche mit Aluminium-Bonds ermittelt, welche auf Siliciumoxidbereichen und auf Nickel-Kontaktbereichen aufgebracht waren. Auf beiden war die Haftung entsprechend. Im Rahmen einer Ausgestaltung kann in Verfahrensschritt a) das Aufbringen einer Kontaktlage auf das Halbleitermaterial durchgeführt werden durch eine Kathodenzerstäubung von Nickeloxid und gegebenenfalls Nickel. In dieser Ausgestaltung kann ein Aufbringen beispielsweise einer Mischung aus Nickel und Nickeloxid somit in nur einem Verfahrensschritt auf das Halbleitermaterial beziehungsweise auf zumindest einen definierten Teilbereich des
Halbleitermaterials aufgebracht werden, was das Verfahren in dieser
Ausgestaltung somit besonders einfach und kostengünstig gestalten kann.
Darüber hinaus kann insbesondere dieser Ausgestaltung die Menge an
Nickeloxid und gegebenenfalls Nickel beziehungsweise beispielsweise die Durchdringung der Metallschicht mit Nickeloxid besonders definiert steuerbar sein, so dass auch das erhältliche Produkt besonders definiert sein kann. Weiterhin liegt zwischen dem Halbleiter und der Kontaktlage insbesondere bei einem Aufbringen durch eine Kathodenzerstäubung eine Grenzfläche vor, welche einen besonders niedrigen Kontaktwiderstand aufweisen kann. Dadurch kann der Kontakt, wie beispielsweise der Ohmsche Kontakt, in dieser Ausgestaltung einen besondere geringen Kontaktwiderstand aufweisen, was ihn für eine Vielzahl von
Anwendungen besonders gut verwendbar machen lässt.
Dabei kann insbesondere für ein gemeinsames Aufbringen von Nickel und Nickeloxid, zum Erhalten einer Mischung aus Nickel und Nickeloxid, auf das Halbleitermaterial beziehungsweise das Siliziumcarbid eine auch als
Sputterprozess bezeichnete Kathodenzerstäubung von Vorteil sein. Eine
Kathodenzerstäubung ist dabei in an sich bekannter Weise ein physikalischer Vorgang, bei dem Atome aus einem Festkörper, der in diesem Fall insbesondere Nickel beziehungsweise Nickeloxid umfassen beziehungsweise daraus bestehen kann, insbesondere durch Einwirkung von energiereichen Ionen, wie
beispielsweise Edelgasionen, herausgelöst werden, in die Gasphase übergehen, und sich auf dem Halbleitermaterial abscheiden können. Geeignete
Verfahrensparameter für eine Kathodenzerstäubung zum Aufbringen einer Mischung von Nickeloxid und gegebenenfalls Nickel auf eine Siliziumcarbid- Oberfläche umfassen dabei exemplarisch uns nicht beschränkend eine
Eingangsleistung von 1000W in Gleichspannung bei Sputterdrücken von 2 10"2 mbar
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann in Verfahrensschritt a) eine Mischung aus Nickel und Nickeloxid auf das Halbleitermaterial aufgebracht werden durch die Verfahrensschritte:
a1 ) Aufbringen einer Schicht umfassend Nickel auf das Halbleitermaterial; und
a2) Zumindest teilweises Oxidieren des in Verfahrensschritt a1 )
aufgebrachten Nickels.
In dieser Ausgestaltung wird somit in einem ersten Verfahrensschritt 1 ) eine Schicht aus insbesondere im Wesentlichen reinem Nickel auf das
Halbleitermaterial beziehungsweise auf einen definierten Teilbereich des
Halbleitermaterials aufgebracht. Dieser Reaktionsschritt beziehungsweise das
Aufbringen nur von insbesondere reinem Nickel auf das Halbleitermaterial beziehungsweise auf das Siliziumcarbid ist beispielsweise aus der Herstellung konventioneller Ohmscher Kontakte an sich bekannt.
In einem weiteren Verfahrensschritt a2) kann in dieser Ausgestaltung folgend die in Verfahrensschritt a1 ) aufgebrachten Nickelschicht zumindest teilweise oxidiert werden, beziehungsweise kann zumindest ein Teil des aufgebrachten Nickels oxidiert werden. Dadurch kann durch definiertes Oxidieren des in
Verfahrensschritt a1 ) aufgebrachten Nickels eine definierte Menge an Nickeloxid erzeugt werden. Im Detail kann eine derartige Menge an Nickel zu Nickeloxid oxidiert werden, wie beispielsweise in einem nachfolgenden Temperaturschritt beziehungsweise in einer nachfolgenden Temperaturbehandlung durch eine Reaktion des Sauerstoffs mit dem freiwerdenden Kohlenstoff wie oben beschrieben abreagieren kann. In dieser Ausgestaltung kann somit ein an sich bekannter Herstellungsprozess für einen Ohmschen Kontakt verwendet werden, der derart abgewandelt wird, dass das Nickel in einer Zwischenreaktion oxidiert werden kann. Dadurch können im Wesentlichen in bekannten Prozessen verwendete Vorrichtungen verwendet werden, was das Verfahren besonders einfach gestalten kann. Somit wird in dieser Ausgestaltung ein Oxidieren des Nickels nicht, wie im Stand der Technik üblich, verhindert, sondern sorgt gerade für die verbesserten Eigenschaften des hergestellten Ohmschen Kontakts, beispielsweise.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann in Verfahrensschritt a1 ) das Aufbringen einer Schicht umfassend Nickel auf das Halbleitermaterial durchgeführt werden durch eine Kathodenzerstäubung oder durch ein
Aufdampfen. Durch eine Kathodenzerstäubung kann Nickel in besonders definierter Weise und dabei einfach und kostengünstig aufbringbar sein. Darüber hinaus liegt zwischen dem Halbleiter und dem Metall, also zwischen dem Siliziumcarbid und den Nickel, insbesondere bei einem Aufbringen des Nickels durch eine Kathodenzerstäubung, eine Grenzfläche vor, welche etwa nach einer
Temperierung einen besonders niedrigen Kontaktwiderstand aufweist. Dadurch kann der Ohmsche Kontakt in dieser Ausgestaltung einen geringen
Kontaktwiderstand aufweisen, was ihn für eine Vielzahl von Anwendungen besonders gut verwendbar machen lässt. Weiterhin mögliche positive Beispiele des Aufbringens des reinen Nickels umfassen etwa ein Aufdampfen, wie beispielsweise ein Elektronenstrahlaufdampfen oder ein Laserstrahlaufdampfen. Durch ein Aufdampfen lässt sich ebenfalls eine sehr definierte Schicht des Nickels aufbringen, so dass ein Kontakt mit definierten Eigenschaften und insbesondere einem geringen Kontaktwiderstand erzeugbar sein kann. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Verfahrensschritt a2) durchgeführt werden durch eine Plasmabehandlung, eine nasschemische Oxidation oder durch Lagerung unter oxidierenden Bedingungen des in
Verfahrensschritt a1 ) aufgebrachten Nickels.
In dieser Ausgestaltung wird somit das Verfahrensschritt a1 ) aufgebrachten Nickel zumindest teilweise oxidiert etwa durch Einwirkung eines oxidierenden Plasmas, wie insbesondere eines Sauerstoffplasmas. Durch die Einwirkung eines Plasmas kann dabei die Haftung einzelnen Schichten aneinander noch weiter verbessert werden. Darüber hinaus kann durch die Verwendung eines Plasmas eine Oxidation des Nickels besonders definiert ablaufen. Dadurch können derartige Schichten erzeugt werden, welche einen besonders definierten Anteil beziehungsweise eine besonders definierte Durchdringung an Nickeloxid aufweisen. Ferner ist eine plasmabasierte Oxidation einfach und kostengünstig durchführbar, so dass das gesamte Verfahren in dieser Ausgestaltung besonders kostengünstig und einfach durchführbar sein kann. Geeignete
Reaktionsparameter, um das auf dem Halbleitersubstrat angeordnete Nickel besonders definiert zu oxidieren, umfassend etwa ein 800W-Plasma in
Sauerstoff mit 600sccm (Standardkubikzentimeter pro Minute) Sauerstoff. Als Plasma ist hier insbesondere verwendbar ein Sauerstoffplasma. Weitere
Alternativen eines verwendbaren Plasmas umfassend beispielsweise eine Mischung aus Sauerstoff mit anderen Gasen wie Argon (Ar) oder Stickstoff (N2).
Bezüglich einer eine nasschemische Oxidation oder einer Lagerung unter oxidierenden Bedingungen kann ebenfalls eine sehr definierte Oxidation durchgeführt werden, wobei derartige Verfahren ferner besonders einfach und kostengünstig anwendbar sein können.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann in Verfahrensschritt a2) Nickel oxidiert werden in einem Anteil von größer 0at.-% (Atom-Prozent) bis kleiner oder gleich 100at.-%. In dieser Ausgestaltung kann die Menge an eingebrachtem
Nickeloxid besonders klein gehalten werden, so dass ein Oxidieren unter milden Bedingungen und für geringe Zeitdauern möglich sein kann, wodurch das Verfahren in dieser Ausgestaltung besonders kostengünstig durchführbar sein kann. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann in Verfahrensschritt a) Nickeloxid auf das Halbleitermaterial aufgebracht werden mit einer Dicke in einem Bereich von kleiner oder gleich 1 μηη, beispielsweise mit einer Dicke in einem Bereich von 30nm. In dieser Ausgestaltung ist das Nickeloxid somit stets in unmittelbarer Nachbarschaft zu dem Halbleitermaterial, wodurch das Bilden des Nickeloxids im Wesentlichen nur den Kontakt zwischen dem Halbleitermaterial und dem Metall, also dem Siliziumcarbid und dem Nickel durch ein Herauslösen des Kohlenstoffs wie oben beschrieben bewirken kann. Eine Durchdringung des Nickels mit Nickeloxid über seine gesamte Dicke ist dabei nicht notwendig und erfolgt nicht, was die Leitfähigkeit des hergestellten Kontakts beziehungsweise der
Nickelschicht verbessern kann. Dadurch kann das eingebrachte Nickeloxid auf ein Mindestmaß reduziert werden, und ferner die Haftung des Nickels auf dem Siliziumcarbid ohne Einschränkungen und insbesondere bestmöglich verbessert werden. Diese Ausgestaltung kann beispielsweise realisierbar sein, indem ein
gleichzeitiges Aufbringen von Nickel und Nickeloxid durch eine
Kathodenzerstäubung nur so lange erfolgt, bis die oben genannte Dicke erreicht ist. Im Anschluss daran erfolgt ein alleiniges Abscheiden von Nickel. Alternativ kann ein Plasma derart eingesetzt werden, dass es nur auf eine wie oben beschriebene Dicke des Nickels wirkt.
Somit kann die Dicke des Nickeloxids sich beispielsweise beziehen auf die Dicke einer reinen Nickeloxidschicht, auf die Dicke einer Mischung aus Nickel und Nickeloxid oder auf die Dicke des Vorhandenseins von Nickeloxid in einer Mischung aus Nickel und Nickeloxid.
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann in Verfahrensschritt b) zumindest die Grenzfläche zwischen der Kontaktlage und dem Halbleitermaterial erhitzt werden auf eine Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 600°C bis kleiner oder gleich 1500°C, insbesondere in einem Bereich von größer oder gleich 850°C bis kleiner oder gleich 1050°C. Durch das Vorliegen einer derartigen Temperatur kann sichergestellt werden, dass eine Reaktion des Nickeloxids mit dem Siliziumcarbid unter Austreiben des Kohlenstoffs als gasförmige Verbindung besonders sicher und vollständig ablaufen kann. Darüber hinaus kann in dieser Ausgestaltung eine Temperatur gewählt werden, keine großen Anforderungen an das Heizelement stellt, und ferner die verwendeten Materialien nicht schädigt.
Ferner kann in dieser Ausgestaltung beispielsweise eine Temperaturbehandlung durchgeführt werden für einen Zeitraum von größer oder gleich 0,5min bis kleiner oder gleich 5min, beispielsweise für 2min.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kontaktieren eines Halbleitermaterials mit einer Kontaktlage wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen Halbleiterbauteils sowie dem Halbleiterbauteil verwiesen.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils, umfassend ein wie vorstehend beschrieben
ausgestaltetes Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitermaterials mit einer Kontaktlage. Ein derartiges Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils kann somit insbesondere dazu dienen, ein Halbleiterbauteil zu erzeugen, welches einen besonders langzeitstabilen Ohmschen Kontakt, beispielsweise, also eine Grenzfläche zwischen Metall und Halbleiterbauteil, umfasst. Derartige Halbleiterbauteile umfassen beispielsweise Leistungshalbleiter wie MOS- Transistoren oder Trechn-MOS-Transistoren.
Ein derartiges Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils bietet den Vorteil, dass der metallische Kontakt besonders gut auf dem Halbleitermaterial haften kann, wodurch das Halbleiterbauteil auch unter harschen Bedingungen besonders langzeitstabil sein kann, und dadurch besonders verlässlich arbeiten kann. Dabei ist der Kontaktwiderstand des Ohmschen Kontakts des
Halbleiterbauteils, beispielsweise, nicht oder nur geringfügig vergrößert werden, so dass ein wie vorstehend beschrieben hergestelltes Halbleiterbauteil ohne große Einschränkungen arbeiten kann. Folglich ist ein wie vorstehend
beschriebenes Verfahren für eine Vielzahl von Halbleiterbauteilen, an welche auch hohe Anforderungen bezüglich ihrer Arbeitsweise gestellt werden können, gut geeignet.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauteils wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitermaterials mit einer Kontaktlage sowie dem Halbleiterbauteil verwiesen. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner Halbleiterbauteil, hergestellt durch ein wie vorstehend beschrieben ausgestaltetes Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils. Ein derartiges Halbleiterbauteil bietet den Vorteil, dass es aufgrund einer verbesserten Haftung eines Metallkontakts, wie insbesondere eines Nickelkontakts, auf dem Halbleiter besonders verlässlich und langzeitstabil arbeitet.
Eine verbesserte Haftung kann sich dabei insbesondere dadurch ergeben, dass an dem Ohmschen Kontakt des Halbleiterbauteils, beispielsweise, also insbesondere an der Grenzfläche zwischen Kontaktlage und weiteren
Metallisierungen, ein deutlich verringerter Kohlenstoffgehalt vorliegen kann. Ein derartiger Kohlenstoffgehalt beziehungsweise Gehalt an elementarem
Kohlenstoff auf dem Kontakt beziehungsweise an der Oberfläche der
Kontaktlage resultiert in einer Bedeckung des Kontakts beziehungsweise der Kontaktlage durch Kohlenstoff deutlich unter 100%, typischerweise 1 %.
Beispiele für derartige Halbleiterbauteile umfassen etwa Leistungshalbleiter wie MOS-Transistoren oder Trench-MOS-Transistoren.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen
Halbleiterbauteils wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Kontaktieren eines
Halbleitermaterials mit einer Kontaktlage sowie dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils verwiesen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Kontaktieren eines Halbleitermaterials mit einer Kontaktlage, wobei das Halbleitermaterial Siliciumcarbid aufweist, umfassend die
Verfahrensschritte:
a) Aufbringen einer Kontaktlage auf das Halbleitermaterial, wobei die
Kontaktlage Nickeloxid und gegebenenfalls Nickel umfasst; und b) Behandeln zumindest der Grenzfläche zwischen der Kontaktlage und dem Halbleitermaterial mit erhöhter Temperatur.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in Verfahrensschritt a) das Aufbringen einer Kontaktlage auf das Halbleitermaterial durchgeführt wird durch eine Kathodenzerstäubung von Nickeloxid und gegebenenfalls Nickel.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei in Verfahrensschritt a) eine Mischung aus Nickel und Nickeloxid auf das Halbleitermaterial aufgebracht wird durch die Verfahrensschritte:
a1 ) Aufbringen einer Schicht umfassend Nickel auf das Halbleitermaterial; und
a2) Zumindest teilweises Oxidieren des in Verfahrensschritt a1 )
aufgebrachten Nickels.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei in Verfahrensschritt a1 ) das Aufbringen einer Schicht umfassend Nickel auf das Halbleitermaterial durchgeführt wird durch eine Kathodenzerstäubung oder durch ein Aufdampfen.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Verfahrensschritt a2) durchgeführt wird durch eine Plasmabehandlung, eine nasschemische Oxidation, oder durch Lagerung unter oxidierenden Bedingungen des in Verfahrensschritt a1 ) aufgebrachten Nickels.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei in Verfahrensschritt a2) Nickel oxidiert wird in einem Anteil von größer 0at.-% bis kleiner oder gleich 100at.-%.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei in Verfahrensschritt a) Nickeloxid auf das Halbleitermaterial aufgebracht wird mit einer Dicke in einem Bereich von kleiner oder gleich Ι μηη.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei in Verfahrensschritt b) zumindest Grenzfläche zwischen der Kontaktlage und dem
Halbleitermaterial erhitzt wird auf eine Temperatur in einem Bereich von größer oder gleich 600°C bis kleiner oder gleich 1500°C.
9. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauteils, umfassend ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. Halbleiterbauteil, hergestellt durch ein Verfahren nach Anspruch 9.
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