WO2001022474A2 - Method for producing a semiconductor device consisting of silicon-carbide and comprising a schottky contact - Google Patents
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- WO2001022474A2 WO2001022474A2 PCT/DE2000/003148 DE0003148W WO0122474A2 WO 2001022474 A2 WO2001022474 A2 WO 2001022474A2 DE 0003148 W DE0003148 W DE 0003148W WO 0122474 A2 WO0122474 A2 WO 0122474A2
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- H10D62/8325—Silicon carbide
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- H10D64/0123—
Definitions
- the invention relates to a method for producing a semiconductor device made of silicon carbide with a Schottky contact, in which a semiconductor region made of ⁇ -silicon carbide (SiC) is provided with a surface, an oxide layer is produced on the surface, at least one further method step for producing the semiconductor device is carried out, a contact window to the surface is produced by at least partial removal of the oxide layer, a Schottky contact layer is applied to the surface in the region of the contact window.
- a method is known from US 5, 895, 260.
- No. 5,895,260 describes a method for producing an SiC Schottky diode.
- a first surface of the SiC region is first covered with a dielectric film, e.g. covered with an oxide layer not specified.
- an ohmic back contact in the form of a nickel (Ni) layer is applied to a second surface of the SiC region facing away from the first and formed at a forming temperature of 950 ° C.
- a contact window to the first surface is exposed in the dielectric film.
- Schottky metallization in the area of the contact window can also result in implant healing at a healing temperature between 350 ° C and 400 ° C.
- Ti / Al or Ni / Al not specified in more detail is used as the metal for the Schottky contact.
- US 5, 270, 252 and US 5, 471, 072 each disclose a Schottky diode realized in ⁇ -SiC. Platinum (Pt) is used as the base metal for the Schottky contact.
- An ohmic contact made of a titanium (Ti) / gold (Au) layer structure is formed before the Schottky contact is applied at about 750 ° C., the area for the Schottky contact being covered by a passivating oxide layer.
- This oxide layer is produced in an oxygen and water-containing atmosphere at an oxidation temperature of 1150 ° C, ie by a moist thermal oxidation.
- a contact window for the Schottky contact is created by removing the oxide layer in regions using a buffered HF solution.
- EP 0 380 340 A2 discloses a Schottky diode realized in ⁇ -SiC and its production. Platinum (Pt) serves as the base metal for the Schottky contact. An ohmic backside contact made of nickel (Ni) is formed at about 1000 ° C. before the Schottky contact is applied, the area for the Schottky contact not being particularly protected.
- Carbide Thin Films "by JA Edmond et al., J. Electrochem. Soc, Vol. 135, No. 2, 1988, pp. 359-362 is a process for The method according to the invention for producing a semiconductor device made of silicon carbide with a Schottky contact is a method in which at least one semiconductor region made of ⁇ -silicon carbide is provided with a surface, an oxide layer is produced on the surface, and at least another The method step for producing the semiconductor device is carried out, a contact window to the surface is produced by at least partially removing the oxide layer, and a Schottky contact layer is applied to the surface in the region of the contact window, a protective layer being produced as the oxide layer by means of dry thermal oxidation consists of silicon dioxide.
- the invention is based on the experimentally confirmed knowledge that a silicon dioxide (Si0 2 ) produced by means of dry thermal oxidation leads to a significantly better blocking behavior of the Schottky contact in the semiconductor field made of ⁇ -silicon carbide ( ⁇ -SiC) than in a production via a moist thermal oxidation.
- ⁇ -SiC ⁇ -silicon carbide
- the other type of thermal oxidation ie the dry oxidation
- the favorable interface properties for a MOS structure achieved by means of moist thermal oxidation consequently do not play a decisive role in a Schottky contact.
- the invention is based on the object of specifying a method of the type described in the introduction with which a Schottky contact can be produced, the quality of which is largely independent of the other method steps for producing the semiconductor device. In addition, it should be possible to produce a Schottky contact with reproducibly high quality.
- any other process steps that are carried out for the production of the semiconductor device cannot exert a negative influence on the surface quality and thus also not on the quality of the Schottky contact to be produced.
- the silicon dioxide produced by means of dry thermal oxidation it is now possible for the first time to preserve the surface properties and in some cases even improve them.
- other protective layers used hitherto have at least partially led to a deterioration in the surface properties which are decisive for the Schottky contact behavior.
- a favorable embodiment is one in which the dry thermal oxidation takes place in a practically pure oxygen atmosphere. Only oxygen (0 2 ) is supplied from the outside into the corresponding reaction space in which the oxidation takes place. In contrast, water is not introduced into the reaction space. Rather, it is beneficial to keep the remaining amount of water as low as possible. Therefore, the oxidation atmosphere contains an oxygen component that is at least 10 times larger than the water component.
- the Si0 2 is then produced at an oxidation temperature between 800 ° C and 1500 ° C.
- the oxygen in the oxidation atmosphere reacts chemically with the SiC on the surface of the semiconductor region to form silicon dioxide and volatile carbon oxide. In this thermal oxidation process the SiC material is used up from the surface and the Si0 2 protective layer grows into the SiC semiconductor region.
- an oxidation atmosphere is provided, the oxygen content of which exceeds the water content by at least 10 6 times.
- a particularly favorable temperature range for the dry thermal oxidation of the Si0 2 protective layer is between 1050 ° C and 1250 ° C. In this temperature range, a technically reasonable oxide thickness between 5 nm and 100 nm can be achieved in a reasonable process time of around 10 minutes to a few hours.
- the protective layer in the region of the Schottky contact is only removed immediately before the Schottky contact layer is applied. This ensures that the surface is not exposed to any environmental influences that reduce the quality that can be achieved.
- the Schottky contact then has a particularly high quality.
- An embodiment in which the silicon dioxide of the protective layer in the region of the contact window is removed by wet chemical etching with an HF-based etching solution is also favorable.
- BHF buffered hydrofluoric acid
- a selective chemical etching of the protective layer is possible with a wet chemical etching process, since the etching process stops automatically when the SiC surface is reached. The original properties of the surface are retained. In contrast, for example dry etching process does not offer this selectivity and also attack the SiC surface.
- At least one of the metals nickel (Ni), titanium (Ti) and gold can be used as the contact material for the Schottky contact layer
- Metallization made of a material with nickel and aluminum as the first and second material components provides particularly good Schottky contact behavior.
- the volume fraction of aluminum is then preferably at least 20%. In principle, however, any other material which forms a Schottky contact in the SiC semiconductor region can also be used for the Schottky contact layer.
- an ohmic contact layer is produced.
- such an ohmic contact layer is required as an electrical connection.
- Nickel or a nickel-iron (NiFe) alloy are, for example, materials that are well suited for the ohmic contact layer.
- formation is carried out with heating to a formation temperature of at least 500 ° C., in particular of at least 850 ° C.
- the Si0 2 protective layer protects the surface for the Schottky contact. If this surface were exposed unprotected, the surface quality and thus the achievable quality of the Schottky contact would otherwise deteriorate.
- implant healing is provided in a further embodiment.
- This healing is usually carried out at a temperature at which epitaxial layer growth also takes place on SiC, since in addition to activating the implanted dopants during healing the damage caused by the implantation in the SiC crystal lattice is to be reduced.
- the healing temperature is therefore at least 1200 ° C.
- the curing is preferably carried out in a temperature range between 1200 ° C. and 1700 ° C. over a period of up to one hour, for example in an argon or hydrogen atmosphere.
- the cooling after curing then takes place in particular in a hydrogen atmosphere.
- the Si0 2 protective layer also serves as an effective surface protection in the described healing process.
- both the production of the protective layer and the healing process take place at a comparable temperature, both processes can also take place in parallel in the context of a further advantageous embodiment. This results in a shortened and therefore particularly efficient manufacture of the semiconductor device.
- the protective effect for the surface of the Schottky contact is unchanged due to the SiO 2 protective layer that forms.
- the semiconductor region to be contacted can consist of ⁇ -SiC of different polytypes.
- 6H, 4H, or 15R SiC can be used.
- the 4H poly type is particularly cheap.
- other than the ⁇ -SiC polytypes mentioned are also possible.
- Both the Si and the C side of the ⁇ -SiC single crystal used can be used as a contact area for the Schottky contact layer.
- the Si side is particularly favorable.
- a common misorientation with a misalignment of e.g. is up to 10 ° in these
- the semiconductor device Due to the high quality Schottky contact, in particular due to the low reverse current, the semiconductor device is particularly well suited for use as a fast high-voltage diode.
- the method for producing a semiconductor device with an allowable Reverse voltage of at least 3 kV can be used. This is because the method can also achieve a high Schottky barrier of more than 1.5 eV.
- the fact that the Schottky barrier can also be loaded with a higher field strength than in the case of a conventionally produced Schottky contact has a particular advantage for use in the case of a high reverse voltage.
- FIGS. The manufacture of a semiconductor device in the form of an SiC Schottky diode is illustrated in FIGS.
- the starting point is a strongly n-conducting 4H-SiC substrate 10 with a dopant concentration between 10 17 cm “3 and 10 20 cm “ 3 , here in particular from 10 19 cm "3.
- a weakly n-conducting 4H is located on the substrate 10 SiC epitaxial layer 11 with a dopant concentration of less than 10 17 cm “ 3 , here in particular from 3-10 15 cm " 3.
- Nitrogen serves as the dopant for the n-type SiC.
- the low doping of the epitaxial layer 11 ensures a high blocking capacity and the high doping of the substrate 10 and a low forward resistance of the Schottky diode to be produced.
- the Schottky diode is designed for a reverse voltage of up to approximately 3 kV.
- a weakly p-conductive edge termination 300 is created by implanting aluminum ions on a surface 21 of the epitaxial layer 11 (FIG. 1b).
- the implanted edge termination 300 then surrounds the region of the surface 21 in which the Schottky contact is to be applied.
- the edge termination prevents an excessive electric field in the area of the Schottky contact during operation of the Schottky diode.
- Such an edge closure is disclosed in WO 96/03774.
- FIG. 1b The arrangement in FIG. 1b is then subjected to a combined oxidation and healing process (FIG. 1c).
- This common process takes place at a temperature of 1200 ° C in a pure oxygen atmosphere.
- the damage to the crystal lattice of the SiC epitaxial layer 11 caused by the implantation of the edge termination 300 is at least partially eliminated, and the implanted aluminum ions are activated.
- a dry thermal oxidation takes place simultaneously on the surface 21, which leads to the formation of a protective layer 150 made of an SiO 2 with a thickness of 30 nm to 100 nm.
- the protective layer 150 formed in this way then covers the surface 21 in particular in the area in which the Schottky contact is applied in a later method step.
- An oxide layer which may have also formed on the back during the oxidation process which is actually only intended to produce the protective layer 150, is removed beforehand.
- the rear side contact layer 140 is used for ohmic contacting of the Schottky diode.
- a nickel layer is applied as the contact material.
- the rear side contact layer 140 is subjected to a formation at a temperature of approximately 900 ° C. The surface 21 is effectively protected by the protective layer 150 during this formation.
- a Schottky contact layer is then applied in the region of the contact window 160 immediately after the protective layer 150 has been removed.
- a nickel-aluminum material with a nickel and aluminum content of 50% each is used as the contact material for the Schottky contact layer 110.
- the Schottky contact layer 110 and the rear-side contact layer 140 are each additionally covered by a contact reinforcement layer 131 or 132 made of aluminum. At the same time, the rest of the protective layer 150 that is no longer required is also removed. This last process step affects the existing NEN Schottky contact in any way, since the semiconductor device in particular is also no longer brought to an elevated temperature.
- the quality of the Schottky diode produced according to the method shown in FIGS. 1 a to 1 f is now illustrated with reference to FIG. 2.
- the use of a protective layer 150 produced by means of dry thermal oxidation is particularly crucial.
- a comparison of the blocking behavior of Schottky contacts which have been produced on an unoxidized, a moist and a dry oxidized surface is therefore shown in FIG.
- the logarithmically scaled reverse current is plotted against the linearly scaled reverse voltage in the diagram.
- the blocking characteristic for the unoxidized surface is designated 50, that for the moist oxidized surface 51 and that for the dry oxidized surface 52.
- the favorable influence of using an oxidized protective layer compared to an unprotected surface can be clearly seen.
- the reverse current for a Schottky diode which has been manufactured using an Si0 2 protective layer produced by dry or wet oxidation, is at least for small reverse voltages almost three orders of magnitude below the reverse current of a Schottky diode manufactured with an unprotected surface.
- the advantage of a dry versus a moist oxidation is also clearly expressed. While the use of wet oxidation increases the reverse current at higher reverse voltages and even exceeds the value that can be achieved with an unprotected surface, the reverse current remains at the favorable low value when using dry oxidation even with high reverse voltages.
- the dry thermal oxidation method is therefore particularly well suited for producing a semiconductor device designed for a high reverse voltage.
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Abstract
Description
Beschreibungdescription
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung aus Si- liciumcarbid mit einem Schottky-Kontakt auf einer mit thermi- scher Oxidation vorbehandelten Oberfläche sowie Verwendung des VerfahrensMethod for producing a silicon carbide semiconductor device with a Schottky contact on a surface pretreated with thermal oxidation, and use of the method
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid mit einem Schottky- Kontakt, bei dem ein Halbleitergebiet aus α-Siliciumcarbid (SiC) mit einer Oberfläche bereitgestellt wird, eine Oxidschicht auf der Oberfläche erzeugt wird, zumindest ein weiterer Verfahrensschritt zur Herstellung der Halbleitervorrichtung durchgeführt wird, durch zumindest teilweises Entfernen der Oxidschicht ein Kontaktfenster zur Oberfläche erzeugt wird, im Bereich des Kontaktfensters eine Schottky-Kontakt- schicht auf die Oberfläche aufgebracht wird. Ein solches Verfahren ist aus der US 5 , 895 , 260 bekannt.The invention relates to a method for producing a semiconductor device made of silicon carbide with a Schottky contact, in which a semiconductor region made of α-silicon carbide (SiC) is provided with a surface, an oxide layer is produced on the surface, at least one further method step for producing the semiconductor device is carried out, a contact window to the surface is produced by at least partial removal of the oxide layer, a Schottky contact layer is applied to the surface in the region of the contact window. Such a method is known from US 5, 895, 260.
In der US 5,895,260 wird ein Verfahren zur Herstellung einer SiC-Schottky-Diode beschrieben. Eine erste Oberfläche des SiC-Gebiets wird zunächst mit einem dielektrischen Film, z.B. mit einer nicht näher spezifizierten Oxidschicht, bedeckt. Dann wird auf einer von der ersten abgewandten zweiten Ober- fläche des SiC-Gebiets ein ohmscher Rückseitenkontakt in Form einer Nickel (Ni) -Schicht aufgebracht und bei einer Formierungstemperatur von 950°C formiert. Nach Implantation eines in SiC inaktiven Materials in den Randbereich der ersten Oberfläche wird in dem dielektrischen Film ein Kontaktfenster zur ersten Oberfläche freigelegt. Vor Aufbringen einerNo. 5,895,260 describes a method for producing an SiC Schottky diode. A first surface of the SiC region is first covered with a dielectric film, e.g. covered with an oxide layer not specified. Then an ohmic back contact in the form of a nickel (Ni) layer is applied to a second surface of the SiC region facing away from the first and formed at a forming temperature of 950 ° C. After implantation of a material inactive in SiC in the edge region of the first surface, a contact window to the first surface is exposed in the dielectric film. Before applying one
Schottky-Metallisierung im Bereich des Kontaktfensters kann noch eine Implantationsausheilung bei einer Ausheilungstempe- ratur zwischen 350°C und 400°C stattfinden. Als Metall für den Schottky-Kontakt wird nicht näher spezifiziertes Ti/Al oder Ni/Al verwendet. Mit der US 5, 270, 252 sowie der US 5, 471 , 072 wird jeweils eine in ß-SiC realisierte Schottky-Diode offenbart. Als Basismetall für den Schottky-Kontakt dient jeweils Platin (Pt) . Ein ohmscher Kontakt aus einem Titan (Ti) /Gold (Au) -Schichtaufbau wird vor Aufbringen des Schottky-Kontakts bei etwa 750°C formiert, wobei der Bereich für den Schottky-Kontakt durch eine passivierende Oxidschicht bedeckt ist. Diese Oxidschicht wird in einer Sauerstoff- und wasserhaltigen Atmosphäre bei einer Oxidationstemperatur von 1150°C, d.h. also durch eine feuchte thermische Oxidation hergestellt. Nach der ohmschen Kontaktformierung wird durch bereichsweises Entfernen der Oxidschicht mittels einer gepufferten HF-Lösung ein Kontaktfenster für den Schottky-Kontakt erzeugt.Schottky metallization in the area of the contact window can also result in implant healing at a healing temperature between 350 ° C and 400 ° C. Ti / Al or Ni / Al not specified in more detail is used as the metal for the Schottky contact. US 5, 270, 252 and US 5, 471, 072 each disclose a Schottky diode realized in β-SiC. Platinum (Pt) is used as the base metal for the Schottky contact. An ohmic contact made of a titanium (Ti) / gold (Au) layer structure is formed before the Schottky contact is applied at about 750 ° C., the area for the Schottky contact being covered by a passivating oxide layer. This oxide layer is produced in an oxygen and water-containing atmosphere at an oxidation temperature of 1150 ° C, ie by a moist thermal oxidation. After the ohmic contact formation, a contact window for the Schottky contact is created by removing the oxide layer in regions using a buffered HF solution.
In der DE 196 12 692 Cl wird die Erzeugung einer Oxidschicht auf Siliciumcarbid mittels trockener und feuchter thermischer Oxiation beschrieben. Die Oxidschicht dient dann insbesondere als Gate-Isolation einer MOS (Metal Oxide Semiconductor) - Struktur. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass eine über einen feuchten thermischen Oxidationsprozess hergestellte Oxidschicht deutlich bessere Grenzflächeneigenschaften aufweist als eine über einen trockenen thermischen Oxidationsprozess hergestellte Oxidschicht. Deshalb wird an der Grenzfläche zum SiC-Halbleitergebiet auch vorzugsweise ein über eine feuchte thermische Oxidation hergestelltes Oxid verwendet .DE 196 12 692 Cl describes the production of an oxide layer on silicon carbide by means of dry and moist thermal oxidation. The oxide layer then serves in particular as gate insulation of a MOS (metal oxide semiconductor) structure. It is expressly pointed out that an oxide layer produced using a moist thermal oxidation process has significantly better interface properties than an oxide layer produced using a dry thermal oxidation process. For this reason, an oxide produced by means of a moist thermal oxidation is preferably also used at the interface with the SiC semiconductor region.
Mit der EP 0 380 340 A2 wird eine in α-SiC realisierte Schottky-Diode und deren Herstellung offenbart. Als Basisme- tall für den Schottky-Kontakt dient Platin (Pt) . Ein ohmscher Rückseitenkontakt aus Nickel (Ni) wird vor Aufbringen des Schottky-Kontakts bei etwa 1000°C formiert, wobei der Bereich für den Schottky-Kontakt nicht besonders geschützt ist.EP 0 380 340 A2 discloses a Schottky diode realized in α-SiC and its production. Platinum (Pt) serves as the base metal for the Schottky contact. An ohmic backside contact made of nickel (Ni) is formed at about 1000 ° C. before the Schottky contact is applied, the area for the Schottky contact not being particularly protected.
Aus dem Fachaufsatz „Electrical Contacts to Beta SiliconFrom the technical paper “Electrical Contacts to Beta Silicon
Carbide Thin Films " von J. A. Edmond et al . , J. Electrochem . Soc , Vol . 135, No . 2, 1988, S . 359-362 ist ein Verfahren zur Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung aus Siliciumcarbid mit einem Schottky- Kontakt handelt es sich um ein Verfahren, bei dem mindestens ein Halbleitergebiet aus α-Siliciumcarbid mit einer Ober- fläche bereitgestellt wird, eine Oxidschicht auf der Oberfläche erzeugt wird, zumindest ein weiterer Verfahrensschritt zur Herstellung der Halbleitervorrichtung durchgeführt wird, durch zumindest teilweises Entfernen der Oxidschicht ein Kontaktfenster zur Oberfläche erzeugt wird, im Bereich des Kontaktfensters eine Schottky-Kontakt- schicht auf die Oberfläche aufgebracht wird, wobei als Oxidschicht mittels trockener thermischer Oxidation eine Schutzschicht hergestellt wird, die aus Silicium- dioxid besteht.Carbide Thin Films "by JA Edmond et al., J. Electrochem. Soc, Vol. 135, No. 2, 1988, pp. 359-362 is a process for The method according to the invention for producing a semiconductor device made of silicon carbide with a Schottky contact is a method in which at least one semiconductor region made of α-silicon carbide is provided with a surface, an oxide layer is produced on the surface, and at least another The method step for producing the semiconductor device is carried out, a contact window to the surface is produced by at least partially removing the oxide layer, and a Schottky contact layer is applied to the surface in the region of the contact window, a protective layer being produced as the oxide layer by means of dry thermal oxidation consists of silicon dioxide.
Die Erfindung beruht dabei auf der experimentell bestätigten Erkenntnis, dass ein mittels trockener thermischer Oxidation hergestelltes Siliciumdioxid (Si02) zu einem wesentlich bes- seren Sperrverhalten des Schottky-Kontakts auf dem Halbleitergebiet aus α-Siliciumcarbid (α-SiC) führt als bei einer Herstellung über eine feuchte thermische Oxidation. Verglichen mit der Herstellung einer Gate-Isolation für eine MOS-Struktur liefert somit gerade die andere thermische Oxi- dationsart, d.h. die trockene Oxidation, deutlich bessere Resultate, insbesondere wenn ein möglichst gutes Sperrverhalten erwünscht wird. Die mittels feuchter thermischer Oxidation erzielten günstigen Grenzflächeneigenschaften für eine MOS- Struktur spielen bei einem Schottky-Kontakt folglich keine entscheidende Rolle. Es konnte vielmehr experimentell gezeigt werden, dass die feuchte thermische Oxidation die Eigenschaft der Oberfläche, auf die der Schottky-Kontakt aufgebracht werden soll, massiv verschlechtert, während bei einer trockenen thermischen Oxidation ein nahezu ideales Schottky-Kontaktver- halten erreicht werden kann. Dies ist an dem niedrigen Sperrstrom, der einen Wert von kleiner als 10"7 Acπf2 annimmt, und auch an dem günstigen Temperaturverhalten abzulesen. Ein ver- Herstellung eines Schottky-Kontakts auf einem Halbleitergebiet aus ß-SiC bekannt. Vor dem Aufbringen der Schottky- Kontaktschicht wird die Oberfläche mittels eines trockenen thermischen Oxidationsprozesses gereinigt. Dabei wird jedoch ausdrücklich mehrfach darauf hingewiesen, dass die Kontaktie- rungsverfahren für ß-SiC und für α-SiC stark voneinander abweichen. Insbesondere sind die Verfahren auch nicht übertragbar.The invention is based on the experimentally confirmed knowledge that a silicon dioxide (Si0 2 ) produced by means of dry thermal oxidation leads to a significantly better blocking behavior of the Schottky contact in the semiconductor field made of α-silicon carbide (α-SiC) than in a production via a moist thermal oxidation. Compared to the production of a gate insulation for a MOS structure, the other type of thermal oxidation, ie the dry oxidation, delivers significantly better results, especially when the best possible blocking behavior is desired. The favorable interface properties for a MOS structure achieved by means of moist thermal oxidation consequently do not play a decisive role in a Schottky contact. Rather, it could be shown experimentally that the moist thermal oxidation massively deteriorates the property of the surface to which the Schottky contact is to be applied, while an almost ideal Schottky contact behavior can be achieved with dry thermal oxidation. This can be seen from the low reverse current, which assumes a value of less than 10 "7 Acπf 2 , and also from the favorable temperature behavior. Manufacture of a Schottky contact on a semiconductor field made of β-SiC known. Before the Schottky contact layer is applied, the surface is cleaned using a dry thermal oxidation process. However, it is expressly pointed out several times that the contacting methods for β-SiC and for α-SiC differ greatly. In particular, the methods are also not transferable.
In dem SiC-Übersichtsartikel von J. B . Casady und R . W. Johnson in „Solid-State Electronics ", Vol . 39, No . 10, pp . 1409-1422, 1996, hat ein Abschnitt die Schottky-Kontaktierung von SiC zum Thema. Demnach sind bisher Nickel (Ni) , Nickelchrom (NiCr) , Gold (Au) , Platin (Pt) , Titan (Ti) , Magnesium (Mg) , Kobalt (Co) , Aluminium (AI) , Hafnium (Hf) und Palladium (Pd) für einen Schottky-Kontakt auf SiC verwendet worden. Die Höhe der erzielbaren Schottky-Barriere hängt außer vom verwendeten Metall auch noch von der Oberflächenqualität des Siliciumcar- bids, dem Abscheideverfahren, dem SiC-Polytyp, der Leitfähig- keit (n- oder p-leitend) und der Orientierung der SiC-Ober- flache (Si- oder C-Seite) ab. Genauere Angaben, beispielsweise über ein besonders günstiges Herstellungsverfahren, werden jedoch nicht gemacht.In the SiC review article by J. B. Casady and R. W. Johnson in "Solid-State Electronics", Vol. 39, No. 10, pp. 1409-1422, 1996, has a section on the Schottky contacting of SiC. Accordingly, nickel (Ni), nickel chromium (NiCr ), Gold (Au), platinum (Pt), titanium (Ti), magnesium (Mg), cobalt (Co), aluminum (Al), hafnium (Hf) and palladium (Pd) have been used for Schottky contact on SiC The height of the Schottky barrier that can be achieved depends not only on the metal used but also on the surface quality of the silicon carbide, the deposition process, the SiC polytype, the conductivity (n- or p-type) and the orientation of the SiC surface - Flat (Si or C side), but no further details, for example about a particularly favorable manufacturing process, are given.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Art anzugeben, mit dem ein Schottky-Kontakt hergestellt werden kann, dessen Qualität weitgehend unabhängig von den übrigen Verfahrensschritten zur Herstellung der Halbleitervorrichtung ist. Außerdem soll ein Schottky-Kontakt mit reproduzierbar hoher Qualität hergestellt werden können.The invention is based on the object of specifying a method of the type described in the introduction with which a Schottky contact can be produced, the quality of which is largely independent of the other method steps for producing the semiconductor device. In addition, it should be possible to produce a Schottky contact with reproducibly high quality.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 angegeben. gleichbar gutes Schottky-Kontaktverhalten lässt sich nach derzeitigem Kenntnisstand mit keiner anderen Schutzschicht erzielen. Durch die Verwendung der Schutzschicht aus über eine trockene Oxidation hergestelltem Si0 lassen sich vor Aufbringen des Schottky-Kontakts außerdem reproduzierbar gute Oberflächeneigenschaften einstellen.To achieve the object, a method is specified according to the features of claim 1. Equally good Schottky contact behavior cannot be achieved with any other protective layer based on current knowledge. By using the protective layer made of SiO produced by dry oxidation, reproducible good surface properties can also be set before the Schottky contact is applied.
Da die Oberfläche durch die Si02-Schutzschicht quasi versiegelt ist, können auch beliebige weitere Verfahrensschritte, die zur Herstellung der Halbleitervorrichtung durchgeführt werden, keinen negativen Einfluss auf die Oberflächenqualität und somit auch nicht auf die Qualität des herzustellenden Schottky-Kontakts ausüben. Mit der Verwendung des mittels trockener thermischer Oxidation hergestellten Siliciumdioxids gelingt es nun erstmals, die Oberflächeneigenschaften zu konservieren und teilweise sogar zu verbessern. Andere bislang verwendete Schutzschichten haben dagegen zumindest teilweise auch zu einer Verschlechterung der für das Schottky-Kontakt- verhalten ausschlaggebenden Oberflächeneigenschaften geführt.Since the surface is quasi sealed by the Si0 2 protective layer, any other process steps that are carried out for the production of the semiconductor device cannot exert a negative influence on the surface quality and thus also not on the quality of the Schottky contact to be produced. With the use of the silicon dioxide produced by means of dry thermal oxidation, it is now possible for the first time to preserve the surface properties and in some cases even improve them. By contrast, other protective layers used hitherto have at least partially led to a deterioration in the surface properties which are decisive for the Schottky contact behavior.
Besondere Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Special embodiments of the method result from the dependent claims.
Günstig ist eine Ausführungsform, bei der die trockene ther- mische Oxidation in einer praktisch reinen Sauerstoff-Atmosphäre stattfindet. In den entsprechenden Reaktionsraum, in dem die Oxidation stattfindet, wird von außen dabei nur Sauerstoff (02) zugeführt. Wasser wird dagegen nicht in den Reaktionsraum eingeleitet. Es ist vielmehr günstig, den Restan- teil an Wasser möglichst niedrig zu halten. Deshalb enthält die Oxidationsatmosphäre einen Sauerstoffanteil, der mindestens 10 mal größer als der Wasseranteil ist. Das Si02 wird dann bei einer Oxidationstemperatur zwischen 800°C und 1500°C hergestellt. Dabei reagiert der Sauerstoff der Oxidationsat- mosphäre chemisch mit dem SiC an der Oberfläche des Halbleitergebiets unter Bildung von Siliciumdioxid und flüchtigem Kohlenstoffoxid. Bei diesem thermischen Oxidationsprozess wird das SiC-Material von der Oberfläche her aufgebraucht und die Si02-Schutzschicht wächst in das SiC-Halbleitergebiet hinein.A favorable embodiment is one in which the dry thermal oxidation takes place in a practically pure oxygen atmosphere. Only oxygen (0 2 ) is supplied from the outside into the corresponding reaction space in which the oxidation takes place. In contrast, water is not introduced into the reaction space. Rather, it is beneficial to keep the remaining amount of water as low as possible. Therefore, the oxidation atmosphere contains an oxygen component that is at least 10 times larger than the water component. The Si0 2 is then produced at an oxidation temperature between 800 ° C and 1500 ° C. The oxygen in the oxidation atmosphere reacts chemically with the SiC on the surface of the semiconductor region to form silicon dioxide and volatile carbon oxide. In this thermal oxidation process the SiC material is used up from the surface and the Si0 2 protective layer grows into the SiC semiconductor region.
Die Qualität des nachfolgend hergestellten Schottky-Kontakts ist nun um so höher, je reiner die Oxidationsatmosphäre bei der Herstellung der Si02-Schutzschicht ist. Deshalb ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Oxidationsatmosphäre vorgesehen, deren Sauerstoffanteil den Wasseranteil um mindestens das 106fache übersteigt.The quality of the Schottky contact subsequently produced is now higher, the purer the oxidation atmosphere in the production of the Si0 2 protective layer. Therefore, in a further preferred embodiment, an oxidation atmosphere is provided, the oxygen content of which exceeds the water content by at least 10 6 times.
Ein besonders günstiger Temperaturbereich für die trockene thermische Oxidation der Si02-Schutzschicht liegt zwischen 1050°C und 1250°C. In diesem Temperaturbereich lässt sich in einer vertretbaren Prozesszeit von etwa 10 Minuten bis zu einigen Stunden eine technisch sinnvolle Oxiddicke zwischen 5 nm und 100 nm erzielen.A particularly favorable temperature range for the dry thermal oxidation of the Si0 2 protective layer is between 1050 ° C and 1250 ° C. In this temperature range, a technically reasonable oxide thickness between 5 nm and 100 nm can be achieved in a reasonable process time of around 10 minutes to a few hours.
Um die schützende Wirkung der Schutzschicht möglichst lange aufrechtzuerhalten, ist es bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, die Schutzschicht im Bereich des Schottky-Kontakts erst unmittelbar vor Aufbringen der Schottky-Kontaktschicht zu entfernen. Damit wird sichergestellt, dass die Oberfläche keinem die erzielbare Qualität mindernden Umgebungseinfluss ausgesetzt wird. Der Schottky- Kontakt hat dann eine besonders hohe Qualität.In order to maintain the protective effect of the protective layer for as long as possible, it is provided in a further advantageous embodiment that the protective layer in the region of the Schottky contact is only removed immediately before the Schottky contact layer is applied. This ensures that the surface is not exposed to any environmental influences that reduce the quality that can be achieved. The Schottky contact then has a particularly high quality.
Günstig ist auch eine Ausführungsform, bei der das Silicium- dioxid der Schutzschicht im Bereich des Kontaktfensters durch nasschemisches Ätzen mit einer HF-basierten Ätzlösung entfernt wird. Besonders gut eignet sich eine Ätzlösung aus gepufferter Flusssäure (=BHF) , mit einem HF-Anteil zwischen etwa 10% und etwa 15%. Mit einem nasschemischen Ätzprozess ist ein selektives Ätzen der Schutzschicht möglich, da der Ätzvorgang von selbst bei Erreichen der SiC-Oberflache stoppt. Die ursprünglichen Eigenschaften der Oberfläche bleiben damit erhalten. Demgegenüber würde beispielsweise ein trockener Ätzprozess diese Selektivität nicht bieten und auch die SiC-Oberflache angreifen.An embodiment in which the silicon dioxide of the protective layer in the region of the contact window is removed by wet chemical etching with an HF-based etching solution is also favorable. An etching solution made of buffered hydrofluoric acid (= BHF) is particularly well suited, with an HF content between approximately 10% and approximately 15%. A selective chemical etching of the protective layer is possible with a wet chemical etching process, since the etching process stops automatically when the SiC surface is reached. The original properties of the surface are retained. In contrast, for example dry etching process does not offer this selectivity and also attack the SiC surface.
Als Kontaktwerkstoff für die Schottky-Kontaktschicht kann we- nigstens eines der Metalle Nickel (Ni) , Titan (Ti) , GoldAt least one of the metals nickel (Ni), titanium (Ti) and gold can be used as the contact material for the Schottky contact layer
(Au) , Platin (Pt) oder Aluminium (AI) aufgebracht werden. Ein besonders gutes Schottky-Kontaktverhalten liefert eine Metallisierung aus einem Material mit Nickel und Aluminium als erster bzw. zweiter Materialkomponente. Der Volumenanteil des Aluminiums liegt dann vorzugsweise bei mindestens 20 %. Prinzipiell kann jedoch auch jedes andere Material, das auf dem SiC-Halbleitergebiet einen Schottky-Kontakt bildet, für die Schottky-Kontaktschicht verwendet werden.(Au), platinum (Pt) or aluminum (AI) can be applied. Metallization made of a material with nickel and aluminum as the first and second material components provides particularly good Schottky contact behavior. The volume fraction of aluminum is then preferably at least 20%. In principle, however, any other material which forms a Schottky contact in the SiC semiconductor region can also be used for the Schottky contact layer.
Bei einer weiteren Ausführungsvariante des Verfahrens wird eine ohmsche Kontaktschicht hergestellt. Bei praktisch allen bekannten SiC-Halbleitervorrichtungen wird eine solche ohmsche Kontaktschicht als elektrischer Anschluss benötigt. Nickel oder auch eine Nickel-Eisen (NiFe) -Legierung sind bei- spielsweise für die ohmsche Kontaktschicht gut geeignete Materialien. Nach dem Materialauftrag wird eine Formierung mit einer Erhitzung auf eine Formierungstemperatur von mindestens 500°C, insbesondere von mindestens 850°C, durchgeführt. Während dieser Temperaturbehandlung schützt die Si02-Schutz- schicht die Oberfläche für den Schottky-Kontakt. Bei ungeschützter Exposition dieser Oberfläche würde andernfalls eine Verschlechterung der Oberflächenqualität und damit auch der erzielbaren Qualität des Schottky-Kontakts resultieren.In a further embodiment variant of the method, an ohmic contact layer is produced. In practically all known SiC semiconductor devices, such an ohmic contact layer is required as an electrical connection. Nickel or a nickel-iron (NiFe) alloy are, for example, materials that are well suited for the ohmic contact layer. After the material has been applied, formation is carried out with heating to a formation temperature of at least 500 ° C., in particular of at least 850 ° C. During this temperature treatment, the Si0 2 protective layer protects the surface for the Schottky contact. If this surface were exposed unprotected, the surface quality and thus the achievable quality of the Schottky contact would otherwise deteriorate.
Da eine Halbleitervorrichtung üblicherweise Halbleitergebiete mit unterschiedlicher Dotierung enthält, die insbesondere auch über eine Ionenimplantation hergestellt werden können, ist bei einer weiteren Ausgestaltung eine Implantationsausheilung vorgesehen. Diese Ausheilung wird üblicherweise bei einer Temperatur durchgeführt, bei der auch epitaktisches Schichtwachstum auf SiC stattfindet, da bei der Ausheilung neben einer Aktivierung der implantierten Dotierstoffe auch ein Abbau der durch die Implantation hervorgerufenen Schäden im SiC-Kristallgitter durchgeführt werden soll. Deshalb liegt die Ausheilungstemperatur bei mindestens 1200°C. Vorzugsweise erfolgt das Ausheilen in einem Temperaturbereich zwischen 1200°C und 1700°C über eine Dauer von bis zu einer Stunde beispielsweise in einer Argon- oder Wasserstoffatmosphäre. Das Abkühlen nach dem Ausheilen erfolgt dann insbesondere in einer Wasserstoffatmosphäre . Auch bei dem beschriebenen Ausheilprozess dient die Si02-Schutzschicht als wirksamer Oberflächenschutz.Since a semiconductor device usually contains semiconductor regions with different doping, which in particular can also be produced via an ion implantation, implant healing is provided in a further embodiment. This healing is usually carried out at a temperature at which epitaxial layer growth also takes place on SiC, since in addition to activating the implanted dopants during healing the damage caused by the implantation in the SiC crystal lattice is to be reduced. The healing temperature is therefore at least 1200 ° C. The curing is preferably carried out in a temperature range between 1200 ° C. and 1700 ° C. over a period of up to one hour, for example in an argon or hydrogen atmosphere. The cooling after curing then takes place in particular in a hydrogen atmosphere. The Si0 2 protective layer also serves as an effective surface protection in the described healing process.
Da sowohl die Herstellung der Schutzschicht als auch der Ausheilprozess bei einer vergleichbaren Temperatur stattfinden, können beide Prozesse im Rahmen einer weiteren vor- teilhaften Ausführungsform auch zeitlich parallel stattfinden. Dadurch erreicht man eine verkürzte und damit besonders effiziente Herstellung der Halbleitervorrichtung. Die Schutzwirkung für die Oberfläche des Schottky-Kontakts ist durch die sich bildende Si02-Schutzschicht unverändert gegeben.Since both the production of the protective layer and the healing process take place at a comparable temperature, both processes can also take place in parallel in the context of a further advantageous embodiment. This results in a shortened and therefore particularly efficient manufacture of the semiconductor device. The protective effect for the surface of the Schottky contact is unchanged due to the SiO 2 protective layer that forms.
Das zu kontaktierende Halbleitergebiet kann aus α-SiC verschiedenen Polytyps bestehen. Insbesondere kann 6H-, 4H-, oder 15R-SiC verwendet werden. Besonders günstig ist der 4H- Polytyp. Andere als die genannten α-SiC-Polytypen sind jedoch ebenfalls möglich. Sowohl die Si- als auch die C-Seite des verwendeten α-SiC-Einkristalls können als Kontaktfläche für die Schottky-Kontaktschicht verwendet werden. Besonders günstig ist jedoch die Si-Seite. Eine übliche Fehlorientie- rung mit einem Fehlwinkel von z.B. bis zu 10° ist in diesenThe semiconductor region to be contacted can consist of α-SiC of different polytypes. In particular, 6H, 4H, or 15R SiC can be used. The 4H poly type is particularly cheap. However, other than the α-SiC polytypes mentioned are also possible. Both the Si and the C side of the α-SiC single crystal used can be used as a contact area for the Schottky contact layer. However, the Si side is particularly favorable. A common misorientation with a misalignment of e.g. is up to 10 ° in these
Orientierungsangaben mit eingeschlossen.Orientation information included.
Aufgrund des hoch qualitativen Schottky-Kontakts, insbesondere aufgrund des niedrigen Sperrstroms eignet sich die Halb- leitervorrichtung besonders gut für einen Einsatz als schnelle Hochvoltdiode. Insbesondere kann das Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer zulässigen Sperrspannung von mindestens 3 kV verwendet werden. Dies liegt daran, dass mit dem Verfahren auch eine hohe Schottky- Barriere von mehr als 1,5 eV erreicht werden kann. Günstig für eine Anwendung bei einer hohen Sperrspannung wirkt sich dabei insbesondere aus, dass die Schottky-Barriere im Sperrfall auch mit einer höheren Feldstärke belastbar ist als bei einem herkömmlich hergestelltem Schottky-Kontakt.Due to the high quality Schottky contact, in particular due to the low reverse current, the semiconductor device is particularly well suited for use as a fast high-voltage diode. In particular, the method for producing a semiconductor device with an allowable Reverse voltage of at least 3 kV can be used. This is because the method can also achieve a high Schottky barrier of more than 1.5 eV. The fact that the Schottky barrier can also be loaded with a higher field strength than in the case of a conventionally produced Schottky contact has a particular advantage for use in the case of a high reverse voltage.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Zur Verdeutlichung ist die Zeichnung nicht maßstäblich ausgeführt und gewisse Merkmale sind schematisiert dargestellt. Im einzelnen zeigen:Preferred exemplary embodiments will now be explained in more detail with reference to the drawing. For clarification, the drawing is not to scale and certain features are shown schematically. In detail show:
Figuren la bis lf Herstellung einer Schottky-Diode mit Ver- wendung einer Si02-Schutzschicht undFigures la to lf manufacture of a Schottky diode using an Si0 2 protective layer and
Figur 2 Vergleich des Schottky-Kontaktverhaltens bei unoxidierter sowie feucht und trocken oxidierter Oberfläche.Figure 2 Comparison of the Schottky contact behavior with unoxidized and moist and dry oxidized surface.
Einander entsprechende Teile sind in den Figuren 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference numerals in FIGS. 1 and 2.
In den Figuren la bis lf wird die Herstellung einer Halbleitervorrichtung in Form einer SiC-Schottky-Diode dargestellt. Ausgangspunkt ist ein stark n-leitendes 4H-SiC-Substrat 10 mit einer Dotierstoffkonzentration zwischen 1017 cm"3 und 1020 cm"3, hier insbesondere von 1019 cm"3. Auf dem Substrat 10 befindet sich eine schwach n-leitende 4H-SiC-Epitaxieschicht 11 mit einer Dotierstoffkonzentration von kleiner als 1017 cm" 3, hier insbesondere von 3-1015 cm"3. Als Dotierstoff für das n-leitende SiC dient jeweils Stickstoff. Die niedrige Dotierung der Epitaxieschicht 11 gewährleistet eine hohe Sperrfähigkeit und die hohe Dotierung des Substrats 10 einen niedrigen Durchlasswiderstand der herzustellenden Schottky-Diode. Mit den angegebenen Dotierungen ist die Schottky-Diode für eine Sperrspannung von bis zu etwa 3 kV ausgelegt. Im nächsten Verfahrensschritt wird ein schwach p-leitender Randabschluss 300 mittels Implantation von Aluminiumionen an einer Oberfläche 21 der Epitaxieschicht 11 erzeugt (Figur lb) . Bei dem in Figur 1 unterstellten rotationssymmetrischen Aufbau umgibt der implantierte Randabschluss 300 dann den Bereich der Oberfläche 21, in dem der Schottky-Kontakt aufgebracht werden soll. Der Randabschluss vermeidet beim Betrieb der Schottky-Diode die Entstehung eines zu großen elektrischen Felds im Bereich des Schottky-Kontakts. Ein solcher Randabschluss ist mit der WO 96/03774 offenbart.The manufacture of a semiconductor device in the form of an SiC Schottky diode is illustrated in FIGS. The starting point is a strongly n-conducting 4H-SiC substrate 10 with a dopant concentration between 10 17 cm "3 and 10 20 cm " 3 , here in particular from 10 19 cm "3. A weakly n-conducting 4H is located on the substrate 10 SiC epitaxial layer 11 with a dopant concentration of less than 10 17 cm " 3 , here in particular from 3-10 15 cm " 3. Nitrogen serves as the dopant for the n-type SiC. The low doping of the epitaxial layer 11 ensures a high blocking capacity and the high doping of the substrate 10 and a low forward resistance of the Schottky diode to be produced. With the specified doping, the Schottky diode is designed for a reverse voltage of up to approximately 3 kV. In the next method step, a weakly p-conductive edge termination 300 is created by implanting aluminum ions on a surface 21 of the epitaxial layer 11 (FIG. 1b). In the case of the rotationally symmetrical structure assumed in FIG. 1, the implanted edge termination 300 then surrounds the region of the surface 21 in which the Schottky contact is to be applied. The edge termination prevents an excessive electric field in the area of the Schottky contact during operation of the Schottky diode. Such an edge closure is disclosed in WO 96/03774.
Die Anordnung von Figur lb wird dann einem kombinierten Oxi- dations- und Ausheilungsprozess unterzogen (Figur lc) . Dieser gemeinsame Prozess findet bei einer Temperatur von 1200°C in einer reinen Sauerstoffatmosphäre statt. Dabei werden zum einen die durch die Implantation des Randabschlusses 300 entstandenen Schäden im Kristallgitter der SiC-Epitaxieschicht 11 zumindest teilweise behoben, sowie die implantierten Aluminiumionen aktiviert. Außerdem findet gleichzeitig an der Oberfläche 21 eine trockene thermische Oxidation statt, die zur Bildung einer Schutzschicht 150 aus einem Si0 mit einer Dicke von 30 nm bis 100 nm führt. Die so gebildete Schutzschicht 150 bedeckt die Oberfläche 21 dann insbesondere in dem Bereich, in dem der Schottky-Kontakt in einem späteren Verfahrensschritt aufgebracht wird. Damit kann bei den vor dem Aufbringen des Schottky-Kontakts durchgeführten Verfahrensschritten keine Degradation der Oberflächenqualität auftreten. Deshalb erreicht man eine sehr hohe Güte des Schottky-Kontakts. Für die erzielbare Qualität des Schottky- Kontakts ist es außerdem günstig, dass die Atmosphäre, in der der Oxidationsprozess für die Schutzschicht 150 stattfindet, praktisch keinen Wasseranteil aufweist. Der Sauerstoffanteil übersteigt den Wasseranteil um das 106fache.The arrangement in FIG. 1b is then subjected to a combined oxidation and healing process (FIG. 1c). This common process takes place at a temperature of 1200 ° C in a pure oxygen atmosphere. On the one hand, the damage to the crystal lattice of the SiC epitaxial layer 11 caused by the implantation of the edge termination 300 is at least partially eliminated, and the implanted aluminum ions are activated. In addition, a dry thermal oxidation takes place simultaneously on the surface 21, which leads to the formation of a protective layer 150 made of an SiO 2 with a thickness of 30 nm to 100 nm. The protective layer 150 formed in this way then covers the surface 21 in particular in the area in which the Schottky contact is applied in a later method step. This means that no degradation of the surface quality can occur in the process steps carried out before the Schottky contact is applied. That is why a very high quality of Schottky contact is achieved. For the achievable quality of the Schottky contact, it is also favorable that the atmosphere in which the oxidation process for the protective layer 150 takes place has practically no water content. The oxygen content exceeds the water content by 10 6 times.
Die Oxidation der Schutzschicht 150 und die Ausheilung des Randabschlusses 300 können ebenso gut auch in getrennten Prozessschritten durchgeführt werden. Danach wird auf einer von der Epitaxieschicht 11 abgewandten Seite (=Rückseite) des Substrats 10 eine Rückseitenkontakt- schicht 140 aufgebracht (Figur ld) . Vorher wird eine Oxid- schicht, die sich gegebenenfalls während des eigentlich nur zur Herstellung der Schutzschicht 150 bestimmten Oxidations- prozesses auch auf der Rückseite gebildet hat, entfernt. Die Rückseitenkontaktschicht 140 dient der ohmschen Kontaktierung der Schottky-Diode. Als Kontaktmaterial wird eine Nickel- Schicht aufgebracht. Zur endgültigen Einstellung eines temperaturstabilen ohmschen Verhaltens wird die Rückseitenkontakt- schicht 140 einer Formierung bei einer Temperatur von etwa 900°C unterzogen. Die Oberfläche 21 ist während dieser Formierung durch die Schutzschicht 150 wirksam geschützt.The oxidation of the protective layer 150 and the healing of the edge seal 300 can also be carried out in separate process steps as well. Thereafter, a rear side contact layer 140 is applied to a side (= rear side) of the substrate 10 facing away from the epitaxial layer 11 (FIG. 1d). An oxide layer, which may have also formed on the back during the oxidation process which is actually only intended to produce the protective layer 150, is removed beforehand. The rear side contact layer 140 is used for ohmic contacting of the Schottky diode. A nickel layer is applied as the contact material. In order to finally set a temperature-stable ohmic behavior, the rear side contact layer 140 is subjected to a formation at a temperature of approximately 900 ° C. The surface 21 is effectively protected by the protective layer 150 during this formation.
Erst nach dem Formierungsprozess wird ein bis zur Oberfläche 21 reichendes Kontaktfenster 160 in der Schutzschicht 150 geöffnet (Figur le) . Dies geschieht über einen nasschemischen Ätzprozess mit gepufferter Flusssäure (=BHF) , der sich aufgrund seiner Selektivität besonders gut eignet. DieserOnly after the formation process is a contact window 160 in the protective layer 150 reaching to the surface 21 opened (FIG. 1). This is done using a wet chemical etching process with buffered hydrofluoric acid (= BHF), which is particularly suitable due to its selectivity. This
Ätzprozess stoppt nämlich, sobald das SiC der Oberfläche 21 erreicht ist. Die Eigenschaften der Oberfläche 21 werden damit durch den Ätzprozess nicht verändert . Unmittelbar nach Entfernen der Schutzschicht 150 wird dann eine Schottky-Kon- taktschicht im Bereich des Kontaktfensters 160 aufgebracht.This is because the etching process stops as soon as the SiC of the surface 21 is reached. The properties of the surface 21 are thus not changed by the etching process. A Schottky contact layer is then applied in the region of the contact window 160 immediately after the protective layer 150 has been removed.
Dadurch ist die Oberfläche 21 nur kürzest möglich ungeschützt Fremdeinflüssen ausgesetzt. Als Kontaktwerkstoff für die Schottky-Kontaktschicht 110 wird ein Nickel-Aluminium-Material mit einem Nickel- und Aluminiumanteil von jeweils 50% verwendet.As a result, the surface 21 is exposed to unprotected external influences for the shortest possible time. A nickel-aluminum material with a nickel and aluminum content of 50% each is used as the contact material for the Schottky contact layer 110.
In einem letzten Verfahrensschritt werden dann die Schottky- Kontaktschicht 110 und die die Rückseitenkontaktschicht 140 jeweils zusätzlich durch eine Kontaktverstärkungsschicht 131 bzw.132 aus Aluminium bedeckt. Gleichzeitig wird auch der nun nicht mehr benötigte Rest der Schutzschicht 150 entfernt. Dieser letzte Verfahrensschritt beeinträchtigt den vorhande- nen Schottky-Kontakt in keinster Weise, da die Halbleitervorrichtung insbesondere auch nicht mehr auf eine erhöhte Temperatur gebracht wird.In a last method step, the Schottky contact layer 110 and the rear-side contact layer 140 are each additionally covered by a contact reinforcement layer 131 or 132 made of aluminum. At the same time, the rest of the protective layer 150 that is no longer required is also removed. This last process step affects the existing NEN Schottky contact in any way, since the semiconductor device in particular is also no longer brought to an elevated temperature.
Die Qualität der gemäß dem in den Figuren la bis lf gezeigten Verfahren hergestellten Schottky-Diode wird nun anhand der Figur 2 veranschaulicht. Für die Qualität des Schottky-Kon- taktverhaltens ist dabei insbesondere die Verwendung einer mittels trockener thermischer Oxidation hergestellten Schutz- schicht 150 entscheidend. Deshalb ist in Figur 2 ein Vergleich des Sperrverhaltens von Schottky-Kontakten, die auf einer unoxidierten, einer feucht und einer trocken oxidierten Oberfläche hergestellt worden sind, gezeigt. In dem Diagramm ist der logarithmisch skalierte Sperrstrom über der linear skalierten Sperrspannung aufgetragen. Die Sperrkennlinie für die unoxidierte Oberfläche ist mit 50, die für die feucht oxidierte Oberfläche mit 51 und die für die trocken oxidierte Oberfläche mit 52 bezeichnet.The quality of the Schottky diode produced according to the method shown in FIGS. 1 a to 1 f is now illustrated with reference to FIG. 2. For the quality of the Schottky contact behavior, the use of a protective layer 150 produced by means of dry thermal oxidation is particularly crucial. A comparison of the blocking behavior of Schottky contacts which have been produced on an unoxidized, a moist and a dry oxidized surface is therefore shown in FIG. The logarithmically scaled reverse current is plotted against the linearly scaled reverse voltage in the diagram. The blocking characteristic for the unoxidized surface is designated 50, that for the moist oxidized surface 51 and that for the dry oxidized surface 52.
Der günstige Einfluss der Verwendung einer oxidierten Schutzschicht im Vergleich zu einer ungeschützten Oberfläche ist deutlich zu erkennen. Der Sperrstrom liegt bei einer Schottky-Diode, die unter Verwendung einer über eine trockene oder feuchte Oxidation hergestellten Si02-Schutzschicht ge- fertigt worden ist, zumindest bei kleinen Sperrspannungen um fast drei Größenordnungen unter dem Sperrstrom einer mit ungeschützter Oberfläche gefertigten Schottky-Diode. Aber auch der Vorteil einer trockenen gegenüber einer feuchten Oxidation kommt klar zum Ausdruck. Während bei der Verwendung ei- ner feuchten Oxidation der Sperrstrom bei höheren Sperrspannungen ansteigt und sogar den mit ungeschützter Oberfläche erzielbaren Wert wieder übersteigt, bleibt der Sperrstrom bei Verwendung einer trockenen Oxidation auch bei hohen Sperrspannungen auf dem günstigen niedrigen Wert. Damit eignet sich das Verfahren mit der trockenen thermischen Oxidation besonders gut zur Herstellung einer für eine hohe Sperrspannung ausgelegten Halbleitervorrichtung. The favorable influence of using an oxidized protective layer compared to an unprotected surface can be clearly seen. The reverse current for a Schottky diode, which has been manufactured using an Si0 2 protective layer produced by dry or wet oxidation, is at least for small reverse voltages almost three orders of magnitude below the reverse current of a Schottky diode manufactured with an unprotected surface. But the advantage of a dry versus a moist oxidation is also clearly expressed. While the use of wet oxidation increases the reverse current at higher reverse voltages and even exceeds the value that can be achieved with an unprotected surface, the reverse current remains at the favorable low value when using dry oxidation even with high reverse voltages. The dry thermal oxidation method is therefore particularly well suited for producing a semiconductor device designed for a high reverse voltage.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A2 Designated state(s): JP US |
|
| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A2 Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE |
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| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| DFPE | Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101) | ||
| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A3 Designated state(s): JP US |
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| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A3 Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase | ||
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: JP |