CN110676322B 碳化硅器件和用于形成碳化硅器件的方法 （英飞凌科技股份有限公司）

R.西米尼克T.巴斯勒A1,2016.08.11A1,2009.03.26A1,2011.09.22AlloySilicideswithHighAluContentforContactResistanceRTransistors.J.oftheElectroSociety.2007,H151-H155.本发明涉及碳化硅器件和用于形成碳化硅2包括钛和钨的阻挡层结构(106)，其中接触层(104)位于碳化硅衬底(102)和阻挡层结包括铜的金属化层(108)，其中阻挡层结构(106)位于碳化硅衬底(102)和金属化层6.根据权利要求1至5之一所述的碳化硅器件，其中所述阻挡层结构(106)与所述接触7.根据权利要求1至5之一所述的碳化硅器件，其中所述阻挡层结构(106)包括Ti/TiN8.根据权利要求1至5之一所述的碳化硅器件，其中所述阻挡层结构(106)包括Ti/TiN10.根据权利要求8所述的碳化硅器件，其中所述阻挡层结构(106)包括Ti/TiN层以及底(102)的第一掺杂区和/或与所述碳化硅衬底(102)的第二掺杂区欧姆接触，其中第一掺20.根据权利要求19所述的碳化硅器件，其中使用钉头接合将所述接合线接合到所述324.根据权利要求1至5之一所述的碳化硅器件，使得经由阻挡层结构(106)和接触层(104)在金属化层(108)和碳化硅衬底(102)的掺4[0003]可能需要为碳化硅器件提供改善的概念，这使得碳化硅器件能够具有减小的横向构和接触层在碳化硅衬底的掺杂区和金属化层之间形至少一层基本上由熔融温度高于半导体材料的固有温度的金属或金属缘层插入在前金属化和半导体衬底的第一表面之间。前金属化延伸穿过绝缘层的相应开的相应电连接。前金属化包含或基本上由熔融温度高于1100℃的一种或多种金属和/或金5[0010]图2示出根据一个实施例的碳化硅器件的一部分的另一示意性横截面，该碳化硅[0014]图6a至6e示出在形成碳化硅器件的各个阶段中的根据一个实施例的碳化硅器件示例也可以使用多个元素来实现相同的功能。同样地，当随后将功能描述为使用多个元素实现时，其他示例可以使用单个元素或处理实体来实现相同的功能。将进一步理解，术语6[0032]图1示出了碳化硅器件100的一部分的示意性横截面。碳化硅器件100可以包括碳可以具有与碳化硅衬底102在横向方向上的延伸相比具有宽带隙半导体材料的半导体衬底，例如作为碳化硅衬底102的代替或者除了碳化硅衬层108可以包括功率金属或者可以由功率金属组成。例如，代替提供或除了提供金属化层7性和/或以降低的成本制造碳化硅器件。单个阻挡层可以与接触层104和金属化层108接触8[0050]碳化硅器件100可以包括包含镍、硅和铝的接触层104。例如，接触层104可以是接触层104可以包括由碳化硅衬底的一部分和包含镍和铝的层形成的合金。接触层可以是层104可以包括按体积计至少1或至少2％、至少5和/或至多10或至多8％、至多5碳包含物。9的碳化硅衬底的掺杂区和金属化层108之间的欧姆连接。接触层104可以与碳化硅衬底1021mm2102的小的整个横向表面可以使得能够实现在恒定缺陷密度下的高产量。延生长之后例如通过分离过程去除碳化硅晶片的至少或阻止碳化硅器件的前侧和碳化硅器件的后侧之间的电部可以沿着与接触于体区的侧壁相对的沟槽栅极的侧壁延伸。上部可以与体区和/或源极[0070]碳化硅器件100的晶体管结构可以是晶体管布置的多个晶体管单元中的晶体管单元区内的半导体衬底的前侧表面和半导体衬底的后侧表面之间施加的层的垂直方向和垂直尺寸或厚度，并且横向方向和横向尺寸可以是沿着碳化硅衬底102的横向方向平行于碳化硅衬底102的前侧表面测量的。碳化硅衬底的前侧可以是与碳化硅衬面或者上面或下面描述的一个或多个示例对应的一个或多个个方面或者上面或下面描述的一个或多个示例对应的一个或多个附或传导和/或阻止碳化硅器件的前侧和碳化硅器件的后侧之间的电化物半导体场效应晶体管。碳化硅器件300a；300b可以类似于结合图1和图2介绍的碳化硅[0082]碳化硅器件300a；300b包括沟槽栅极结构。例如，栅极结构的栅概念的一个或多个方面或上文或下文所述的一个或多个示例对应的一个或多个附加可选以至少部分地由碳化硅器件的金属化层形成。图4b进一步示出了接合线412，其使用钉头个方面或者上面或下面描述的一个或多个示例对应的一个或多个附[0090]例如，接触层104的形成110可以包括在碳化硅衬底102上沉积包括NiAl的层。例80nm、至多50nm）的垂直厚度。接触层104的形成110可以进一步包括对碳化硅衬底102和[0091]例如，金属化层108可以包括通过使用溅射或随后使用铜电镀在例如阻挡层结构者上面或下面描述的一个或多个示例对应的一个或多[0094]至少一些方法可以基于SiIGBT（绝缘栅双极晶体管这里一方面作为Al(Si)Cu (Si)Cu前侧金属Al线)可能限制关于功率循环和短路稳健性的产品性能，后者线。最大的灵活性以及高的电流承载能力。基本上更稳定的Cu/Cu互连可以实现更高的负载循108可以与结合图1至5介绍的碳化硅的相应组件类似实现。碳化硅器件600a和600b的不同[0105]图6e示出了在沉积和结构化酰亚胺钝化602之后的SiC半导体主体的示意性横截例提及图6a至图6e中示出的示例的更多细节和方面。方法500可以包括与所提出的概念的[0107]图7图示了具有半导体衬底1110的功率半导体器件1100的截面图。功率半导体器件1100可以包括例如碳化硅器件，和/或半导体衬底1110例如可以是碳化硅衬底。在下文实施例所解释的各种概念可以适用于横向晶体管、具有平面栅极接触的晶体管和/或具有导体衬底1110由这些宽带隙材料中的任何一种构成，其包含典型的无意杂质和有意掺杂2O3[0109]尽管通常宽带隙材料特别是SiC可以具有更高的固有温度，但是宽带隙半导体材体衬底1110的主要材料或主要部分具有4H-S1103由多个有源晶体管单元限定，每个有源晶体管单元被配置用于承载一部分负载电流。[0114]功率器件1100可以可选地包括横向外缘1105和布置在有源区1103和横向外缘[0115]图7示意性地图示了由各栅极沟槽形成并在各栅极沟槽之间形成的垂直晶体管单伸通过可以形成相应的源极区的第一掺杂区1121以及可以形成相应的体区的第二掺杂区[0120]开口1141形成在绝缘层1140中。绝缘层1140的材料可以例如围绕相应的开口[0122]然而，在其他实施例中，开口1141的宽度可以是相应晶体管单元的宽度的至少延伸穿过第一掺杂区1121和/或到相应有源晶体管单元的第二掺杂区1122中。如果第一掺杂区1121是源极区，则延伸到第一掺杂区和/或第二掺杂区1122中的这种接触也可以称为[0125]图7示出了不同类型的插塞。这里描述的半导体器件1100可以包括所示类型的插[0127]前金属化1150布置在绝缘层1140上或上方并且通常与绝缘层1140接触。插塞[0130]根据一个实施例，半导体衬底1110是所谓的宽带隙半导体材料，其由例如SiC、2O3制成的总量小于按重量计1％的、熔融温度低于半导体衬底1110的半导体材料的固有温度的金常低于宽带隙半导体材料的固有温度。对于SiC作为半导体衬底的主要材料，可能尤其如的组的一种或多种金属或金属合金以及它们的层组个或多个方面或者上面或下面描述的一个或多个示例对应的一个或多个施例和其他实施例的变型中，绝缘层1240可以布置在诸如多晶硅层或金属层的导电层上，[0136]开口1241形成在绝缘层1240中并且延伸到并在开口1241内暴露半导体衬底1210导体衬底1110的第一表面1211的垂直方向上具根据如图8所示的实施例，接触层1253形成在开口1141中和绝缘层1140上，特别是在开口温度为2623℃,W的熔融温度为3422℃,Hf的熔融温度为2233℃,TiN的熔融温度为2950℃,SiC的热系数约为4.5×10-6K-1，这使Mo和W特别适合具有由SiC或4H-SiC形成约为50而适合功率金属化。如在约20nm至约500nm之间的范围内，特别是在约50nm至约500nm之间的范围内。粘附层1252的主要目的是改善功率金属1251和接触金属或金属合金形成。接触层1253可以比粘附层1252薄。例如，接触层1253可以具有约元素和半导体衬底1210的半导体材料的至少一种化学元素的二元、三元或四元合金系统。元素对于NiAl来说可以是Ni和Al作为接触层1253的示例性材料，或对于TiW来说可以是Ti[0153]如图8所示，接触层1253与绝缘层1240的形状一致并且覆盖绝缘层1240的上表面堆叠不含用于功率金属1251的金属氮化物。示例性金属层堆叠包括用于接触层1253的Ti；[0160]与其不同，本文提出的方法提供了可以禁得起甚至持久功率器件可以比采用其他金属的功率器件更好组合的组中的至少一个金属结构，其中栅极电极和/或至少一个金属结构包括或基本上由般地，熔融温度低于1100℃的金属的含量可以相对于相应金属结构的总量按重量计小于面1111处的每个导电结构可以基本上由熔融温度高于1100℃的金属或金[0168]前金属化1150可以基本上由选自概念的一个或多个方面或者上面或下面描述的一个或多个示例对应的一个或多个附加可[0170]图9图示了图8的实施例的变型。接触层1353仅形成在绝缘层11更具体地仅形成在开口1341的底部处以与开口周围的绝缘层1340没有覆盖的第一表面概念的一个或多个方面或者上面或下面描述的一个或多个示例对应的一个或多个附加可的底部在半导体衬底1410的第一表面1411下方。接触层1453完全覆盖绝缘层1440、开口念的一个或多个方面或者上面或下面描述的一个或多个示例对应的一个或多个附加可选[0174]图11图示了功率器件特别是垂直半导体器件并且更具体地说是具有可选集成二体衬底1510中的至少两个晶体管单元1581、1582。在图11中，仅图示了两个晶体管单元[0177]在可选的二极管区1590和漂移区1523之间形成pn结。二极管区1590可以是p掺杂第一二极管区1591和第二二极管区1592这两个也可以部分地或完全晶体管单元的源极区1521可以仅形成在沟槽的一侧处，例如在与其中形成第二二极管区[0181]沟道区1533沿着晶体管单元1581、1582的相应沟槽的第一侧壁在体区1522中延1522和源极区1521邻近的半导体衬底1510的第一表面1511延伸到其中形成pn结的漂移区栅极电极1532电绝缘的导电材料接触。导电材料可以至少部分地位于栅极电极1532下方和/或沿栅极电极1532的延伸方向与栅极电极下，二极管区1590的底部可以具有比具有栅极电极1532的沟槽的底部更大的到第一表面的一个或多个方面或者上面或下面描述的一个或多个示例对应的一个或多个附加可选特[0189]图12图示了在雪崩期间由感应负载供应给公共功率器件的雪崩破坏电流JAS和能[0196]使用上述关系和SiC特别是4H-SiC的材料特性，估计破坏温度为约600℃至约650的绝缘层1140，绝缘层1140包括在垂直方向上延伸穿过绝缘层1140的至少一个开口1141；在绝缘层1140上方的前金属化1150，其中绝缘层1140插入在前金属化1150和半导体衬底[0204]示例3涉及示例1的功率半导体器件，其中半导体材料的固有温度为至少600℃且[0206]示例5涉及示例1至4中任一项的功率半导体器件，其中前金属化1150包含相对于前金属化的总量小于按重量计1％的熔融温度低[0207]示例6涉及示例1至5中任一项的功率半导体器件，其中前金属化1250包括与半导和粘附促进层1252中的每一个的至少5倍的组的金属或金属合金以及它们的层组合或合金组合物形成。[0212]示例11涉及示例6至10中任一项的功率半导体器件，其中功率金属1251由选自包其中至少一个金属结构包含或基本上由选自包括第一表面1111处的每个导电结构基本上由熔融温度高于1100℃的金属[0220]示例19涉及示例15至18中任一项的功率半导体器件，还包括选自