DE102014118768A1 - Halbleiterbauelement mit einem metall-halbleiter-übergang und herstellungsweise dafür - Google Patents

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Jens Peter Konrath
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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements beinhaltet das Bereitstellen eines Wafers (410), der eine erste Halbleiterschicht (1) aufweist, das Bilden einer Kontaktschicht (10’), die ein metallisches chemisches Element umfasst, an der ersten Halbleiterschicht (1) und das Implantieren von Ionen eines ersten chemischen Elements, das ein anderes ist als das metallische chemische Element, in die Kontaktschicht (10’).

Description

  • GEBIET DER TECHNIK
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Halbleiterbauelement mit einem Metall-Halbleiter-Übergang und Herstellungsverfahren dafür.
  • HINTERGRUND
  • Metallische Kontakte an Halbleitern werden oft als hochleitfähige Elektroden und/oder Anschlüsse in ohmschem Kontakt zu einer oder mehreren Halbleiterstrukturen eines Halbleiterkörpers und als Gleichrichterkontakte verwendet, die Schottky-Kontakte zum Halbleiterkörper bilden.
  • Die Herstellung eines metallischen Kontakts, der einen Metall-Halbleiter-Übergang zum Halbleiterkörper bildet, wird gewöhnlich erzielt, indem ein Metall oder eine Legierung auf einer Oberfläche des Halbleiterkörpers abgeschieden wird, typischerweise durch Aufsputtern oder Aufdampfen (Abscheiden aus der Dampfphase) und einen anschließenden thermischen Prozess, der oft als Ausheilung nach der Abscheidung (Post Deposition Annealing, PDA) bezeichnet wird.
  • Bei der Ausheilung nach der Abscheidung werden jedoch vergleichsweise hohe Temperaturen von typischerweise mindestens 950°C verwendet. Dadurch können Änderungen von bereits gebildeten Halbleiterstrukturen herbeigeführt werden, insbesondere von Metall-Oxid-Halbleiter-Strukturen (MOS-Strukturen) wie MOSFET-Strukturen (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor-Strukturen) und IGBT-Strukturen (Strukturen von Bipolartransistoren mit isoliertem Gate). Demzufolge kann die Herstellung komplexer und/oder teurer ausfallen.
  • Weiter sind möglicherweise mehrere Abscheidungsschritte mit unterschiedlichen Targets erforderlich, falls Metallkontakte mit variierender Zusammensetzung oder Metallkontakte mit unterschiedlichen Zusammensetzungen gewünscht werden. Zum Beispiel kann eine andere Metallzusammensetzung erforderlich sein, um einen ohmschen Metall-Halbleiter-Kontakt zu n-dotierten und p-dotierten Halbleiterregionen zu bilden.
  • Demzufolge besteht ein Bedarf an einer Verbesserung der Herstellung von Metall-Halbleiter-Kontakten bzw. Metall-Halbleiter-Übergängen.
  • KURZE DARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements beinhaltet das Verfahren das Bereitstellen eines Wafers, der eine erste Halbleiterschicht beinhaltet, das Bilden einer Kontaktschicht, die ein metallisches chemisches Element umfasst, an der ersten Halbleiterschicht, und das Implantieren von Ionen eines ersten chemischen Elements, das ein anderes ist als das metallische chemische Element, in die Kontaktschicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bilden eines Metallkontakts auf einer Halbleiterschicht beinhaltet das Verfahren das Bilden einer Metallschicht auf der Halbleiterschicht, sodass die Metallschicht einen Metall-Halbleiter-Übergang zur Halbleiterschicht bildet, und das Implantieren erster Ionen in die Metallschicht, um eine Zusammensetzung mindestens eines Bereichs der Metallschicht zu verändern.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Halbleiterbauelements beinhaltet das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper und eine Metallschicht, die einen Metall-Halbleiter-Übergang zum Halbleiterkörper bildet. Die Metallschicht beinhaltet eine Mischung aus Elementen, die ein metallisches chemisches Element und ein erstes chemisches Element, das ein anderes ist als das metallische chemische Element, beinhaltet. Eine Zusammensetzung der Mischung aus Elementen variiert in einer vertikalen Richtung, die senkrecht zum Metall-Halbleiter-Übergang ist.
  • Der Fachmann wird beim Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und beim Betrachten der beiliegenden Zeichnungen zusätzliche Merkmale und Vorteile erkennen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die Komponenten in den Figuren sind nicht zwingend maßstabsgetreu, vielmehr wird der Schwerpunkt auf die Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung gelegt. Überdies bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren entsprechende Teile. In den Zeichnungen
  • veranschaulicht 1A einen vertikalen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform;
  • veranschaulicht 1B ein vertikales Konzentrationsprofil des in 1A veranschaulichten Halbleiterbauelements gemäß einer Ausführungsform;
  • veranschaulicht 2A einen vertikalen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform;
  • veranschaulicht 2B einen vertikalen Querschnitt durch ein Halbleiterbauelement gemäß einer Ausführungsform; und
  • veranschaulichen die 3A bis 3C vertikale Querschnitte durch einen Halbleiterwafer während Verfahrensschritten eines Verfahrens gemäß Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil dieses Dokuments bilden und in denen zur Veranschaulichung spezielle Ausführungsformen gezeigt sind, gemäß denen sich die Erfindung praktisch umsetzen lässt. In diesem Zusammenhang werden mit Bezug zur Orientierung der beschriebenen Figur(en) Lagebegriffe wie „Ober-“, „Unter-“, „Vorder-“, „Hinter-“, „Front-“, „End-“ etc. verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in etlichen unterschiedlichen Orientierungen positioniert sein können, werden die Lagebegriffe zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und schränken in keiner Weise ein. Es versteht sich, dass noch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht als einschränkend aufzufassen, und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung wird von den beigefügten Ansprüchen definiert.
  • Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von denen in den Figuren ein oder mehrere Beispiele veranschaulicht sind. Jedes Beispiel wird zur Erläuterung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht einschränken. Zum Beispiel können im Zusammenhang mit einer Ausführungsform veranschaulichte oder beschriebene Merkmale an oder in Verbindung mit anderen Ausführungsformen genutzt werden, damit sich noch eine weitere Ausführungsform ergibt. Die vorliegende Erfindung soll derartige Abwandlungen und Variationen beinhalten. Die Beispiele werden anhand spezieller Ausdrücke beschrieben, die nicht als den Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche einschränkend auszulegen sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht und dienen allein veranschaulichenden Zwecken. Der Klarheit halber sind dieselben Elemente oder Herstellungsschritte in den unterschiedlichen Zeichnungen mit denselben Bezugszeichen versehen, sofern nicht anders angegeben.
  • Der Begriff „horizontal“, wie in dieser Patentschrift verwendet, soll eine Orientierung beschreiben, die zu einer Hauptseite oder einer Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrats oder -körpers im Wesentlichen parallel ist. Dabei kann es sich beispielsweise um die obere oder vordere Seite (Oberfläche), aber auch um eine untere oder hintere Seite (Oberfläche) eines Wafers oder eines Die handeln. Nachfolgend wird die Hauptoberfläche auch als erste Oberfläche bezeichnet.
  • Der Begriff „vertikal“, wie in dieser Patentschrift verwendet, soll eine Orientierung beschreiben, die zur Hauptseite oder zur Hauptoberfläche im Wesentlichen senkrecht angeordnet ist, d. h. parallel zu einer normalen Richtung der Hauptseite oder der Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats oder -körpers.
  • In dieser Patentschrift wird davon ausgegangen, dass eine zweite Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder eines Halbleiterkörpers durch die untere oder rückseitige Oberfläche gebildet wird, während auch davon ausgegangen wird, dass die erste Oberfläche durch die obere, vordere oder Hauptoberfläche des Halbleitersubstrats gebildet wird. Die Begriffe „über“ und „unter“, wie in dieser Patentschrift verwendet, beschreiben deshalb eine Stelle eines Strukturmerkmals relativ zu einem anderen Strukturmerkmal unter Berücksichtigung dieser Orientierung.
  • In dieser Patentschrift wird mit n-dotiert ein erster Leitfähigkeitstyp bezeichnet, während mit p-dotiert ein zweiter Leitfähigkeitstyp bezeichnet wird. Alternativ können die Halbleiterbauelemente mit entgegengesetzten Dotierungsbeziehungen gebildet sein, sodass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann. Des Weiteren veranschaulichen einige Figuren relative Dotierungskonzentrationen, indem neben dem Dotierungstyp „–“ oder „+“ angegeben ist. Zum Beispiel bezeichnet „n–“ eine Dotierungskonzentration, die geringer ist als die Dotierungskonzentration einer „n“-Dotierungsregion, während eine „n+“-Dotierungsregion eine größere Dotierungskonzentration aufweist als die „n“-Dotierungsregion. Jedoch bedeutet die Angabe der relativen Dotierungskonzentration nicht, dass Dotierungsregionen mit der gleichen relativen Dotierungskonzentration auch die gleiche absolute Dotierungskonzentration aufweisen müssen, sofern nicht anders angegeben. Zum Beispiel können zwei unterschiedliche n+-Dotierungsregionen unterschiedliche absolute Dotierungskonzentrationen aufweisen. Das Gleiche gilt zum Beispiel für eine n+-Dotierungs- und eine p+-Dotierungsregion.
  • Die in dieser Patentschrift beschriebenen speziellen Ausführungsformen betreffen, ohne darauf eingeschränkt zu sein, Halbleiterbauelemente mit Metallkontakten. In dieser Patentschrift werden die Begriffe „Halbleiterbauelement“ und „Halbleiterkomponente“ synonym verwendet.
  • Im Rahmen der vorliegenden Patentschrift sollen die Begriffe „Metallschicht“ und „Metallregion“ eine Schicht oder eine Region mit metallischen oder nahezu metallischen Eigenschaften bezüglich der elektrischen Leitfähigkeit beschreiben, die aus einem metallischen chemischen Element wie Al, Ni, In, Ti, W, Cu und Mo besteht und/oder ein solches metallisches chemisches Element umfasst. Eine Metallschicht bzw. eine Metallregion kann aus einem im Wesentlichen reinen Metall bestehen (einem metallischen chemischen Element mit einer Reinheit von mindestens 99,5%) oder kann aus einer Mischung oder einer Verbindung aus zwei oder mehr metallischen chemischen Elementen wie einer Legierung und einer intermetallischen Verbindung bestehen oder kann aus einer Mischung oder einer Verbindung aus einem oder mehreren metallischen chemischen Elementen und einem oder mehreren nicht metallischen Elementen wie Ge und Si bestehen. Eine Metallschicht (Metallregion) kann in Kontakt zu einer Halbleiterschicht (Halbleiterregion) sein, um eine Elektrode, eine Kontaktfläche und/oder einen Anschluss des Halbleiterbauelements zu bilden. Eine Zusammensetzung einer Metallschicht (Metallregion) kann in einer Richtung variieren, die zu einem zwischen der Metallschicht und einer Halbleiterschicht oder -region gebildeten Metall-Halbleiter-Übergang im Wesentlichen parallel ist.
  • Im Rahmen der vorliegenden Patentschrift soll der Begriff „Metall-Halbleiter-Übergang“ die Grenzfläche zwischen einer Metallschicht oder einer Metallregion und einer angrenzenden Halbleiterschicht oder Halbleiterregion beschreiben, d. h. der Halbleiterschicht oder der Halbleiterregion, die in direktem mechanischem Kontakt zur Metallschicht bzw. zur Metallregion ist. Beim Metall-Halbleiter-Übergang kann es sich um einen gleichrichtenden Schottky-Übergang oder einen nicht gleichrichtenden Übergang handeln.
  • Im Rahmen der vorliegenden Patentschrift sollen die Formulierungen „in ohmschem Kontakt“, „in mit Widerstand behaftetem elektrischem Kontakt“ und „in mit Widerstand behafteter elektrischer Verbindung“ beschreiben, dass zwischen jeweiligen Elementen oder Bereichen eines Halbleiterbauelements ein ohmscher Stromweg verläuft, zumindest wenn an und/oder über das Halbleiterbauelement keine Spannungen oder nur geringe Prüfspannungen angelegt sind. Entsprechend sollen die Formulierungen „in niederohmschem Kontakt“, „in mit geringem Widerstand behaftetem elektrischem Kontakt“ und „in mit geringem Widerstand behafteter elektrischer Verbindung“ beschreiben, dass zwischen jeweiligen Elementen oder Bereichen eines Halbleiterbauelements ein mit geringem Widerstand behafteter ohmscher Stromweg verläuft, zumindest wenn an und/oder über das Halbleiterbauelement keine Spannungen angelegt sind. In dieser Patentschrift werden die Formulierungen „in niederohmschem Kontakt“, „in mit geringem Widerstand behaftetem elektrischem Kontakt“, „elektrisch gekoppelt“ und „in mit geringem Widerstand behafteter elektrischer Verbindung“ synonym verwendet.
  • Im Rahmen der vorliegenden Patentschrift soll der Begriff „pn-Übergang“, wie in dieser Patentschrift verwendet, die Grenzfläche zwischen angrenzenden Halbleiterregionen oder Halbleiterbereichen von unterschiedlichen Leitfähigkeitstypen beschreiben.
  • Das Halbleiterbauelement kann ein Leistungshalbleiterbauelement sein, z. B. eine Leistungsdiode mit einer Anode und einer Kathode als Leistungsmetallisierungen (Elektroden), die durch jeweilige Metallschichten gebildet werden, die je einen Metall-Halbleiter-Übergang zu einer Anodenhalbleiterregion bzw. einer Kathodenhalbleiterregion bilden, oder ein Leistungstransistor mit zwei Leistungsmetallisierungen, die jeweilige Metall-Halbleiter-Übergänge zu einer npn-Halbleitertransistorstruktur oder einer pnp-Halbleitertransistorstruktur bilden (z. B. einer Sourcemetallisierung und einer Drainmetallisierung in auf MOSFETs bezogenen Ausführungsformen oder einer Emittermetallisierung und einer Kollektormetallisierung in auf IGBTs und Bipolartransistoren bezogenen Ausführungsformen), und einer Steuermetallisierung, die in auf MOSFETs und IGBTs bezogenen Ausführungsformen von der Halbleitertransistorstruktur isoliert ist bzw. in auf Bipolartransistoren bezogenen Ausführungsformen einen Metall-Halbleiter-Übergang zu einer Basisregion bildet.
  • Der Ausdruck „Leistungshalbleiterbauelement“, wie in dieser Patentschrift verwendet, soll ein Halbleiterbauelement auf einem einzigen Chip mit Fähigkeiten zum Schalten hoher Spannungen und/oder hoher Ströme beschreiben. Mit anderen Worten, Leistungshalbleiterbauelemente sind für hohen Strom vorgesehen, typischerweise im Ampere-Bereich und/oder Sperrspannungen von mehr als etwa 10 V oder 100 V oder sogar mehr als etwa 1000 V oder etwa 3300 V. In dieser Patentschrift werden die Begriffe „Leistungshalbleiterbauelement“ und „Leistungshalbleiterkomponente“ synonym verwendet.
  • Der Begriff „Feldeffekt“, wie in dieser Patentschrift verwendet, soll die durch ein elektrisches Feld vermittelte Bildung eines leitenden „Kanals“ von einem ersten Leitfähigkeitstyp und/oder Steuerung der Leitfähigkeit und/oder Form des Kanals in einer Halbleiterregion von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, typischerweise einer Bodyregion vom zweiten Leitfähigkeitstyp, beschreiben. Aufgrund des Feldeffekts wird ein unipolarer Stromweg durch die Kanalregion gebildet und/oder zwischen einer Sourceregion vom ersten Leitfähigkeitstyp und einer Driftregion vom ersten Leitfähigkeitstyp gesteuert. Die Driftregion kann in Kontakt zu einer Drainregion sein. Die Driftregion und die Drainregion sind in niederohmschem Kontakt zu einer Drainelektrode (Drainmetallisierung). Die Sourceregion ist in niederohmschem Kontakt zu einer Sourceelektrode (Sourcemetallisierung).
  • Im Rahmen der vorliegenden Patentschrift ist der Begriff „MOS“ (Metall-Oxid-Halbleiter) so zu verstehen, dass er den allgemeineren Begriff „MIS“ (Metall-Isolator-Halbleiter) beinhaltet. Zum Beispiel ist der Begriff MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) so zu verstehen, dass er FETS beinhaltet, die einen Gate-Isolator aufweisen, der kein Oxid ist, d. h. der Begriff MOSFET wird mit der allgemeineren Begriffsbedeutung IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate) bzw. MISFET (Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistor) verwendet. Der Begriff „Metall“ für das Gatematerial des MOSFETs ist so zu verstehen, dass er elektrisch leitfähige Materialien wie z. B. Metall, Legierungen, dotierte, polykristalline Halbleiter und Metallhalbleiterverbindungen wie Metallsilicide beinhaltet oder umfasst.
  • Nachfolgend werden Ausführungsformen betreffend Halbleiterbauelemente und Herstellungsverfahren zum Bilden von Halbleiterbauelementen vor allem mit Bezug auf Halbleiterbauelemente aus Siliciumcarbid (SiC) erläutert. Demzufolge ist eine monokristalline Halbleiterregion oder -schicht typischerweise eine monokristalline SiC-Region oder SiC-Schicht. Es versteht sich jedoch, dass der Halbleiterkörper aus einem beliebigen zum Herstellen eines Halbleiterbauelements geeigneten Halbleitermaterial bestehen kann. Beispiele für solche Materialien beinhalten, ohne darauf eingeschränkt zu sein, Elementhalbleitermaterialien wie Silicium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe-IV-Verbindungshalbleitermaterialien wie Siliciumcarbid (SiC) oder Siliciumgermanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III–V-Halbleitermaterialien wie Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaP), Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN), Aluminiumindiumnitrid (AlInN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGaInN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP) und binäre oder ternäre II–VI-Halbleitermaterialien wie Cadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilbercadmiumtellurid (HgCdTe), um einige zu nennen. Die oben erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als Homoübergangshalbleitermaterialien bezeichnet. Beim Kombinieren von zwei unterschiedlichen Halbleitermaterialien wird ein Heteroübergangshalbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heteroübergangshalbleitermaterialien beinhalten, ohne darauf eingeschränkt zu sein, Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AlGaInN)-, Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AlGaInN)-, Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid(GaN)-, Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-Galliumnitrid(GaN)-, Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Aluminiumgalliumnitrid(AlGaN)-, Siliciumsiliciumcarbid(SixC1-x)- und Silicium-SiGe-Heteroübergangshalbleitermaterialien. Für Leistungshalbleiteranwendungen werden derzeit vor allem Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet. Falls der Halbleiterkörper ein Material mit hohem Bandabstand, d. h. ein Halbleitermaterial mit einem Bandabstand von über 1 eV wie SiC oder GaN, umfasst, das eine hohe Durchschlagfeldstärke bzw. eine hohe kritische Avalanche-Feldstärke aufweist, kann eine höhere Dotierung der jeweiligen Halbleiterregionen gewählt werden, was den Durchlasswiderstand Ron reduziert, der nachfolgend auch als Durchlasswiderstand Ron bezeichnet wird.
  • Mit Bezug auf die 1A und 2B wird ein Halbleiterbauelement 100 erläutert. 1A veranschaulicht einen Teilabschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einen Halbleiterkörper 40 des Halbleiterbauelements 100. Der Halbleiterkörper 40 erstreckt sich zwischen einer ersten Oberfläche 101, in eine vertikale Richtung z gewandt, und einer zweiten Oberfläche (hinteren Oberfläche) 102, die gegenüber der ersten Oberfläche 101 angeordnet ist.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist in 1A nur eine Halbleiterschicht 1 gezeigt. Abhängig vom Bauelementtyp und/oder von der Spannungsklasse kann das Halbleiterbauelement 100 mehrere Halbleiterschichten und/oder mehrere Halbleiterregionen beinhalten.
  • Der Halbleiterkörper 40 kann ein monokristallines Grundmaterial (monokristalline Basis) und mindestens eine darauf gebildete Epitaxieschicht beinhalten. Die Verwendung der Epitaxieschicht(en) bietet mehr Freiheit bei der Anpassung der Hintergrunddotierung der Masse, da sich die Dotierungskonzentration während der Abscheidung der Epitaxieschicht oder -schichten angleichen lässt.
  • Eine Metallschicht 10, die einen Metall-Halbleiter-Übergang 15 zum Halbleiterkörper 40 bzw. zur Halbleiterschicht 1 bildet, ist auf und an der ersten Oberfläche 101 angeordnet. Nachfolgend wird die Metallschicht 10 auch als Kontaktschicht 10 bezeichnet.
  • Abhängig vom Bauelementtyp und/oder von der Spannungsklasse kann das Halbleiterbauelement 100 eine oder mehrere weitere Metallschichten oder Metallregionen (nicht gezeigt) beinhalten, die je einen jeweiligen Metall-Halbleiter-Übergang zum Halbleiterkörper 40 bilden. Das Halbleiterbauelement 100 kann zum Beispiel in auf vertikale Halbleiterbauelemente wie vertikale MOSFETs und vertikale IGBTs bezogenen Ausführungsformen eine weitere Metallschicht (nicht gezeigt) aufweisen, die an der hinteren Oberfläche 102 gebildet ist. In auf laterale Halbleiterbauelemente bezogenen Ausführungsformen kann das Halbleiterbauelement 100 eine weitere Metallschicht (nicht gezeigt) aufweisen, die an der ersten Oberfläche 101 gebildet ist, typischerweise in einem anderen Teilabschnitt (nicht gezeigt).
  • In dem Ausführungsbeispiel weist die Metallschicht 10 einen ersten Bereich 10A und einen zweiten Bereich 10B mit unterschiedlichen Zusammensetzungen auf. Demzufolge variiert die Zusammensetzung der Metallschicht 10 in der horizontalen Richtung x stufenweise auf einem Weg am und typischerweise auch über dem Metall-Halbleiter-Übergang 15. In anderen Ausführungsformen variiert die Zusammensetzung der Metallschicht 10 in der x-Richtung stufenlos.
  • Aufgrund der variierenden Zusammensetzung der Metallschicht 10 am und nahe beim Metall-Halbleiter-Übergang 15 variieren die elektrischen Eigenschaften des Metall-Halbleiter-Übergangs 15 typischerweise auch stufenweise oder stufenlos in der horizontalen Richtung.
  • Zum Beispiel ist ein erster Bereich 15A des zwischen dem ersten Bereich 10A der Metallschicht 10 und der Halbleiterschicht 1 gebildeten Metall-Halbleiter-Übergangs 15 möglicherweise nicht gleichrichtend (mit ohmschem Verhalten) und ein zweiter Bereich 15B des zwischen dem ersten Bereich 10A der Metallschicht 10 und der Halbleiterschicht 1 gebildeten Metall-Halbleiter-Übergangs 15 ist möglicherweise ein gleichrichtender Schottky-Übergang.
  • In einer Ausführungsform besteht der erste Bereich 10A der Metallschicht 10 aus einem reinen (oder im Wesentlichen reinen) Metall (einem metallischen chemischen Element) wie Titan (Ti) oder Nickel (Ni) und der zweite Bereich 10B der Metallschicht 10 ist eine Legierung (eine intermetallische Verbindung), die aus dem metallischen chemischen Element und einem oder mehreren weiteren chemischen Elementen wie Aluminium (Al) besteht.
  • Da die Herstellung unter Verwendung einer Ionenimplantation erfolgt, wie unten in Bezug auf 3A bis 3C erläutert, variiert die Zusammensetzung des zweiten Bereichs 10B der Metallschicht 10 typischerweise in der z-Richtung, d. h. in einer vertikalen Richtung, die senkrecht zum Metall-Halbleiter-Übergang 15 ist. Dies ist in 1B veranschaulicht, die einer Ausführungsform entspricht, in der der erste Bereich 10A aus Nickel besteht und der zweite Bereich 10B aus einer NiAl-Legierung besteht, gebildet durch eine maskierte Implantation von Aluminiumionen von oben bzw. von der ersten Seite 101 her.
  • 1B zeigt die Konzentration nAl von Aluminium entlang einer vertikalen Linie, die durch den zweiten Bereich 15B des Metall-Halbleiter-Übergangs 15 in 1A hindurch verläuft. Die Konzentration nAl wurde nach der Implantation von Al-Ionen mit 100 keV mit einer Dosis von 7,5 1015 cm–2 auf einer 100 nm dicken, auf einer SiC-Schicht 1 gebildeten Ni-Schicht erhalten. Die Spitzenkonzentration (maximale Konzentration) von Aluminium in 1B entspricht etwa 1% Aluminium in der binären NiAl-Legierung.
  • Das vertikale Konzentrationsprofil lässt sich über die Implantationsdosis und die Implantationsenergie angleichen.
  • Des Weiteren können mehrere Implantationen mit unterschiedlichen Energien erfolgen.
  • Demzufolge kann die Konzentration von Aluminium (erstes chemisches Element) als Funktion der vertikalen Koordinate z statt der einzigen Spitze, die in 1B gezeigt ist, mehrere Spitzen innerhalb der Metallschicht 10 aufweisen.
  • Außerdem lassen sich unterschiedliche Ionen so implantieren, dass eine ternäre oder noch höhere Legierung gebildet wird.
  • Wie in 1B veranschaulicht, kann ein Teil der Al-Ionen den Bereich 10B durchqueren und die Halbleiterschicht 1 erreichen, wo sie Punktdefekte bilden können, insbesondere Einlagerungsfremdatome, die als Akzeptoren dienen können. Auf diese Weise kann in einer n-dotierten, aus Si oder SiC bestehenden Halbleiterschicht 1 eine flache, p-dotierte Region gebildet werden.
  • Zu diesem Zweck ist eine maximale Konzentration von Aluminium oder Indium im Halbleiterkörper 40 am und typischerweise auch neben dem Metall-Halbleiter-Übergang 15, zum Beispiel höchstens 5 nm oder 10 nm vom Metall-Halbleiter-Übergang 15 entfernt, typischerweise größer als etwa 1020 cm–3 und noch typischer größer als etwa 2·1020 cm–3.
  • Abhängig von der Implantationsenergie und der Implantationsdosis können sich die Punktdefekte bis zu einer Tiefe von etwa 5 nm, 10 nm, 20 nm oder noch weiter in die Halbleiterschicht 1 hinein erstrecken.
  • Alternativ oder zusätzlich kann zum Dotieren eines Bereichs der Halbleiterschicht 1 während der Bildung der Legierung an der Halbleiterschicht 1 der sogenannte Rückstoßeffekt ausgenutzt werden, der zur Folge hat, dass Ionen der bestrahlten Metallschicht in die angrenzende Halbleiterschicht oder -region getrieben werden.
  • Zum Beispiel lässt sich eine auf einer Siliciumschicht abgeschiedene Aluminium- oder Indiumschicht mit Nickelionen mit einer Implantationsenergie bestrahlen, die ausreichend dafür ist, dass Aluminium- oder Indiumionen von der Metallschicht in die Siliciumschicht getrieben werden, wo sie als Donatoren dienen können.
  • Die in der Folge entstehenden Punktdefekte, die durch zurückgestoßene Ionen gebildet werden, können sich nur bis zu einer Tiefe von etwa 1 nm in die Halbleiterschicht 1 hinein erstrecken.
  • In anderen Ausführungsformen können zum Bestrahlen einer Nickel- oder Titanschicht Titan-, Cobalt-, Chrom-, Platin-, Aluminium-, Indium-, Kohlenstoff- oder Germaniumionen verwendet werden.
  • Typischerweise beinhaltet die Metallschicht 10 eine Mischung aus Elementen, die ein metallisches chemisches Element und ein erstes chemisches Element beinhaltet, das ein anderes ist als das metallische chemische Element, zum Beispiel ein anderes metallisches chemisches Element oder ein halbleitendes chemisches Element.
  • Die Benennung „Mischung aus Elementen“, wie in dieser Patentschrift verwendet, soll eine Substanz beschreiben, die aus zwei oder mehr miteinander vermischten chemischen Elementen besteht, bei Raumtemperatur fest ist und durch physikalische Mittel gebildet werden kann, insbesondere durch eine Implantation von Ionen von einem oder mehreren chemischen Elementen in ein Metall und einen anschließenden, optionalen thermischen Prozess bei einer Temperatur von höchstens etwa 400°C nach der Implantation. Des Weiteren kann die Mischung aus Elementen typischerweise auch durch physische Mittel wie Schmelzen und Verdampfen getrennt werden.
  • Typischerweise ist die Mischung eine Legierung.
  • Für SiC-Bauelemente beinhaltet die Metallschicht 10 typischerweise eine NiAl-Legierung, eine TiAl-Legierung, eine NiCr-Legierung oder eine NiPt-Legierung, zum Beispiel als Bereich 10B der Metallschicht 10.
  • Die vertikale Dicke der Metallschicht 10 kann von etwa 10 nm bis etwa 1 µm, typischer von etwa 25 nm bis etwa 250 nm und noch typischer von etwa 75 nm bis etwa 150 nm reichen.
  • 2A veranschaulicht einen Teilabschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einen Halbleiterkörper 40 eines Halbleiterbauelements 200. Das Halbleiterbauelement 200 ähnelt dem oben in Bezug auf 1A und 1B erläuterten Halbleiterbauelement 100 und beinhaltet auch die Metallschicht 10 mit den zwei Bereichen 10A, 10B.
  • Das Halbleiterbauelement 200 ist möglicherweise eine vertikale Schottky-Diode mit einer durch die Metallschicht 10 gebildeten Anode und einer Kathodenmetallisierung 11, die gegenüber angeordnet und in ohmschem Kontakt zur ersten Halbleiterschicht 1 ist.
  • In einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauelement 200 als sogenannte vertikale MPS-Diode (Merged-PiN-Schottky-Diode) implementiert.
  • In dem Ausführungsbeispiel ist die Höhe der Schottky-Barriere des Metall-Halbleiter-Übergangs 15, verglichen mit dem zweiten Bereich 10B, im ersten Bereich 10A geringer, der neben und in horizontaler Richtung zwischen dem zweiten Bereich 10B und einer p-dotierten Region 2 angeordnet ist, die einen pn-Übergang 14 zur ersten Halbleiterschicht 1 bildet.
  • In anderen Ausführungsformen variiert die Zusammensetzung der Metallschicht 10 stufenlos in der horizontalen Richtung (x-Richtung), sodass die Schottky-Barriere in der Nähe der p-dotierten Region 2 geringer ist als in den entfernteren Zonen, um den Ausgleich zwischen dem Vorwärtsspannungsabfall und dem Leckstrom durch Ausnutzung des Abschirmeffekts der p-dotierten Region(en) 2 während eines Sperrmodus der Schottky-Diode zu verbessern.
  • Es ist zu beachten, dass Schottky-Dioden eine sehr geringe Menge gespeicherter Ladungen, eine geringe Schleusenspannung und einen geringen Durchlasswiderstand Ron (Vorwärtsspannungsabfall) aufweisen und oft bei Hochfrequenzanwendungen verwendet werden. Aufgrund der unipolaren Art (d. h. keine bipolare Injektion) ist die Avalanche-Festigkeit, die Stoßstromfestigkeit von Schottky-Dioden jedoch eingeschränkt. In MPS-Dioden finden sich wechselweise Schottky-Kontakte und parallel geschaltete pn-Übergänge 14. Demzufolge entspricht 2A typischerweise einer von einer Vielzahl von Elementarzellen der MPS-Diode 200.
  • Des Weiteren kann die p-dotierte Region 2 in ohmschem Kontakt zur Metallschicht 10 sein. Die Metallschicht 10 kann einen weiteren Bereich (nicht gezeigt) aufweisen, der an die p-dotierte Region 2 angrenzt, die zum Beispiel im Wesentlichen aus reinem Metall besteht. Die Metallschicht 10 kann die erste Oberfläche 101 in einer aktiven Zone, die die Elementarzellen beinhaltet, sogar ganz bedecken.
  • Die pn-Übergänge 14 der MPS-Diode 200 schützen die Schottky-Kontakte 15 während des Sperrzustands (d. h. während der Sperrvorspannung der pn-Übergänge 14 und der Schottky-Kontakte 15). Des Weiteren begünstigen die pn-Übergänge 14 die Vorwärtsspannung über einem Schleusenspannungsabfall von zum Beispiel 3 V für Siliciumcarbid(SiC)-MPS-Dioden. Demzufolge können MPS-Dioden höhere Vorwärtsströme führen und weisen eine bessere Avalanche-Festigkeit und einen geringeren Leckstrom auf als Schottky-Dioden.
  • Die Variation der Zusammensetzung in der horizontalen x-Richtung der Metallschicht 10 ist durch geeignete horizontale Ionenimplantationsvariationen erzielbar, zum Beispiel indem eine Maskierungstechnik und eine Ionenimplantation (mehrere Ionenimplantationen) verwendet werden.
  • 2B veranschaulicht einen Teilabschnitt eines vertikalen Querschnitts durch einen Halbleiterkörper 40 eines Halbleiterbauelements 300. Das Halbleiterbauelement 300 ähnelt dem oben in Bezug auf 2A erläuterten Halbleiterbauelement 200 und beinhaltet auch eine Metallschicht 10 mit einer Zusammensetzung, die auf einem Weg am und/oder parallel zum Metall-Halbleiter-Übergang 15 stufenlos oder stufenweise variiert (zwei Bereiche 10A, 10B mit unterschiedlichen Zusammensetzungen im gleichen Abstand zum Metall-Halbleiter-Übergang 15 aufweist).
  • Das Halbleiterbauelement 300 weist einen sogenannten Stoßkontakt auf, d. h. einen kurzgeschlossenen n-p-Kontakt (einen ohmschen Kontakt zu einer n-dotierten und einer p-dotierten Halbleiterregion), der oft in Halbleiterbauelementen verwendet wird, zum Beispiel in Kompensations-MOSFETs (auch als CoolMOS-Bauelemente bekannt).
  • In dem Ausführungsbeispiel weist die Metallschicht 10 an der ersten Oberfläche einen ersten Bereich 10A in ohmschem Kontakt zu einer angrenzenden ersten n-Halbleiterschicht 1 und einen zweiten Bereich 10B auf, der an den ersten Bereich 10A und eine p-Halbleiterregion 2 angrenzt, die einen pn-Übergang 14 zur ersten Halbleiterschicht 1 bildet.
  • Typischerweise erstreckt sich der pn-Übergang 14 zur ersten Oberfläche 101 bzw. zur Metallschicht 10 hin.
  • In auf SiC-Bauelemente bezogenen Ausführungsformen werden der erste Bereich 10A und der zweite Bereich 10B zum Beispiel möglicherweise durch eine NiAl-Legierung mit einer höheren Aluminiumkonzentration im ersten Bereich 10A gebildet.
  • In Bezug auf die 3A bis 3C werden Verfahrensschritte eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements 400 mit einem Metallkontakt erläutert.
  • Bei einem ersten Schritt wird ein Wafer 410 mit einer ersten Seite oder Oberfläche 101 und einer ersten Halbleiterschicht 1 bereitgestellt, die in dem Ausführungsbeispiel vom n-Typ ist und sich zur ersten Seite 101 hin erstreckt.
  • Der Wafer 410 ist zum Beispiel möglicherweise ein SiC-Wafer, ein GaN-Wafer oder ein Si-Wafer.
  • Danach wird auf und an der ersten Halbleiterschicht 1 eine aus einem Metall oder einer Legierung bestehende Kontaktschicht 10’ gebildet, zum Beispiel durch Abscheiden, Aufsputtern oder Aufdampfen (Abscheiden aus der Dampfphase).
  • Demzufolge beinhaltet die Kontaktschicht 10’ ein oder mehrere metallische chemische Elemente mit einer im Wesentlichen nicht variierenden Zusammensetzung, d. h. zumindest bei einer Mittelung über ein größeres Volumen als eine Korngröße der Kontaktschicht 10’, zum Beispiel einer isotropen Zusammensetzung im nm-Maßstab.
  • Die Kontaktschicht 10’ besteht zum Beispiel möglicherweise aus Nickel oder Titan.
  • Eine vertikale Dicke der Kontaktschicht 10’ kann von etwa 10 nm bis etwa 1 µm, typischer von etwa 25 nm bis etwa 250 nm und noch typischer von etwa 75 nm bis etwa 150 nm reichen.
  • Die Kontaktschicht 10’ wird typischerweise maskenlos an der ersten Halbleiterschicht 1 gebildet und kann die erste Seite 101 ganz bedecken, wie in 3A veranschaulicht.
  • Danach kann auf und an der Kontaktschicht 10’ eine Implantationsmaske 7 gebildet werden. Die resultierende Struktur 400 ist in 3B veranschaulicht.
  • Wie durch das strichpunktierte Rechteck angegeben, kann im Wafer 410 eine p-Region 2, zum Beispiel eine Anodenregion 2, gebildet werden, bevor die Implantationsmaske 7 gebildet wird, die nachfolgend auch als Maske 7 bezeichnet wird.
  • Die Maske 7 kann über der (den) p-Region(en) 2 eine Öffnung (Öffnungen) aufweisen, wie in 3B veranschaulicht, oder kann die p-Region(en) 2 bedecken und Öffnungen neben der (den) p-Region(en) 2 aufweisen, wie in 3C veranschaulicht, die eine Wafer-Struktur 400’ zeigt.
  • Typischerweise weist die Maske 7 Öffnungen über und an ersten Bereichen 10A der Kontaktschicht 10’ auf und bedeckt zweite Bereiche 10B der Kontaktschicht 10’, um die Menge der Ionen, die später in die bedeckten zweiten Bereiche 10B der Kontaktschicht 10’ implantiert werden, mindestens im Wesentlichen zu reduzieren.
  • Abhängig vom Halbleiterbauelement, das hergestellt werden soll, lassen sich im Wafer 410 eine oder mehrere Diodenstrukturen und/oder eine oder mehrere Bipolartransistorstrukturen oder dergleichen bilden, bevor die Implantationsmaske 7 gebildet wird.
  • Des Weiteren lassen sich neben der ersten Seite 101 eine oder mehrere Strukturen mit isolierter Gateelektrode bilden, die je eine Gateelektrode und ein zwischen der Gateelektrode und dem Wafer 410 angeordnetes Gatedielektrikum beinhalten, bevor die Implantationsmaske 7 gebildet wird.
  • Die Gateelektrode(n) lässt/lassen sich als auf der ersten Seite angeordnete laterale Gateelektrode(n) oder als Graben-Gateelektrode(n) bilden, die in Gräben angeordnet ist/sind, die sich von der ersten Seite in den Wafer 410 hinein erstrecken.
  • Nach dem Bilden der Maske 7 können Ionen eines ersten chemischen Elements (erste Ionen), das ein anderes ist als das metallische chemische Element/die metallischen chemischen Elemente der Kontaktschicht 10’, von der ersten Seite 101 in die Kontaktschicht 10’ implantiert werden.
  • In auf Nickel- oder Titanschichten 10’ bezogenen Ausführungsformen können Ionen von Aluminium, Indium, Titan, Cobalt, Chrom, Tantal, Platin, Palladium, Kohlenstoff oder Germanium in die Metallschicht 10’ implantiert werden.
  • Die Dicke der Maske 7 und die Implantationsenergie können so gewählt werden, dass fast keine Ionen oder nur ein kleiner Bruchteil von ihnen (z. B. weniger als 1%) die zweiten Bereiche 10B der Kontaktschicht 10’ erreichen.
  • Als Implantationsmaske lässt sich zum Beispiel eine Resistschicht mit einer vertikalen Dicke von mindestens etwa 1500 nm verwenden, um den zweiten Bereich 10B gegen Al-Ionen mit einer Energie von etwa 100 keV (Kiloelektronvolt) abzuschirmen.
  • Typischerweise wird in die ersten Bereiche 10B ein großer Bruchteil der Ionen integriert, typischerweise mindestens 50%, typischer mindestens 80% oder sogar mindestens 90% der Ionen, die die obere Oberfläche der ersten Bereiche 10B der Kontaktschicht 10’ erreichen. Ein vertikales Konzentrationsprofil der implantierten Ionen kann sein Maximum in den ersten Bereichen 10B haben, zum Beispiel in einem von etwa 10 nm bis etwa 40 nm reichenden Abstand zum Metall-Halbleiter-Übergang 15.
  • Demzufolge wird eine Metallschicht 10 gebildet, typischerweise eine Legierung mit einer sowohl in der vertikalen Richtung als auch in der horizontalen Richtung variierenden Zusammensetzung.
  • Ein kleiner Bruchteil der Ionen, die die obere Oberfläche der ersten Bereiche 10B der Kontaktschicht 10’ erreichen, können sogar die erste Halbleiterschicht 1 erreichen und können letztlich Donatoren in flachen Bereichen 2 der ersten Halbleiterschicht 1 bilden, die flache, p-dotierte Regionen 2 bildet, wie oben in Bezug auf 1B erläutert.
  • Alternativ oder zusätzlich kann die Implantationsenergie so gewählt werden, dass Ionen der abgeschiedenen Kontaktschicht 10’ unter Ausnutzung des Rückstoßeffekts in den flachen Bereichen 2 angetrieben werden.
  • Typischerweise werden die Ionen mit einer Energie von mindestens etwa 30 keV implantiert, typischer von mindestens etwa 50 keV und sogar noch typischer von mindestens etwa 100 keV.
  • Des Weiteren werden Ionen typischerweise mit einer Dosis implantiert, die mindestens etwa 1013 cm–2 mal die Dicke der Kontaktschicht 10’, die in nm gemessen wird, ausmacht, werden typischerweise verwendet.
  • Demzufolge wird eine elektrische Eigenschaft (z. B. eine Schottky-Barrierenhöhe) des Metall-Halbleiter-Übergangs 15 in der horizontalen Richtung ausreichend verändert.
  • Wie durch die gepunktete Linie in 3B angegeben, kann die Seitenwand der Maske 7 abgeschrägt sein, um eine fließendere horizontale Variation der implantierten Ionen bzw. der Zusammensetzung der Metallschicht 10 zu erzielen.
  • Weiter können mehrere Implantationen mit Ionen mit unterschiedlichen Energien und/oder Dosen erfolgen.
  • Des Weiteren können zwei oder mehr Implantationen von der ersten Seite 101 mit Ionen von unterschiedlichen chemischen Elementen erfolgen (z. B. zweiten Ionen und/oder dritten Ionen von sich voneinander unterscheidenden chemischen Elementen, dem ersten chemischen Element und dem metallischen chemischen Element/den metallischen chemischen Elementen der Kontaktschicht 10’). Typischerweise werden diese Ionen auch mit einer Energie von mindestens etwa 30 keV, typischer von mindestens etwa 50 keV und sogar noch typischer von mindestens etwa 100 keV, und/oder mit einer Dosis implantiert, die mindestens etwa 1013 cm–2 mal die Dicke der Kontaktschicht 10’, die in nm gemessen wird, ausmacht.
  • Danach kann ein thermischer Prozess bei einer Temperatur von höchstens etwa 400°C, z. B. typischerweise in einem Temperaturbereich von etwa 350°C bis etwa 390°C, verwendet werden, um eine thermodynamisch stabile Phase zu bilden. Der thermische Prozess kann etwa eine halbe Stunde bis etwa zwei Stunden lang dauern.
  • Alternativ oder zusätzlich kann eine kurze Laserbearbeitung (Laserimpulse) erfolgen, um die Metallschicht 10 (teilweise) zu schmelzen, wodurch das vertikale Konzentrationsprofil der Metallschicht 10 verändert wird. Dies wird typischerweise durchgeführt, damit das Halbleitermaterial des Wafers 410 nicht bis über etwa 400°C erwärmt wird.
  • Da ein thermischer Prozess mit nur einem geringen Wärmebudget erfolgt, werden vor der Metallschicht 10 gebildete Halbleiterstrukturen nicht verändert. Dies erleichtert die Herstellung.
  • Des Weiteren können die erforderliche Feinstrukturierung z. B. von NiAl-Kontakten, die durch Abscheidungen unterschiedlicher Legierungen gebildet werden, sowie Lift-Off-Prozesse und der verwendete Ausheilungsschritt entfallen. Demzufolge ermöglicht das beschriebene Verfahren, das auf der Implantation basiert, eine einfachere und weniger teure Herstellung von Metallkontakten mit horizontal variierenden elektrischen Eigenschaften.
  • Danach kann der Wafer 410, z. B. durch Sägen entlang von Sägelinien, in einzelne Halbleiterbauelemente zerteilt werden, wie oben in Bezug auf die 1A bis 2B erläutert, welche einen Halbleiterkörper 40 aufweisen, der durch Bereiche des Wafers 410 gebildet wird.
  • Das in Bezug auf die 3A bis 3C erläuterte Verfahren kann auch als Verfahren zum Bilden eines Metallkontakts auf einer Halbleiterschicht 1 beschrieben werden, das Bilden einer Metallschicht 10’ auf der Halbleiterschicht 1 beinhaltet, sodass die Metallschicht 10’ einen Metall-Halbleiter-Übergang 15 zur Halbleiterschicht 1 bildet; und Implantieren erster Ionen in die Metallschicht 10’, um eine Zusammensetzung mindestens eines Bereichs 10B der Metallschicht 10’ zu verändern, d. h. um mindestens einen Teil der Metallschicht 10’ in eine Legierung 10A, 10B zu ändern oder umzuwandeln.
  • Das Verfahren wird typischerweise so durchgeführt, dass eine Zusammensetzung der Metallschicht auf einem Weg am Metall-Halbleiter-Übergang 15 stufenlos oder stufenweise variiert.
  • Weiter kann das Verfahren einen thermischen Prozess bei einer Temperatur von höchstens etwa 400°C nach der Implantation beinhalten; Implantieren zweiter Ionen, die andere sind als die ersten Ionen, in die Metallschicht 10’ und Bilden einer Diodenstruktur und/oder einer Transistorstruktur unter einer ersten Oberfläche 101 der Halbleiterschicht 1 vor dem Bilden der Metallschicht 10’.
  • In einer Ausführungsform beinhaltet das hergestellte Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper 40 und eine Metallschicht 10, die einen Metall-Halbleiter-Übergang 15 zum Halbleiterkörper 40 bildet, wobei die Metallschicht 10 zwei metallische chemische Elemente beinhaltet, und wobei der Halbleiterkörper 40 Punktdefekte beinhaltet, die durch mindestens eines der zwei metallischen chemischen Elemente gebildet werden.
  • Die Punktdefekte bilden typischerweise Einlagerungsfremdatome im Halbleitermaterial am und/oder neben dem Metall-Halbleiter-Übergang 15.
  • Typischerweise variiert eine Zusammensetzung der Metallschicht 10 stufenlos oder stufenweise auf einem Weg am und/oder nahe beim Metall-Halbleiter-Übergang 15.
  • In einer Ausführungsform beinhaltet das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper und eine Metallschicht, die einen Metall-Halbleiter-Übergang zum Halbleiterkörper bildet. Die Metallschicht beinhaltet eine Mischung aus Elementen, die ein metallisches chemisches Element und ein erstes chemisches Element, das ein anderes ist als das metallische chemische Element, beinhaltet. Eine Zusammensetzung der Mischung aus Elementen variiert in einer vertikalen Richtung, die senkrecht zum Metall-Halbleiter-Übergang ist.
  • Wenngleich verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart wurden, ist für den Fachmann erkennbar, dass verschiedene Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile der Erfindung erzielen werden, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Für den Durchschnittsfachmann ist es naheliegend, dass andere Komponenten, die dieselben Funktionen durchführen, als Ersatz geeignet sein können. Es sei erwähnt, dass mit Bezug auf eine spezielle Figur erläuterte Merkmale mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, selbst in Fällen, in denen dies nicht ausdrücklich erwähnt wurde. Derartige Abwandlungen des Erfindungsgedankens sollen von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt sein.
  • Räumlich relative Ausdrücke wie „unter“, „unterhalb“, „tiefer“, „über“, „oberhalb“ und dergleichen werden zur einfacheren Beschreibung genutzt, um die Positionierung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu erläutern. Diese Begriffe sollen unterschiedliche Orientierungen des Bauelements neben den anderen in den Figuren abgebildeten Orientierungen einschließen. Weiter werden auch Begriffe wie „erster/erste/erstes“, „zweiter/zweite/zweites“ und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Teilabschnitte etc. zu beschreiben, und sollen ebenfalls nicht einschränken. Gleiche Begriffe beziehen sich in der Beschreibung je auf gleiche Elemente.
  • Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „aufweisend“, „enthaltend“, „beinhaltend“, „umfassend“ und dergleichen offene Begriffe, die das Vorhandensein der genannten Elemente oder Merkmale angeben, zusätzliche Elemente oder Merkmale jedoch nicht ausschließen. Die Artikel „ein/eine“ und „der/die/das“ sollen den Plural sowie den Singular beinhalten, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas Anderes hervorgeht.
  • In Anbetracht der diversen Variationen und Anwendungen oben versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung von der obigen Beschreibung nicht eingeschränkt und auch von den beiliegenden Zeichnungen nicht eingeschränkt wird. Vielmehr wird die vorliegende Erfindung nur von den folgenden Ansprüchen und ihren rechtlichen Äquivalenten eingeschränkt.

Claims (20)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Bereitstellen eines Wafers (410), der eine erste Halbleiterschicht (1) umfasst; – Bilden einer Kontaktschicht (10’), die ein metallisches chemisches Element umfasst, an der ersten Halbleiterschicht (1); und – Implantieren von Ionen eines ersten chemischen Elements, das ein anderes ist als das metallische chemische Element, in die Kontaktschicht (10’).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend Bilden einer Maske (7) auf der Kontaktschicht (10’) vor dem Implantieren der Ionen des ersten chemischen Elements.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter umfassend: – einen thermischen Prozess bei einer Temperatur von höchstens etwa 400°C nach dem Implantieren der Ionen des ersten chemischen Elements; und/oder – maskiertes Ätzen der Kontaktschicht (10’); und/oder – Zerteilen des Wafers in einzelne Chips.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Laserbearbeitung der Kontaktschicht (10’) nach dem Implantieren der Ionen des ersten chemischen Elements.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionen des ersten chemischen Elements mit einer Energie von mindestens etwa 30 keV implantiert werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionen des ersten chemischen Elements mit einer Dosis implantiert werden, die mindestens etwa 1013 cm–2 mal die Dicke der Kontaktschicht (10’), die in nm gemessen wird, entspricht.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Implantieren so durchgeführt wird, dass ein Teil der Ionen des ersten chemischen Elements die erste Halbleiterschicht (1) erreicht und/oder dass Ionen des ersten Metalls die erste Halbleiterschicht (1) erreichen.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das vor dem Bilden der Kontaktschicht (10’) weiter umfasst: – Bilden einer Diodenstruktur im Wafer; und/oder – Bilden einer Transistorstruktur im Wafer; und/oder – Bilden einer isolierten Gateelektrode benachbart zu einer ersten Seite (101) des Wafers.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Halbleiterschicht (1) Silicium, Siliciumcarbid oder Galliumnitrid umfasst, wobei das erste Metall Nickel oder Titan ist, und/oder wobei das chemische Element Aluminium, Indium, Titan, Cobalt, Chrom, Tantal, Platin, Palladium, Kohlenstoff oder Germanium ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend Implantieren von Ionen eines zweiten chemischen Elements, das ein anderes ist als das metallische chemische Element und als das erste chemische Element, in die Kontaktschicht (1) und/oder die erste Halbleiterschicht (1).
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Bilden der Kontaktschicht (10’) Aufsputtern und/oder Aufdampfen umfasst.
  12. Verfahren zum Bilden eines Metallkontakts auf einer Halbleiterschicht (1), wobei das Verfahren Folgendes umfasst: – Bilden einer Metallschicht (10’) auf der Halbleiterschicht (1), sodass die Metallschicht (10’) einen Metall-Halbleiter-Übergang (15) zur Halbleiterschicht (1) bildet; und – Implantieren erster Ionen in die Metallschicht (10’), um eine Zusammensetzung mindestens eines Bereichs (10B) der Metallschicht (10’) zu verändern.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren so durchgeführt wird, dass eine Zusammensetzung der Metallschicht auf einem Weg am Metall-Halbleiter-Übergang (15) stufenlos oder stufenweise variiert.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, weiter umfassend: – einen thermischen Prozess bei einer Temperatur von höchstens etwa 400°C nach dem Implantieren der Ionen des ersten chemischen Elements; und/oder – Implantieren zweiter Ionen, die andere sind als die ersten Ionen, in die Metallschicht (10’); und/oder – Bilden einer Diodenstruktur und/oder einer Transistorstruktur unter einer ersten Oberfläche (101) der Halbleiterschicht (1) vor dem Bilden der Metallschicht (10’).
  15. Halbleiterbauelement (100–300), das Folgendes umfasst: – einen Halbleiterkörper (40); und – eine Metallschicht (10), die einen Metall-Halbleiter-Übergang (15) zum Halbleiterkörper (40) bildet, wobei die Metallschicht (10) eine Mischung aus Elementen umfasst, die ein metallisches chemisches Element und ein erstes chemisches Element, das ein anderes ist als das metallische chemische Element, umfasst, und wobei eine Konzentration des ersten chemischen Elements in der Mischung aus Elementen in einer vertikalen Richtung, die senkrecht zum Metall-Halbleiter-Übergang (15) ist, variiert.
  16. Halbleiterbauelement (100–300) nach Anspruch 15, wobei eine Zusammensetzung der Metallschicht (10) auf einem Weg am und/oder nahe beim Metall-Halbleiter-Übergang (15) stufenlos oder stufenweise variiert.
  17. Halbleiterbauelement (100–300) nach Anspruch 15 oder 16, wobei die Mischung aus Elementen eine Legierung ist.
  18. Halbleiterbauelement (100–300) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei der Halbleiterkörper (40) Silicium und/oder Siliciumcarbid umfasst, wobei das metallische chemische Element Nickel oder Titan ist, und/oder wobei das erste chemische Element Titan, Cobalt, Chrom, Platin, Aluminium, Indium, Kohlenstoff oder Germanium ist.
  19. Halbleiterbauelement (100–300) nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei der Halbleiterkörper (40) Punktdefekte umfasst, die durch das metallische chemische Element und/oder das erste chemische Element gebildet werden.
  20. Halbleiterbauelement (100–300) nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei der Metall-Halbleiter-Übergang (15) ein Schottky-Übergang ist, oder wobei der Metall-Halbleiter-Übergang (15) nicht gleichrichtend ist und sich über einen pn-Übergang (14) erstreckt, der in einer Halbleiterschicht (1) des Halbleiterkörpers (40) gebildet ist und sich zum Metall-Halbleiter-Übergang (15) hin erstreckt.
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