DE19925233A1

DE19925233A1 - Halbleiteranordnung mit ohmscher Kontaktierung und Verfahren zur Kontaktierung einer Halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE19925233A1
Application number: DE19925233A
Authority: DE
Inventors: Peter Friedrichs; Dethard Peters; Reinhold Schoerner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-06-08
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 1999-12-09
Also published as: DE59915222D1; EP1090415B1; WO1999065067A1; EP1090415A1; US20010001484A1; US6667495B2

Abstract

Die Halbleiteranordnung mit ohmscher Kontaktierung umfaßt ein erstes und ein zweites Halbleitergebiet (100, 200) aus Siliciumcarbid, die jeweils einen verschiedenen Leitungstyp besitzen. Ein erstes und ein zweites Kontaktgebiet (110, 210) dienen der Kontaktierung, wobei das erste Kontaktgebiet (110) und das zweite Kontaktgebiet (210) eine zumindest annähernd gleiche und innerhalb des jeweiligen Kontaktgebiets praktisch homogene Materialzusammensetzung aufweisen. Das Verfahren dient zur Kontaktierung von n- und p-leitendem Siliciumcarbid jeweils mit zumindest annähernd gleichem Material.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit ohmscher Kontaktierung sowie auf ein Verfahren zur Kontaktie rung einer Halbleiteranordnung.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine derartige Halblei teranordnung, die zumindest in bestimmten Halbleitergebieten, insbesondere den Halbleitergebieten, die kontaktiert werden, aus einem vorbestimmten Polytyp des Siliciumcarbids besteht.

Siliciumcarbid (SiC) in einkristalliner Form ist ein Halblei termaterial mit hervorragenden physikalischen Eigenschaften, die dieses Halbleitermaterial unter anderem aufgrund seiner hohen Durchbruchfeldstärke und seiner guten thermischen Leit fähigkeit besonders für die Leistungselektronik auch noch bei Anwendungen im kV-Bereich interessant erscheinen lassen. Da die kommerzielle Verfügbarkeit einkristalliner Substratwafer speziell aus Siliciumcarbid des 6H- und 4H-Polytyps gestiegen ist, finden nun auch Leistungshalbleiter Bauelemente auf Siliciumcarbidbasis wie z. B. Schottky-Dioden zunehmend an Beachtung. Andere Siliciumcarbid-Bauelemente mit steigendem Verbreitungsgrad sind pn-Dioden und Transistoren wie bei spielsweise MOSFET's (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).

Für die Funktion dieser Bauelemente sind stabile ohmsche Kon takte zu Halbleitergebieten unterschiedlichen Leitungstyps unabdingbar. Dabei werden möglichst niedrige Kontaktwider stände angestrebt, um unerwünschte Verluste am Übergang Halbleiter-Metall zu minimieren.

In dem Übersichtsaufsatz "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 findet sich eine Zusam menstellung von Kontaktierungsverfahren für Siliciumcarbid verschiedenen Polytyps und Leitungstyps. Bezüglich der Kon taktierung von n- und p-leitendem SiC ist dem Übersichtsauf satz sowie den zitierten Querreferenzen der in der Fachwelt derzeit allgemein anerkannte Kenntnisstand zu entnehmen, der im folgenden skizziert wird:
Der genannte Übersichtsaufsatz gibt nur Verfahren an, bei denen Siliciumcarbid jeweils nur eines einzigen Leitungs typs mit einem ohmschen Kontakt versehen wird.

Die Kontaktierung von n-leitendem SiC erfolgt demgemäß über eine dünne Kontaktschicht eines Metalls oder über Schichtfolge unterschiedlicher Materialien. Die Kontakt schichten werden bei Temperaturen zwischen 600°C und 1100°C getempert. Insbesondere Übergangsmetalle wie beispielsweise Nickel liefern nach der Temperatur behandlung auf n-leitendem hochdotierten SiC einen sehr guten ohmschen Kontakt, da sich bei Temperaturen von um die 1000°C aus dem Übergangsmetall und dem im SiC ent haltenen Silicium ein Metallsilicid bildet. Kontakt techniken für n-leitendes SiC, die ohne eine entspre chende Temperaturbehandlung arbeiten, liefern im Ver gleich dazu einen relativ hohen Kontaktwiderstand oder eine nicht dem ohmschen Gesetz entsprechende Strom- Spannungscharakteristik. Die Temperaturbehandlung wirkt sich darüber hinaus auch positiv auf die Temperatur stabilität der gebildeten ohmschen Kontakte aus.

Zur Kontaktierung von p-leitendem SiC wird überwiegend Aluminium verwendet. Da Aluminium in SiC gut löslich ist und als Akzeptor wirkt, kann in einem Grenzbereich zwischen dem Aluminium enthaltenden Kontaktgebiet und dem Halbleitergebiet aus SiC eine mit Aluminium hochdotierte Zone erzeugt werden. Um ein Abdampfen des Aluminiums, das bereits bei 659°C schmilzt, bei einer nachfolgenden Tem peraturbehandlung zu vermeiden, wird auf dem Aluminium mindestens eine Deckschicht aus einem Material mit einem höheren Schmelzpunkt wie z. B. Nickel, Wolfram, Titan oder Tantal aufgebracht.

In dem Aufsatz "Thermally stable low ohmic contacts to p-type 6H-SiC using cobalt silicides" von N. Lundberg, M. Östling aus Solid-State Electronics, Vol. 39, No. 11, Seiten 1559-1565, 1996 wird ein Verfahren zur Kontaktierung von p-leitendem SiC offenbart, das sich der Bildung von Kobaltsilicid (CoSi₂) bedient. Mit dem beschriebenen Verfahren und dem verwendeten Kontaktmaterial ist ein sehr niedriger Kontaktwiderstand zu erreichen.

In dem Aufsatz "Reduction of Ohmic Contact Resistance on n-Type 6H-SiC by Heavy Doping" von T. Uemoto, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 34, 1995, Seiten L7 bis L9 wird ein Schichtaufbau aus einer 15 nm dicken Titan-Schicht und einer 150 nm dicken Aluminium-Schicht als möglicher ohm scher Kontakt sowohl auf p-leitendem als auch auf n-leitendem Siliciumcarbid offenbart. Ein guter Kontaktwiderstand auf dem n-leitenden Halbleitergebiet wird jedoch nur dann erzielt, wenn die Dotierstoffkonzentration in dem n-leitenden Halb leitergebiet sehr hoch gewählt wird. Die offenbarte Dotier stoffkonzentration von 4,5.10²⁰ cm^-3 liegt erheblich über den zur Zeit üblicherweise in einer Siliciumcarbid-Halbleiter anordnung verwendeten Dotierstoffkonzentrationen. Eine solch hohe Dotierstoffkonzentration läßt sich nur mit erheblichem Zusatzaufwand herstellen. So besteht z. B. beim Ionenimplan tieren die Gefahr, daß das n-leitende Halbleitergebiet ge schädigt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Halbleiteranordnung sowie ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art mit einer im Vergleich zum Stand der Technik verbesserten Kontaktierung von n- und p-leitendem SiC anzugeben. Dabei sollen die Kontakte auf dem n- und p-leitenden Halbleitergebiet jeweils sowohl einen niedrigen Kontaktwiderstand haben als auch temperaturstabil sein. Außerdem sollen für das n- und p-lei tende SiC nur Dotierstoffkonzentrationen vorgesehen werden, die sich mit derzeit verfügbaren Technologien einfach her stellen lassen.

Zur Lösung der die Halbleiteranordnung betreffenden Teilauf gabe wird eine Halbleiteranordnung entsprechend den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 angegeben.

Bei der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung mit ohmscher Kontaktierung handelt es sich um eine Halbleiteranordnung, welche

a) mindestens ein erstes Halbleitergebiet aus n-leitendem Siliciumcarbid und mindestens ein zweites Halbleiter gebiet aus p-leitendem Siliciumcarbid, wobei das n-leitende und das p-leitende Siliciumcarbid jeweils eine Dotierstoffkonzentration zwischen 10¹⁷ cm^-3 und 10²⁰ cm^-3 aufweisen, und
b) mindestens ein erstes an das erste Halbleitergebiet angrenzendes Kontaktgebiet und mindestens ein zweites an das zweite Halbleitergebiet angrenzendes Kontaktgebiet umfassen,
wobei
c) das erste und das zweite Kontaktgebiet eine zumindest annähernd gleiche und innerhalb des jeweiligen Kontakt gebiets praktisch homogene Materialzusammensetzung auf weisen.

Zur Lösung der das Verfahren betreffenden Teilaufgabe wird ein Verfahren entsprechend dem Merkmal des unabhängigen Patentanspruchs 10 angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Kontaktierung einer Halbleiteranordnung handelt es sich um ein Verfahren, bei welchem

a) mindestens ein erstes praktisch homogenes Kontaktgebiet auf einem ersten Halbleitergebiet aus n-leitendem Sili ciumcarbid und mindestens ein zweites praktisch homogenes Kontaktgebiet auf einem zweiten Halbleitergebiet aus p-leitendem Siliciumcarbid ausgebildet werden, indem
b) für das erste und zweite Kontaktgebiet ein zumindest annähernd gleiches Material mit jeweils praktisch homo gener Materialzusammensetzung innerhalb des jeweiligen Kontaktgebiets aufgebracht wird,
wobei
c) das erste und das zweite Halbleitergebiet jeweils eine Dotierstoffkonzentration zwischen 10¹⁷ cm^-3 und 10²⁰ cm^-3 haben.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß entgegen der üblichen Vorgehensweise der Fachwelt, bei der n- und p-leitendes Siliciumcarbid mit jeweils unterschiedlichem Material ohmsch kontaktiert wird, eine Kontaktierung von Siliciumcarbid beiden Leitungstyps dennoch mit einem ein zigen Material möglich ist. Daraus ergeben sich wesent liche Vorteile bei der Herstellung, da die für ein davon verschiedenes Kontaktmaterial benötigten Prozeßschritte entfallen.

Für die Ausbildung eines guten ohmschen Kontakts ist es vor teilhaft, wenn das erste und zweite Halbleitergebiet jeweils eine ausreichend hohe Dotierstoffkonzentration zumindest an der Oberfläche des Halbleitergebietes aufweisen. Bevorzugt liegen dabei die Dotierstoffkonzentrationen zwischen 10¹⁷ cm^-3 und 10²⁰ cm^-3. Ein besonders guter Kontakt ergibt sich, wenn die Dotierstoffkonzentration mindestens 10¹⁹ cm^-3 beträgt. Diese Angaben gelten sowohl für den n- als auch den p-Lei tungstyp. Diese Dotierstoffkonzentrationen lassen sich bei spielsweise mittels Ionenimplantation problemlos erzeugen. Sie liegen insbesondere auch deutlich unter der im Stand der Technik genannten Dotierstoffkonzentration.

Entscheidend für die Ausbildung eines guten ohmschen Kontakt widerstands sowohl auf dem n-leitenden als auch p-leitenden Siliciumcarbid ist hierbei, daß das Material nicht in Form eines Schichtaufbaus, sondern vielmehr mit praktisch homo gener Materialzusammensetzung auf die jeweiligen Halbleiter gebiete aufgebracht wird. Bei Zusammensetzung des Materials aus mehreren Materialkomponenten wird durch einen solchen homogenen Materialauftrag erreicht, daß an der Grenzfläche zu den beiden Halbleitergebieten jeweils alle Materialkomponen ten unmittelbar vorhanden sind und mit dem Siliciumcarbid der beiden Halbleitergebiete in Wechselwirkung treten können. Demgegenüber ist bei einem Schichtaufbau zunächst eine Durch mischung der in Form von Einzelschichten mit einer Dicke in der Größenordnung einiger Nanometer aufgetragenen einzelnen Materialkomponenten erforderlich. Diese Durchmischung (= Ho mogenisierung) findet dabei insbesondere zu Beginn eines nach dem Materialauftrag durchgeführten Temperprozesses statt. Ein solcher Temperprozeß hat aber in erster Linie auch die For mierung der ohmschen Kontakte zum Ziel. Es ist nun von ent scheidendem Vorteil, wenn bei diesem Temperprozeß alle rele vanten Materialkomponenten des Materials für die beiden Kon taktgebiete unmittelbar an der Grenzfläche zu den Halbleiter gebieten vorhanden sind. Dadurch wird die Formierung der ohmschen Kontakte wesentlich begünstigt.

Bei Aufbringen des gleichen Materials auf das erste und zweite Halbleitergebiet ist es gegebenenfalls je nach gewähl ter SiC-Dotierung und je nach für die beiden Kontaktgebiete verwendetem Material möglich, daß sich in einem ersten an das erste Halbleitergebiet angrenzenden Grenzbereich des ersten Kontaktgebiets und in einem zweiten an das zweite Halbleiter gebiet angrenzenden Grenzbereich des zweiten Kontaktgebiets eine leicht voneinander abweichende Materialzusammensetzung einstellt. Diese geringfügige Abweichung rührt von unter schiedlichen Austauschvorgängen zwischen dem aufgebrachten Material und dem ersten oder dem zweiten Halbleitergebiet her.

Enthält das aufgebrachte Material beispielsweise eine Mate rialkomponente, die in Siliciumcarbid als Donator oder Akzep tor wirkt, so wird diese Materialkomponente in gewissem Umfang in das erste oder zweite Halbleitergebiet wandern, wo sie beispielsweise als Dotierstoff an den entsprechenden Gitterstellen eingebunden wird. Dieser Durchmischungsvorgang wird maßgeblich durch die ursprüngliche Dotierung des ersten oder zweiten Halbleitergebiets beeinflußt und verläuft somit im ersten und zweiten Grenzbereich unterschiedlich. Dadurch verändert sich der Anteil der betreffenden Materialkomponente zumindest im ersten und zweiten Grenzbereich in voneinander abweichendem, wenn auch sehr geringem Umfang.

Desgleichen ergibt sich eine Verschiebung der Materialzusam mensetzung im Grenzbereich des ersten oder zweiten Kontaktge biets, wenn das Material eine silicidbildende Materialkompo nente enthält. In diesem Fall durchmischt sich Silicium, das aus dem ersten und zweiten Halbleitergebiet stammt, mit dem Material des ersten und zweiten Kontaktgebietes. Infolge bildet sich dann u. a. in den beiden Grenzbereichen ein Silicid auf Basis der Materialkomponente und des Siliciums. Auch bei diesem Prozeß sind Dotierungsgrad und Leitungstyp maßgebliche Einflußfaktoren, so daß dieser Effekt ebenfalls zu einer leicht voneinander abweichenden Materialzusammen setzung im ersten und zweiten Grenzbereich führen kann.

In den von den Grenzflächen entfernter lokalisierten Berei chen der beiden Kontaktgebiete wirken sich die beschriebenen Grenzflächeneffekte nicht aus, so daß das Material in seiner ursprünglich aufgebrachten Zusammensetzung erhalten bleibt und sich somit in diesen Bereichen des ersten und zweiten Kontaktgebiets gleicht.

Bei der erfingungsgemäßen Lehre werden alle geringfügigen Unterschiede in der Materialzusammensetzung des ersten und zweiten Kontaktgebiets wie die, die auf den beschriebenen oder ähnlichen Grenzflächeneffekten beruhen, nicht als maßgeblich betrachtet und unter den Begriffen "zumindest annähernd gleiche Materialzusammensetzung" und "praktisch homogen" subsumiert.

Außerdem werden Unterschiede in der Materialzusammensetzung, die auf übliche, gegebenenfalls unterschiedliche Verunrei nigungen in Ausgangssubstanzen zurückzuführen sind, hier ebenfalls als nicht maßgeblich betrachtet.

Es ist darüber hinaus im Rahmen der erfindungsgemäßen Lehre möglich, auf das erste und zweite Halbleitergebiet leicht unterschiedliches Material aufzubringen. Solange die Mate rialzusammensetzungen jedoch um weniger als 10% voneinander abweichen, werden sie hier ebenfalls als "zumindest annähernd gleich" bezeichnet.

Besondere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Halbleiter anordnung und des Verfahrens nach der Erfindung ergeben sich aus den jeweils abhängigen Unteransprüchen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform setzt sich das aufge brachte Material aus mindestens einer ersten und zweiten Materialkomponente zusammen. Das Material kann dabei in Form eines Gemisches, eines Gemenges, einer Legierung oder einer Verbindung zumindest dieser beiden Materialkomponenten vor liegen. Vorteilhaft besteht die erste Materialkomponente aus einem Werkstoff, der einen ohmschen Kontakt auf n-leitendem Siliciumcarbid bildet mit einem Kontaktwiderstand ≦ 10^-1 Ωcm², vorzugsweise ≦ 10^-3 Ωcm². Die zweite Material komponente enthält dagegen zumindest ein Element der dritten Hauptgruppe des Periodensystems. Durch die erste Material komponente wird ein stabiler ohmscher Kontakt auf demjenigen Halbleitergebiet, das n-leitend ist, erzeugt, durch die zweite Materialkomponente entsteht dagegen ein stabiler ohmscher Kontakt auf dem p-leitenden Halbleitergebiet.

In einer bevorzugten Ausführungsform liegt die zweite Mate rialkomponente mit einem Volumen-Anteil von 0,1 bis 50% in dem Material vor. Bevorzugt ist dabei ein Anteil von 0,5 bis 20%.

Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, in der die erste Mate rialkomponente Nickel und die zweite Materialkomponente Alu minium zumindest enthält. Eine vorteilhafte Ausführungsform, in der das Material ausschließlich aus Nickel und Aluminium besteht, zeichnet sich aufgrund des Nickels durch einen guten ohmschen Kontakt auf dem n-leitenden Halbleitergebiet aus. Die Beimengung von Aluminium zum Nickel in dem oben angegebe nen Konzentrationsbereich beeinträchtigt den Kontaktwider stand auf dem n-leitenden Halbleitergebiet nicht oder nur geringfügig. Außerdem verhindert der Nickel-Anteil im Mate rial auch die Bildung von flüssigen Aluminium-Inseln und das resultierende unerwünschte Abdampfen von Aluminium bei dem Temperprozeß, der zur Formierung des ohmschen Kontakts vorteilhafterweise durchgeführt wird.

Alternativ zu Nickel kann auch eines der Elemente Tantal, Titan, Wolfram, Molybdän, Chrom, Kobalt, Eisen oder ein anderes Übergangsmetall sowie Verbindungen dieser Elemente als erste Materialkomponente verwendet werden. Die zweite Materialkomponente kann dagegen anstelle von Aluminium auch andere Elemente der dritten Hauptgruppe des Periodensystems, wie Bor, Gallium, Indium oder Thallium enthalten. Andere bevorzugte Materialien für die Kontaktierung setzen sich somit aus Tantal oder Wolfram als erster Materialkomponente und aus Bor oder Gallium als zweiter Materialkomponente zusammen.

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 Weiterbildungen der Halbleiter anordnung selbst.

Andere Ausbildungen des Verfahrens beziehen sich auf das Auf bringen des Materials auf das erste und zweite Halbleiterge biet.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausbildung, bei der das erste und zweite Kontaktgebiet gleichzeitig hergestellt werden. Dadurch reduziert sich die Anzahl der im Vergleich zu einem sukzessiven Aufbringen benötigten Prozeßschritte erheblich. Somit können kürzere Fertigungszyklen erreicht werden.

In einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird das Mate rial, das auf die beiden Halbleitergebiete aufgebracht wird, mindestens zwei getrennten Quellen entnommen. Die Quellen enthalten dabei jeweils mindestens eine Materialkomponente, insbesondere die erste oder die zweite. Die Entnahme erfolgt durch gleichzeitiges Verdampfen oder Zerstäuben (Sputtern). Die beiden Kontaktgebiete werden anschließend durch Abschei den der Materialkomponenten auf dem ersten und zweiten Halb leitergebiet gebildet. Das Material für die beiden Kontakt gebiete entsteht dabei entweder noch in der Gasphase aus den einzelnen Materialkomponenten, im Laufe des Abscheidevorgangs oder erst danach. Durch die Prozeßparameter kann gewähr leistet werden, daß ein bestimmtes beabsichtigtes Mischungs verhältnis eingehalten wird.

Eine alternative Ausbildung sieht dagegen vor, daß aus der ersten und zweiten Materialkomponente zunächst ein Quellmate rial hergestellt wird, das dann in einem zweiten Verfahrens schritt zerstäubt wird. Die herausgelösten Partikel des Materials bilden wie in der vorher beschriebenen Ausbildung die beiden Kontaktgebiete auf dem n- und p-leitenden Sili ciumcarbid.

Bei einer anderen Ausbildung des Verfahrens werden die erste und die zweite Materialkomponente abwechselnd in dünnen Schichten auf die beiden Halbleitergebiete aufgetragen. Dies kann durch Sputtern aus zwei getrennten Quellen erfolgen, so daß abwechselnd in kurzer zeitlicher Abfolge jeweils nur eine der beiden Materialkomponenten aus der zugehörigen Quelle zerstäubt und als dünne Schicht auf den beiden Halbleiter gebieten abgeschieden wird. Die resultierenden dünnen Schich ten haben insbesondere nur eine Dicke in der Größenordnung einiger Ångström. Im Extremfall kann eine solche dünne Schicht auch nur aus einer einzigen Atomschicht, einer sog. Monolage, bestehen. Aufgrund der geringen Schichtdicke und der kurzen zeitlichen Abfolge bei der Schichtabscheidung wird auch dieser Materialauftrag der beiden Materialkomponenten hier noch als gleichzeitig bezeichnet. Eine Durchmischung der Atome dieser Monolagen (Homogenisierung) findet dann abhängig von den Prozeßbedingungen zumindest teilweise bereits während des Auftragens selbst oder gleich zu Beginn des sich an schließenden Temperprozesses statt. Aufgrund der geringen Schichtdicken dauert dieser Durchmischungsvorgang nur sehr kurze Zeit.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird die Halblei teranordnung, nachdem die beiden Kontaktgebiete aufgebracht worden sind, einem kurzzeitigen Temperprozeß unterzogen. Be vorzugt wird die Halbleiteranordnung dabei auf eine Maximal temperatur von mindestens 500°C, insbesondere von etwa 1000°C, erhitzt und dann für bis zu 2 Stunden, insbesondere für 2 Minuten, auf etwa dieser Maximaltemperatur gehalten. Der Temperprozeß kann aber auch nur aus einer Aufheizphase und einer unmittelbar folgenden Abkühlphase bestehen, ohne daß dazwischen eine Verweildauer bei einer Maximaltemperatur vorgesehen wird. Dieser Prozeß dient der Formierung der beiden Kontaktgebiete. Es zeigt sich, daß nach diesem Temper prozeß sowohl auf dem ersten als auch auf dem zweiten Halb leitergebiet, also auf n- und p-leitendem SiC, temperatur stabile Kontakte mit guter ohmscher Charakteristik und niedrigem Kontaktwiderstand resultieren.

In weiteren Ausführungsformen der Halbleiteranordnung sind das erste und zweite Kontaktgebiet auf einer gemeinsamen Schichtoberfläche oder auf verschiedenen Schichtoberflächen angeordnet. Für beide Ausführungsformen gelten die oben beschriebenen Weiterbildungsmöglichkeiten und Vorteile der Kontaktierung von n- und p-leitendem SiC mit dem gleichen Material in analoger Weise.

Des weiteren sind Ausführungsvarianten möglich, in denen die beiden Kontaktgebiete zusammenhängend oder auch getrennt aus gebildet sind. Dabei kann die Trennung der beiden Kontaktge biete sowohl bereits während des Aufbringens des Materials durch entsprechende Maskentechnik als auch danach durch Abtragen von zuviel aufgebrachtem Material erfolgen. Für letzteres kommen gängige Technologien wie z. B. das Ätzen in Frage.

Die zu kontaktierenden beiden Halbleitergebiete können aus SiC verschiedenen Polytyps bestehen. Es gibt Ausführungsfor men, bei denen SiC in Form von 6H-, 4H-, 15R- oder 3C-SiC für die beiden Halbleitergebiete verwendet wird. Andere Polytypen sind jedoch ebenfalls möglich.

Außerhalb des ersten und zweiten Halbleitergebiets kann die Halbleiteranordnung auch aus einem anderen Material als SiC bestehen. Deshalb ist in einer Ausführungsform zumindest ein weiteres Halbleitergebiet, beispielsweise ein Substrat, aus einem von SiC verschiedenen Material, beispielsweise aus Silicium (Si), Galliumarsenid (GaAs) oder Galliumnitrid (GaN), vorgesehen. Dieses Substrat ist dann zumindest mit dem ersten und zweiten Halbleitergebiet aus SiC zu einer hybriden Halbleiteranordnung integriert.

In einer Ausführungsform der Halbleiteranordnung befindet sich das erste und zweite Kontaktgebiet jeweils an einer frei zugänglichen Oberfläche der Halbleiteranordnung. Dies ist jedoch nicht zwingend notwendig. In anderen Weiterbildungen können das erste und zweite Kontaktgebiet auch durch Schich ten, die in der Kontaktierung folgenden Prozeßschritten aufgebracht werden, bedeckt sein.

Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung werden nunmehr anhand 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 Halbleiteranordnung mit zwei zusammenhängenden Kontaktgebieten,

Fig. 2 eine Halbleiteranordnung mit zwei getrennten Kon taktgebieten,

Fig. 3 eine weitere Halbleiteranordnung mit zwei getrennten Kontaktgebieten und

Fig. 4 eine Halbleiteranordnung in Form eines vertikalen MOSFET's unter Verwendung der Halbleiteranordnungen von Fig. 1 und 2.

Einander entsprechende Teile sind in den Fig. 1 bis 4 mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine Halbleiteranordnung dargestellt, bei der sich ein erstes Kontaktgebiet 110 und ein zweites Kontakt gebiet 210 als zusammenhängende Schicht über ein erstes Halb leitergebiet 100 und ein diesem benachbartes zweites Halblei tergebiet 200 erstrecken. Das erste und zweite Halbleiter gebiet 100 und 200 bestehen jeweils aus 6H-Siliciumcarbid. Sie besitzen eine gemeinsame Schichtoberfläche 70, auf der das erste und zweite Kontaktgebiet 110 und 210 angeordnet sind.

Das erste Halbleitergebiet 100 ist mit einem hohen Anteil an Donatoren, im vorliegenden Fall mit Stickstoff, dotiert und somit n-leitend. Das zweite Halbleitergebiet 200 weist da gegen eine hohe Dotierstoffkonzentration an Aluminium auf. Aluminium stellt in Siliciumcarbid einen Akzeptor dar, so daß das zweite Halbleitergebiet folglich p-leitend ist. Die Donatoren und Akzeptoren werden mittels Ionenimplantation in das erste bzw. zweite Halbleitergebiet 100 bzw. 200 einge bracht. Die Dotierstoffkonzentrationen im ersten und zweiten Halbleitergebiet 100 und 200 liegen bei jeweils 10¹⁹ cm-³. Diese hohen Dotierstoffkonzentrationen werden in der Fig. 1 durch die Symbole n⁺ und p⁺ angezeigt.

Zur temperaturstabilen ohmschen Kontaktierung befinden sich auf dem ersten und zweiten Halbleitergebiet 100 und 200 das erste und zweite Kontaktgebiet 110 und 210. Die beiden Kon taktgebiete 110 und 210 bestehen aus dem gleichen Material, das sich im vorliegenden Fall aus einer ersten und einer zweiten Materialkomponente zusammensetzt. Die erste Material komponente ist Nickel, die zweite Aluminium. Für Aluminium liegt der Volumen-Anteil bei etwa 10%.

Das Material für das erste und das zweite Kontaktgebiet 110 und 210 wird durch Verdampfen aus nicht dargestellten, ge trennten Nickel- bzw. Aluminium-Quellen erzeugt. Anschließend erfolgt die Bildung des ersten und zweiten Kontaktgebiets 110 und 210 durch Abscheiden des gasförmigen Materials auf dem ersten und zweiten Halbleitergebiet 100 und 200. Zur Formierung und zur Bildung ohmscher, temperaturstabiler Kontakte wird die Halbleiteranordnung von Fig. 1 anschlie ßend einem ca. zweiminütigem Temperprozeß bei etwa 1000°C unterzogen. Danach ergibt sich zwischen dem ersten Halb leitergebiet 100 (n-leitend) und dem ersten Kontaktgebiet 110 ein Kontaktwiderstand von unter 10^-4 Ωcm² und zwischen dem zweiten Halbleitergebiet 200 (p-leitend) und dem zweiten Kontaktgebiet 210 ein Kontaktwiderstand von unter 10^-3 Ωcm².

In Fig. 1 sind Grenzbereiche des ersten und zweiten Kontakt gebiets 110 und 210 mit den Bezugszeichen 120 bzw. 220 ge kennzeichnet. Innerhalb dieser Grenzbereiche 120 und 220 ergeben sich aufgrund von Austauschvorgängen zwischen dem ersten Halbleitergebiet 100 und dem ersten Kontaktgebiet 110 sowie dem zweiten Halbleitergebiet 200 und dem zweiten Kon taktgebiet 210 geringfügige Veränderungen in der Zusammenset zung des ursprünglich im ersten und zweiten Kontaktgebiet 110 und 210 aufgebrachten Materials. Abgesehen von den resultie renden geringfügigen Unterschieden in der Materialzusammen setzung des ersten und des zweiten Grenzbereichs 120 und 220 weisen das erste und das zweite Kontaktgebiet 110 und 210 die gleiche Materialzusammensetzung auf. Es ist ebenfalls mög lich, daß sich die Grenzbereiche 120 und 220, in denen die genannten Austauschvorgänge stattfinden, auch bis in die Halbleitergebiete 100 bzw. 200 erstrecken. In Fig. 1 ist dieser Fall allerdings nicht dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine Halbleiteranordnung in einer Schichtfolge mit dem ersten Kontaktgebiet 110 als unterster Schicht, dem zweiten Kontaktgebiet 210 als oberster Schicht sowie mehreren dazwischenliegenden SiC-Schichten. Das erste und zweite Kon taktgebiet 110 und 210 weisen wiederum den an die jeweilige benachbarte SiC-Schicht angrenzenden ersten bzw. zweiten Grenzbereich 120 und 220 auf. Der Teilstapel aus den SiC- Schichten setzt sich in aufsteigender Reihenfolge aus dem ersten Halbleitergebiet 100, einer n^--SiC-Schicht 3, einer p-SiC-Schicht 11 sowie dem zweiten Halbleitergebiet 200 zusammen. Das erste Kontaktgebiet 110 ist dabei auf einer ersten Schichtoberflächen 71 des ersten Halbleitergebiets 100, die zugleich auch eine untere Hauptoberfläche des Teilstapels aus den SiC-Schichten bildet, angeordnet. Das zweite Kontaktgebiet 210 ist auf einer zweiten Schichtober flächen 72 des zweiten Halbleitergebiets 200, die zugleich eine obere Hauptoberfläche des Teilstapels aus den SiC- Schichten bildet, angeordnet.

Das erste Halbleitergebiet 100, das im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 auch ein SiC-Substrat 100a darstellen kann, besitzt wieder eine hohe n-Leitfähigkeit, das zweite Halb leitergebiet 200 dagegen eine hohe p-Leitfähigkeit. Die im ersten und zweiten Halbleitergebiet 100 und 200 sowie im ersten und zweiten Kontaktgebiet 110 und 210 vorgesehenen Materialien und Dotierstoffe entsprechen denen des Aus führungsbeispiels von Fig. 1. Diese Analogie gilt auch für das Verfahren zum Aufbringen des ersten und zweiten Kontakt gebiets 110 und 210.

Die Halbleiteranordnung von Fig. 2 besitzt zwischen der n^--SiC-Schicht 3 und der p-Schicht 11 einen pn-Übergang 17, der die Funktion dieser Halbleiteranordnung wesentlich be stimmt. Ein derartiger pn-Übergang 17 kann sowohl Bestandteil einer größeren Schaltungsanordnung sein, als auch ein eigenes Bauelement in Form einer pn-Diode darstellen. In beiden Fällen ist eine ohmsche Kontaktierung von Halbleitergebieten unterschiedlichen Leitungstyps über die Kontaktgebiete 110 und 210 notwendig.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ist ein Beispiel für eine Halbleiteranordnung mit erstem und zweiten Kontaktgebiet 110 und 210 auf verschiedenen Schichtoberflächen 71 und 72 der Halbleiteranordnung.

In Fig. 3 ist eine Halbleiteranordnung dargestellt, bei der das erste und das zweite Kontaktgebiet 110 und 210 auf der gemeinsamen Schichtoberfläche 70 der Halbleiteranordnung angeordnet sind, jedoch im Unterschied zu dem Ausführungs beispiel von Fig. 1 räumlich getrennt voneinander sind.

Die Funktion der Halbleiteranordnung von Fig. 3 besteht darin, einen Stromfluß 50, der vom ersten Halbleitergebiet 100 bzw. vom ersten Kontaktgebiet 110 ausgeht und der durch eine n-SiC-Schicht 2 verläuft, innerhalb eines Kanalbereichs 8 dieser n-SiC-Schicht 2 zu steuern. Dazu kann der Kanal bereich 8 durch das zweite Halbleitergebiet 200 und eine in der n-SiC-Schicht 2 vergrabene p-Insel 4 in seinen Dimen sionen und damit seinem Widerstand verändert werden. Dies geschieht über das Anlegen einer Spannung an das zweite Kon taktgebiet 210, wodurch sich eine Verarmungszone 20 an einem pn-Übergang 19 zwischen der n-SiC-Schicht 2 und dem p-lei tenden zweiten Halbleitergebiet 200 u. a. in den Kanalbereich 8 hinein ausbreitet. Die Dimension des Kanalbereichs 8 wird zusätzlich voreingestellt, indem eine Vertiefung 30 vorge sehen ist, in der sich das zweite Halbleitergebiet 200 befin det.

Sowohl das n-leitende erste Halbleitergebiet 100 als auch das p-leitende zweite Halbleitergebiet 200 benötigen für die be schriebene Funktionsweise eine ohmsche Kontaktierung in Form des ersten und zweiten Kontaktgebiets 110 und 210.

Das erste Halbleitergebiet 100 weist eine n-Dotierung mit dem Donator Phosphor auf, das zweite Halbleitergebiet 200 eine p- Dotierung mit dem Akzeptor Bor. Die Dotierstoffkonzentration beträgt jeweils 10¹⁹ cm^-3. Als Material für das erste und das zweite Kontaktgebiet 110 und 210 dient im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 ein Materialgemisch, das sich aus der ersten Materialkomponente Wolfram und der zweiten Materialkomponente Gallium zusammensetzt. Der Volumen-Anteil von Gallium beträgt hierbei etwa 5%. Das Aufbringen des Materialgemischs sowie der anschließende Temperprozeß erfolgen wie im Zusammenhang mit Fig. 1 und 2 bereits beschrieben.

Die Fig. 4 zeigt eine Halbleiteranordnung in Form eines vertikalen MOSFET's auf Basis von Siliciumcarbid. Der MOSFET beinhaltet dabei mehrere erste und zweite Halbleitergebiete 100 und 200. Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Halbleiter anordnungen finden sich in dem MOSFET von Fig. 4 als Teil strukturen wieder. Sie sind durch einen gestrichelten Kreis bzw. ein gestricheltes Rechteck kenntlich gemacht.

Der vertikale MOSFET von Fig. 4 ist spiegelsymmetrisch bezüglich einer Symmetrieebene 60. Analog zu Fig. 2 wird das in der dargestellten Schichtfolge zuunterst liegende erste Halbleitergebiet 100 auch im Zusammenhang mit Fig. 4 als Substrat 100a bezeichnet. Auf dessen einer senkrecht zur Symmetrieebene 60 gerichteten Oberfläche 40 ist die n^--SiC- Schicht 3 angeordnet. Innerhalb dieser n^--SiC-Schicht 3 befinden sich an einer vom SiC-Substrat 100a abgewandten Oberfläche 42 zwei separate, bezüglich der Symmetrieebene 60 spiegelsymmetrisch angeordnete p-Schichten 11. Diese beinhal ten ihrerseits jeweils ein erstes und zweites Halbleiter gebiet 100 und 200, die aneinandergrenzen. Das erste und zweite Halbleitergebiet 100 und 200 sind durch die hier zusammenhängenden ersten und zweiten Kontaktgebiete 110 und 210 elektrisch kontaktiert. Die zusammenhängenden ersten und zweiten Kontaktgebiete 110 und 210 können in dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel auch als eine Source-Elek trode 110a angesehen werden. Auf einer von der n^--SiC-Schicht 3 abgewandten Oberfläche 41 des SiC-Substrats 100a befindet sich ein weiteres erstes Kontaktgebiet 110, das hier auch als eine Drain-Elektrode 110b angesehen werden kann.

Ähnlich dem in Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht die Funktionsweise des vertikalen MOSFET's von Fig. 4 darin, den Stromfluß 50 zwischen der Drain-Elektrode 110b und der Source-Elektrode 110a zu steuern. Der Stromfluß 50 durchläuft dabei einen vertikalen Driftbereich 9 im SiC-Sub strat 100a und in der n^--SiC-Schicht 3 sowie einen lateralen Kanalbereich 80 in der p-Schicht 11. Der Widerstand des Kanalbereichs 80 kann über eine Gate-Elektrode 14 eingestellt werden, wobei eine elektrisch isolierende Oxidschicht 13 die Gate-Elektrode 14 vom Kanalbereich 80 in der p-Schicht 11 trennt.

Wie das Ausführungsbeispiel des MOSFET's demonstriert, wird gerade auch in komplexeren Halbleiteranordnungen häufig eine elektrische Kontaktierung von ersten und zweiten Halbleiter gebieten 100 und 200 mit verschiedenem Leitungstyp benötigt. Die Kontaktierung erfolgt dabei wie in den Beispielen der Fig. 1 bis 3 bereits beschrieben.

In einer nicht dargestellten Ausführungsform sind mehrere der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Halbleiteranordnungen Be standteil einer komplexen Halbleiteranordnung, die folglich eine Vielzahl von ersten und zweiten Halbleitergebieten 100 und 200 nebst der Kontaktierung über die zugehörigen ersten und zweiten Kontaktgebiete 110 und 210 beinhaltet.

Claims

1. Halbleiteranordnung mit ohmscher Kontaktierung umfassend:

a) mindestens ein erstes Halbleitergebiet (100) aus n leitendem Siliciumcarbid und mindestens ein zweites Halbleitergebiet (200) aus p-leitendem Siliciumcarbid, wobei das n-leitende und das p-leitende Siliciumcarbid jeweils eine Dotierstoffkonzentration zwischen 10¹⁷ cm^-3 und 10²⁰ cm^-3 aufweisen, und
b) mindestens ein erstes an das erste Halbleitergebiet (100) angrenzendes Kontaktgebiet (110) und mindestens ein zweites an das zweite Halbleitergebiet (200) angrenzendes Kontaktgebiet (210),

wobei

a) das erste und das zweite Kontaktgebiet (110, 210) eine zumindest annähernd gleiche und innerhalb des jeweiligen Kontaktgebiets (110, 210) praktisch homogene Material zusammensetzung aufweisen.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Kontaktgebiet (110, 210) auf einer gemeinsamen Schichtober fläche (70) angeordnet sind.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Kontaktgebiet (110, 210) auf verschiedenen Schichtoberflächen (71, 72) angeordnet sind.

4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Kontaktgebiet (110, 210) zusammenhängend ausgebildet sind.

5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Kontaktgebiet (110, 210) getrennt ausgebildet sind.

6. Halbleiteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Kontaktgebiet (110, 210) aus einem Material bestehen, das sich wenigstens aus einer ersten Materialkomponente, die einen ohmschen Kontakt auf n-leiten dem Siliciumcarbid mit einem Kontaktwiderstand ≦ 10^-1 Ωcm², vorzugsweise ≦ 10^-3 Ωcm², bildet, und aus einer zweiten Mate rialkomponente, die ein Element der dritten Hauptgruppe des Periodensystems ist, zusammensetzt.

7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Material komponente in dem Material mit einem Volumen-Anteil von 0,1% bis 50%, insbesondere von 0,5% bis 20%, enthalten ist.

8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6 oder 7, da durch gekennzeichnet, daß die erste Materialkomponente Nickel, Tantal, Titan, Wolfram, Molybdän, Chrom, Kobalt, Eisen oder ein anderes Übergangsmetall ist.

9. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Materialkomponente Aluminium, Bor oder Gallium ist.

10. Verfahren zur Kontaktierung einer Halbleiteranordnung, bei dem

a) mindestens ein erstes praktisch homogenes Kontaktgebiet (110) auf einem ersten Halbleitergebiet (100) aus n-lei tendem Siliciumcarbid und mindestens ein zweites prak tisch homogenes Kontaktgebiet (210) auf einem zweiten Halbleitergebiet (200) aus p-leitendem Siliciumcarbid ausgebildet werden, indem
b) für das erste und zweite Kontaktgebiet (110, 210) ein zumindest annähernd gleiches Material mit jeweils praktisch homogener Materialzusammensetzung innerhalb des jeweiligen Kontaktgebiets (110, 210) aufgebracht wird,

wobei

a) das erste und das zweite Halbleitergebiet (100, 200) jeweils eine Dotierstoffkonzentration zwischen 10¹⁷ cm^-3 und 10²⁰ cm^-3 haben.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß das erste und zweite Kontakt gebiet (110, 210) gleichzeitig auf das erste und zweite Halb leitergebiet (100, 200) aufgebracht werden.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß für das erste und zweite Kontaktgebiet (110, 210) ein Material vorgesehen wird, das sich wenigstens aus einer ersten Materialkomponente, die einen ohmschen Kontakt auf n-leitendem Siliciumcarbid mit einem Kontaktwiderstand ≦ 10^-1 Ωcm², vorzugsweise ≦ 10^-3 Ωcm², bildet, und aus einer zweiten Materialkomponente, die ein Element der dritten Hauptgruppe des Periodensystems ist, zusammensetzt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch ge kennzeichnet, daß für die zweite Material komponente ein Volumen-Anteil von 0,1% bis 50%, insbesondere von 0,5% bis 20%, in dem Material vorgesehen wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, da durch gekennzeichnet, daß als erste Materialkomponente Nickel, Tantal, Titan, Wolfram, Molybdän, Chrom, Kobalt, Eisen oder ein anderes Übergangsmetall vor gesehen wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, da durch gekennzeichnet, daß als zweite Materialkomponente Aluminium, Bor oder Gallium vorgesehen wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da durch gekennzeichnet, daß das Material durch gleichzeitiges Verdampfen oder Zerstäuben aus zwei getrennten Quellen der ersten und zweiten Materialkomponente aufgebracht wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da durch gekennzeichnet, daß ein Quell material vorab aus der ersten und zweiten Materialkomponente hergestellt wird und das Material dann durch Zerstäuben des Quellmaterials aufgebracht wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, da durch gekennzeichnet, daß das Material durch abwechselndes Auftragen dünner Schichten der ersten und zweiten Materialkomponente aufgebracht wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, da durch gekennzeichnet, daß die das erste und zweite Halbleitergebiet (100, 200) sowie das aufgebrachte erste und zweite Kontaktgebiet (110, 210) umfassende Halb leiteranordnung einem Temperprozeß mit einer Erhitzung auf eine Maximaltemperatur von mindestens 500°C, vorzugsweise von etwa 1000°C, unterzogen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch ge kennzeichnet, daß die Maximaltemperatur für eine Dauer von höchstens 2 Stunden, vorzugsweise von höch stens 2 Minuten, konstant gehalten wird.