DE102018121897A1

DE102018121897A1 - Halbleitervorrichtung mit einem silizium und stickstoff enthaltenden bereich und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102018121897A1
Application number: DE102018121897.4A
Authority: DE
Inventors: Markus Kahn; Jürgen Steinbrenner; Christian Maier; Philipp Sebastian Koch; Oliver Humbel; Angelika Koprowski; Gerhard Schmidt
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2018-09-07
Publication date: 2020-03-12
Also published as: US20200083133A1; CN110890332A; CN110890332B; US11075134B2; US11804415B2; US20210287954A1

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung (500) umfasst einen Halbleiterkörper (100) und einen ersten Bereich (410), der Silizium und Stickstoff enthält. Der erste Bereich (410) ist mit dem Halbleiterkörper (100) in direktem Kontakt. Ein zweiter Bereich (420), der Silizium und Stickstoff enthält, ist mit dem ersten Bereich (410) in direktem Kontakt. Der erste Bereich (410) liegt zwischen dem Halbleiterkörper (100) und dem zweiten Bereich (420). Ein durchschnittlicher Siliziumgehalt im ersten Bereich (410) ist höher als im zweiten Bereich (420).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen und auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung.
HINTERGRUND
In Halbleitervorrichtungen wie etwa Leistungs-Halbleiterdioden und Leistungs-Halbleiterschaltern kann eine Passivierungsschicht Bereiche eines Halbleiterdie und Bereiche einer Metallisierung während Test- und Packaging-Prozesse und während einer Nutzung schützen. Die Passivierungsschicht schützt die Oberfläche und bildet eine Barriere gegen Störstellen und Verunreinigungen, die andernfalls aus der Umgebung in aktive Gebiete der Halbleitervorrichtung wandern können. Passivierungsschichten können dielektrische oder halbisolierende Materialien, zum Beispiel DLC (diamantartigen Kohlenstoff), amorphes Siliziumcarbid (a-SiC), Siliziumoxid, stöchiometrisches Siliziumnitrid (Si₃N₄) oder Polyimid, umfassen.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung, die einen Halbleiterkörper enthält. Ein erster Bereich ist in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper. Der erste Bereich enthält Silizium und Stickstoff. Ein zweiter Bereich ist mit dem ersten Bereich in direktem Kontakt. Der zweite Bereich enthält Silizium und Stickstoff. Der erste Bereich liegt zwischen dem Halbleiterkörper und dem zweiten Bereich. Ein durchschnittlicher Siliziumgehalt im ersten Bereich ist höher als im zweiten Bereich.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung. Das Verfahren umfasst ein Vorsehen eines Halbleitersubstrats, das eine Hauptoberfläche aufweist. Ein erster Bereich wird direkt auf der Hauptoberfläche ausgebildet. Der erste Bereich enthält Silizium und Stickstoff. Ein zweiter Bereich wird direkt auf dem ersten Bereich ausgebildet. Der zweite Bereich enthält Silizium und Stickstoff. Im ersten Bereich ist ein durchschnittlicher Siliziumgehalt höher als im zweiten Bereich.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis von Ausführungsformen zu liefern, und sie sind in diese Patentbeschreibung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen die Halbleitervorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien der Ausführungsformen. Andere Ausführungsformen und beabsichtigte Vorteile werden ohne Weiteres gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.

1A ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung, die eine halbisolierende Schutzschicht mit einem siliziumreichen ersten Bereich und einem zweiten Bereich enthält, gemäß einer Ausführungsform.
1B ist ein schematisches Diagramm, das den Siliziumgehalt und den Stickstoffgehalt entlang einer Linie B-B' von 1A gemäß Ausführungsformen veranschaulicht.
2A ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung mit einem zweiten Bereich, der Teilabschnitte enthält, gemäß einer anderen Ausführungsform.
2B ist ein schematisches Diagramm, das den Siliziumgehalt und den Stickstoffgehalt entlang einer Linie B-B' von 2A gemäß Ausführungsformen veranschaulicht.
3 ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs einer Halbleitervorrichtung, die eine Sperrschicht- bzw. Übergangs-Abschlussausdehnung enthält, gemäß einer weiteren Ausführungsform.
4 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
5A ist ein schematisches Blockdiagramm einer Abscheidungseinrichtung für ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.
5B ist ein schematisches Zeitdiagramm, um einen mit der Abscheidungseinrichtung von 5A durchführbaren Prozess zu veranschaulichen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen eine Halbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung ausgestaltet werden können. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für eine Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um zu noch einer weiteren Ausführungsform zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Offenbarung derartige Modifikationen und Veränderungen einschließt. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Bereich der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Der Klarheit halber sind entsprechende Elemente durch die gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
Die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und die Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen oder Merkmalen nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
Der Begriff „elektrisch verbunden“ beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Begriff „elektrisch gekoppelt“ umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signal- und/oder Leistungsübertragung geeignet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorhanden sein können, beispielsweise Elemente, die gesteuert werden können, um zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorzusehen.
Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von „-“ oder „+“ neben dem Dotierungstyp „n“ oder „p“. Beispielsweise bedeutet „n^-“ eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines „n“-Dotierungsgebiets ist, während ein „n⁺“-Dotierungsgebiet eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein „n“-Dotierungsgebiet. Dotierungsgebiete der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene „n“-Dotierungsgebiete die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
Für physikalische Abmessungen angegebene Bereiche schließen die Randwerte ein. Beispielsweise liest sich ein Bereich für einen Parameter y von a bis b als a ≤ y ≤ b. Ein Parameter y mit einem Wert von mindestens c liest sich als c ≤ y, und ein Parameter y mit einem Wert von höchstens d liest sich als y ≤ d.
Hauptbestandteile einer Schicht oder einer Struktur aus einer chemischen Verbindung oder Legierung sind solche Elemente, deren Atome die chemische Verbindung oder Legierung bilden. Beispielsweise sind Nickel und Silizium die Hauptbestandteile einer Nickelsilizid-Schicht und Kupfer und Aluminium sind die Hauptbestandteile einer Kupferaluminiumlegierung.
Zwei angrenzende dotierte Gebiete des gleichen Leitfähigkeitstyps und mit verschiedenen Dotierstoffkonzentrationen bilden einen unipolaren Übergang, z.B. einen (n/n+)-Übergang oder einen (p/p+)-Übergang, entlang einer Grenzfläche zwischen den beiden dotierten Gebieten. Beim unipolaren Übergang kann ein Dotierstoffkonzentrationsprofil orthogonal zum unipolaren Übergang eine Stufe oder einen Wendepunkt zeigen, bei der oder dem sich das Dotierstoffkonzentrationsprofil von konkav in konvex oder umgekehrt ändert.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Halbleitervorrichtung einen Halbleiterkörper, einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich umfassen. Der erste Bereich enthält Silizium und Stickstoff und kann in direktem Kontakt mit dem Halbleiterkörper sein. Der zweite Bereich enthält Silizium und Stickstoff und kann mit dem ersten Bereich in direktem Kontakt sein, wobei der erste Bereich zwischen dem Halbleiterkörper und dem zweiten Bereich liegt. Ein durchschnittlicher Siliziumgehalt im ersten Bereich kann höher als im zweiten Bereich sein.
Sowohl der erste als auch der zweite Bereich können Silizium und Stickstoff als die alleinigen Hauptbestandteile enthalten. Der erste Bereich und/oder der zweite Bereich können/kann auch einen signifikanten Anteil an Wasserstoff enthalten, der Silizium-Wasserstoff-Bindungen und Stickstoff-Wasserstoff-Bindungen ausbilden kann. Außerdem können/kann der erste Bereich und/oder der zweite Bereich Störstellen, zum Beispiel Phosphor, Bor und/oder Kohlenstoff, enthalten. Der erste Bereich und der zweite Bereich können zumindest einen Bereich einer Passivierungsschicht bilden.
Der erste Bereich kann eine elektrisch aktive halbisolierende Schicht mit einem elektrischen spezifischen Widerstand in einem Bereich von 1 × 10⁷ Ωcm (1E07 Qcm) bis 1 × 10¹⁵ Ωcm (1E15 Qcm) sein. Der erste Bereich kann ein hohes elektrisches Sperrvermögen zeigen. Der elektrische spezifische Widerstand kann niedrig genug sein, um eine Akkumulation elektrischer Ladungen, z.B. in einem Gebiet des Halbleiterkörpers nahe der Passivierungsschicht, zu verhindern.
Der hohe Siliziumgehalt kann starke Bindungen zwischen dem ersten Bereich und einem Halbleiterkörper, z.B. einem Halbleiterkörper, der auf Silizium, Germanium oder Siliziumcarbid basiert, ermöglichen.
Der zweite Bereich kann als feste und robuste Schutzschicht effektiv sein. Der zweite Bereich kann den ersten Bereich und den Halbleiterkörper in einer feuchten Umgebung, zum Beispiel gegen die Aufnahme von Wasser, schützen. Der zweite Bereich ist selbst bei Vorhandensein starker elektrischer Felder robust gegen eine elektrochemische Korrosion.
Da der erste Bereich und der zweite Bereich die gleichen Bestandteile enthalten, kann eine Haftung zwischen dem zweiten Bereich und dem ersten Bereich besser sein als z.B. zwischen einer Si₃N₄-Schicht und einer DLC-Schicht oder zwischen einer Si₃N₄-Schicht und einer a-SiC-Schicht. Der zweite Bereich kann unmittelbar anschließend an den ersten Bereich und ohne Unterbrechung eines während einer Abscheidung angewendeten Plasmas gebildet werden, so dass sich keine dazwischenliegende Schicht, z.B. eine native Oxidschicht oder irgendeine Art einer anderen Grenzfläche, bilden kann, die eine Haftung zwischen dem zweiten Bereich und dem ersten Bereich beeinträchtigten könnte.
Die Passivierungsschicht kann als robuste elektro-aktive Abschirmung einer Rand-Abschlussstruktur, für einen Aufbau einer Spiegelladung und zum Kontaktieren potentialfreier Gebiete in dem Halbleiterkörper oder anderer potentialfreier Strukturen genutzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Halbleiterkörper ein dotiertes Gebiet einer Halbleiterdiode und/oder einer Transistorzelle enthalten. Beispielsweise kann das dotierte Gebiet das Anoden- oder Kathodengebiet einer Leistungs-Halbleiterdiode oder das Bodygebiet eines Leistungstransistors bilden. Indem eine Ladungsakkumulation verhindert wird, kann der erste Bereich der Passivierungsschicht dazu beitragen, das elektrische Sperrvermögen von Leistungs-Halbleitervorrichtungen zu bewahren.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Halbleiterkörper ein aktives Gebiet und ein Randabschlussgebiet zwischen dem aktiven Gebiet und einer seitlichen Oberfläche des Halbleiterkörpers enthalten. Das aktive Gebiet kann das dotierte Gebiet einer Halbleiterdiode oder einer Transistorzelle enthalten. Eine vorderseitige Metallisierung kann mit dem Halbleiterkörper im aktiven Gebiet in Kontakt sein. Der erste Bereich kann mit dem Halbleiterkörper im Randabschlussgebiet in direktem Kontakt sein. Der erste Bereich kann ein ausreichendes elektrisches Sperrvermögen und einen ausreichenden hohen elektrischen spezifischen Widerstand zeigen, so dass der erste Bereich keinen oder nur einen vernachlässigbaren Einfluss auf einen Standardbetriebsmodus der Halbleitervorrichtung hat. Der erste Bereich kann eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit zeigen, um eine Akkumulation von Ladungsträgern über eine lange Zeitspanne zu vermeiden, wobei die akkumulierte Ladung zu einer lokalen Erhöhung einer elektrischen Feldstärke an pn-Übergängen im Randabschlussgebiet beitragen kann. Eine lokale Vorspannung einer elektrischen Feldstärke kann das Sperrvermögen einer im Randabschlussgebiet ausgebildeten Randabschlussstruktur reduzieren.
Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Bereich mit einem dotierten Gebiet einer im Randabschlussgebiet ausgebildeten Randabschlussstruktur in direktem Kontakt sein. Das dotierte Gebiet der Randabschlussstruktur kann den gleichen Leitfähigkeitstyp wie das dotierte Gebiet im aktiven Gebiet aufweisen. Beispielsweise können die dotierten Gebiete des aktiven Gebiets und des Randabschlussgebiets pn-Übergänge mit einer Driftzone ausbilden. Das dotierte Gebiet im aktiven Gebiet kann ein Emittergebiet sein. In einem Sperrmodus der Halbleitervorrichtung nimmt die Randabschlussstruktur das elektrische Feld in einer lateralen Richtung auf, wo die elektrische Feldstärke Spitzenwerte nahe Stellen erreichen kann, an denen pn-Übergänge an der Vorderseite enden. Der erste Bereich verhindert eine Erhöhung der elektrischen Feldstärke, die durch sich in der Passivierungsschicht akkumulierende elektrische Ladungen induziert werden kann.
Das Randabschlussgebiet kann eine Sperrschicht- bzw. Übergangs-Abschlussausdehnung (JTE) des Emittergebiets enthalten, wobei eine Dotierungskonzentration im Emittergebiet niedriger sein kann als im dotierten Gebiet der Randabschlussstruktur und wobei eine vertikale Ausdehnung der JTE kleiner als eine vertikale Ausdehnung des Emittergebiets sein kann.
Das dotierte Gebiet in dem Randabschlussgebiet kann eine Zone einer variablen lateralen Dotierung (VLD) enthalten, in der eine Dotierstoffkonzentration mit zunehmendem Abstand zum aktiven Gebiet allmählich abnimmt. Die Randabschlussstruktur kann einen oder mehr Schutzringe des Leitfähigkeitstyps des Emittergebiets enthalten, wobei sich die Schutzringe von einer ersten Oberfläche auf einer Vorderseite des Halbleiterkörpers in den Halbleiterkörper erstrecken können. Entlang einer lateralen Richtung können die Schutzringe durch gering dotierte dazwischenliegende Gebiete des gleichen Leitfähigkeitstyps oder durch gegendotierte dazwischenliegende Gebiete voneinander beabstandet sein.
Zusätzlich zu einer VLD, einer JTE und/oder Schutzringen kann die Randabschlussstruktur eine Kanal-Stoppeinrichtung eines Leitfähigkeitstyps enthalten, der demjenigen des Emittergebiets entgegengesetzt ist. Die Kanal-Stoppeinrichtung kann sich entlang einer seitlichen Oberfläche des Halbleiterkörpers erstrecken, wobei die seitliche Oberfläche zur ersten Oberfläche geneigt ist.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt an einer oberen Oberfläche des zweiten Bereichs ein mittleres Atomverhältnis von Silizium zu Stickstoff höchstens 1,6. Ein Brechungsindex an der oberen Oberfläche kann etwa 2,0 betragen. Das Atomverhältnis von 1,6 entspricht dem Atomverhältnis in einem typischerweise mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) gebildeten „klassischen“ Siliziumnitrid. Eine Siliziumnitridschicht mit einem mittleren Atomverhältnis von Silizium zu Stickstoff von etwa 1,6 kann mechanisch robust und korrosionsbeständig bei Vorhandensein starker elektrischer Felder sein und kann eine effektive Barriere gegen Feuchtigkeit bilden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der zweite Bereich zumindest 10 At.-% Wasserstoff enthalten. Beispielsweise kann der zweite Bereich zumindest 10 At.-% Wasserstoff und höchstens 14 At.-% Wasserstoff enthalten. Ein ausreichend hoher Wasserstoffgehalt kann die elektrischen Charakteristiken des zweiten Bereichs, z.B. den elektrischen spezifischen Widerstand und das Sperrvermögen, abstimmen.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt an einer oberen Oberfläche des zweiten Bereichs ein Verhältnis einer Menge an Silizium-Wasserstoff-Bindungen Si-H zu einer Menge an Stickstoff-Wasserstoff-Bindungen N-H höchstens 1,6. Das Verhältnis von Si-H-Bindungen zu N-H-Bindungen kann aus den Infrarotabsorptionsbändern der Bindungen erhalten werden. Eine Siliziumnitridschicht mit einem Verhältnis von Si-H-Bindungen zu N-H-Bindungen von etwa 1,6 kann mechanisch robust und korrosionsbeständig bei Vorhandensein starker elektrischer Felder sein und kann eine effektive Barriere gegen Feuchtigkeit bilden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der zweite Bereich an der obersten Oberfläche isolierend sein, wobei der elektrische spezifische Widerstand an der oberen Oberfläche größer als 1 × 10¹² Ωcm (1E12 Ωcm) ist. Der zweite Bereich kann isolierender als der erste Bereich sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein mittleres Atomverhältnis von Silizium zu Stickstoff im ersten Bereich an einer Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem ersten Bereich größer als 1,6, z.B. größer als 5 oder größer als 6, sein, wobei ein Brechungsindex etwa 2,2 betragen kann. Beispielsweise ist bei Si:N > 5 der erste Bereich „siliziumreich“ und zeigt ein hohes Sperrvermögen.
Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Bereich höchstens 10 At.-% Wasserstoff enthalten. Beispielsweise kann der erste Bereich zumindest 10 At.-% Wasserstoff und höchstens 14 At.-% Wasserstoff enthalten. Ein ausreichend hoher Wasserstoffgehalt kann die elektrischen Charakteristiken des ersten Bereichs, z.B. den elektrischen spezifischen Widerstand und das Sperrvermögen, abstimmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein mittleres Verhältnis der Menge an Si-H-Bindungen zur Menge an N-H-Bindungen im ersten Bereich bei einer Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem ersten Bereich größer als 1,6, z.B. größer als 5 oder größer als 6, sein. Ein Brechungsindex kann etwa 2,2 betragen. Mit Si-H:N-H > 5 ist der erste Bereich „siliziumreich“ und zeigt ein hohes Sperrvermögen. Der elektrische spezifische Widerstand des „siliziumreichen“ ersten Bereichs ist hoch genug, so dass der erste Bereich keinen Einfluss auf den Betrieb der Halbleitervorrichtung hat. Der elektrische Widerstand des „siliziumreichen“ ersten Bereichs ist ausreichend niedrig, um eine langfristige Ladungsakkumulation zu vermeiden, die das Sperrvermögen der Randabschlussstruktur vermindern kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Bereich an einer Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und dem ersten Bereich halbisolierend sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann der zweite Bereich einen ersten Teilbereich in Kontakt mit dem ersten Bereich enthalten, wobei in dem ersten Teilbereich der Siliziumgehalt mit zunehmendem Abstand zum ersten Bereich stetig abnimmt. Der stetig abnehmende Siliziumgehalt erleichtert eine Einstellung der Eigenschaften der Passivierungsschicht im Hinblick auf die elektrischen Anforderungen, die Feuchtigkeitsbeständigkeit und die mechanische Festigkeit. Der allmähliche Übergang von einer „siliziumreichen“ Siliziumnitridschicht zu einer „klassischen“ Siliziumnitridschicht vermeidet Grenzflächen zwischen Schichten verschiedener Zusammensetzung und trägt zu einer verbesserten mechanischen Stabilität der Passivierungsschicht bei.
Gemäß einer Ausführungsform kann das mittlere Atomverhältnis von Silizium zu Stickstoff über einen Abstand von mindestens 100 nm von zumindest 5, z.B. zumindest 6, auf höchstens 1,8, z.B. höchstens 1,6, abnehmen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Verhältnis von Si-H-Bindungen zu N-H-Bindungen über einen Abstand von mindestens 100 nm von zumindest 5, z.B. zumindest 6, auf höchstens 1,8, z.B. höchstens 1,6, abnehmen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann der zweite Bereich einen zweiten Teilbereich entlang der oberen Oberfläche enthalten, wobei im zweiten Teilbereich ein Siliziumgehalt konstant ist und nicht von einem Abstand zum ersten Bereich abhängt. Mit der Dicke des zweiten Bereichs können die mechanische Festigkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit der Schutzschicht ohne weiteren Einfluss auf die elektrischen Charakteristiken abgestimmt werden, welche vorwiegend durch den ersten Bereich und höchstens einen Teil des ersten Teilbereichs des zweiten Bereichs definiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Dicke des ersten Bereichs in einem Bereich von 50 nm bis 100 nm liegen. Beispielsweise entspricht die Dicke des ersten Bereichs einer minimalen Abscheidungszeit, um stabile Plasmaparameter in einer Abscheidungskammer einzurichten, wobei Massendurchsätze bzw. Massenstromraten vor einer Plasmazündung stabilisiert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Dicke des zweiten Bereichs zumindest 100 nm betragen, um einen ausreichenden glatten Übergang zwischen „siliziumreichem“ Siliziumnitrid und einem „klassischen“ Siliziumnitrid zu erreichen.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Brechungsindex an einer oberen Oberfläche des zweiten Bereichs bei einer Wellenlänge von 673 nm in einem Bereich von 1,9 bis 2,1 liegen.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung ein Vorsehen eines Halbleitersubstrats mit einer Hauptoberfläche einschließen. Ein erster Bereich kann direkt auf der Hauptoberfläche gebildet werden. Der erste Bereich enthält Silizium und Stickstoff. Ein zweiter Bereich kann direkt auf dem ersten Bereich gebildet werden. Der zweite Bereich enthält Silizium und Stickstoff. Im ersten Bereich können/kann ein durchschnittlicher Siliziumgehalt und/oder ein durchschnittlicher Gehalt an Si-H-Bindungen höher als im zweiten Bereich sein.
Der zweite Bereich kann direkt nach dem ersten Bereich gebildet werden, wobei der zweite Bereich gebildet werden kann, ohne dass der Halbleiterkörper eine Abscheidungseinrichtung verlässt, ohne dass ein während einer Abscheidung angewendetes Plasma vorübergehend stoppt und ohne dass irgendeine Grenzflächenschicht, z.B. eine native Oxidschicht, gebildet wird, die eine Haftung zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich schwächen kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann ein Ausbilden der ersten und zweiten Bereiche einen Abscheidungsprozess einschließen, der einen Stickstoff enthaltenden Präkursor und einen Silizium enthaltenden Präkursor nutzt. Während einer Abscheidung des ersten Bereichs und/oder während einer Abscheidung des zweiten Bereichs in einer Abscheidungskammer kann ein Massenstromverhältnis zwischen dem Silizium enthaltenden Präkursor und dem Stickstoff enthaltenden Präkursor in die Abscheidungskammer allmählich verringert werden.
Der erste Bereich kann eine elektrisch aktive Schicht bilden, und der zweite Bereich kann eine robuste Schutzschicht bilden. Die elektrisch aktive Schicht und die Schutzschicht einer Passivierungsschicht können auf wirtschaftliche Weise gebildet werden, indem einfach ein oder zwei Volumenströme während des Abscheidungsprozesses geändert werden. Es bilden sich keine Grenzflächenschichten wie etwa native Oxide, die einen nachteiligen Einfluss auf eine Vorrichtungsstabilität haben können oder die eine Haftung zwischen den Bereichen verschlechtern können.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Änderung des Volumenstromverhältnisses eine Verringerung des Massenstromverhältnisses zwischen dem Silizium enthaltenden Präkursor und dem Stickstoff enthaltenden Präkursor um höchstens 100 sccm/s einschließen, wobei die elektrischen Charakteristiken des ersten Bereichs und des zweiten Bereichs ohne negativen Einfluss auf die Stabilität der Passivierungsschicht exakt abgestimmt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform kann von der Hauptoberfläche vor Ausbilden des ersten Bereichs ein Oxid entfernt werden. Beispielsweise kann das Oxid unter Verwendung eines reaktiven Präkursors wie etwa Fluor entfernt werden. Nach Entfernung des Oxids verlässt das Halbleitersubstrat die Abscheidungskammer nicht, bis die ersten und die zweiten Bereiche einer Passivierungsschicht ausgebildet sind. Es können sich keine kritischen Grenzflächenschichten, die eine Haftung des zweiten Bereichs auf dem ersten Bereich verschlechtern können, zum Beispiel natives Oxid, zwischen dem Halbleitersubstrat und der Passivierungsschicht ausbilden, so dass der erste Bereich starke Bindungen mit dem Halbleitersubstrat ohne Grenzflächen, entlang denen ein Bereich der Passivierungsschicht delaminieren kann oder auf andere Weise geschwächt werden kann, ausbilden kann.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Halbleitersubstrat kristallines Silizium enthalten. Auf kristallinem Silizium kann eine „siliziumreiche“ Siliziumnitridschicht starke Bindungen ausbilden, die eine Delaminierung bzw. Ablösung des ersten Bereichs vom Halbleitersubstrat vermeiden.
1A - 1B beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung 500 mit einer auf einer ersten Oberfläche 101 eines Halbleiterkörpers 100 ausgebildeten Passivierungsschicht 400.
Die Halbleitervorrichtung 500 kann eine Leistungs-Halbleitervorrichtung sein, die als Schalter oder Gleichrichter in einer Leistungselektronik verwendet werden kann. Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 500 eine Halbleiterdiode sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die Halbleitervorrichtung 500 eine Vielzahl von im Wesentlichen identischen Transistorzellen TC enthalten, die elektrisch parallel angeordnet sind. Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 500 ein HEMT (Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit), ein IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate), zum Beispiel ein MOSFET (MetallOxid-Halbleiter-FET) in der üblichen Bedeutung, einschließlich IGFETs mit Metall-Gates sowie IGFETs mit Polysilizium-Gates, ein JFET (Junction- bzw. Sperrschicht-FET), ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), eine MCD (MOS-gesteuerte Diode) oder eine intelligente Leistungs-Halbleitervorrichtung sein, die CMOS (komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-)Schaltungen wie etwa eine Sensorschaltung und/oder Steuerschaltung zusätzlich zu einem Leistungs-Halbleiterschalter nutzt.
Der Halbleiterkörper 100 kann auf einem Halbleiterkristall mit einem oder mehr Hauptbestandteilen basieren. Der (Die) Hauptbestandteil(e) des Halbleiterkristalls kann (können) beispielsweise Silizium (Si), Germanium (Ge), Silizium und Germanium (SiGe), Silizium und Kohlenstoff (SiC), Gallium und Stickstoff (GaN) oder Gallium und Arsen (GaAs) sein. Der Halbleiterkörper 100 kann weitere Materialien, zum Beispiel unbeabsichtigte Störstellen als Folge von Material- und Prozessmängeln und/oder beabsichtigte Zusatzstoffe, z.B. Dotierstoffatome und/oder Wasserstoffatome, enthalten.
Die erste Oberfläche 101 definiert eine Vorderseite der Halbleitervorrichtung 500. Richtungen parallel zur ersten Oberfläche 101 sind horizontale Richtungen. Eine Oberflächennormale 104 zur ersten Oberfläche 101 definiert eine vertikale Richtung.
Die Passivierungsschicht 400 umfasst einen ersten Bereich 410 in direktem Kontakt mit der ersten Oberfläche 101 und einen zweiten Bereich 420, der auf dem ersten Bereich 410 ausgebildet ist, wobei der erste Bereich 410 den zweiten Bereich 420 vom Halbleiterkörper 100 trennt. Der erste Bereich 410 und der zweite Bereich 420 können Silizium und Stickstoff als alleinige Hauptbestandteile enthalten oder können einen signifikanten Anteil an Wasserstoff, z.B. zumindest 10 At.-% Wasserstoff, enthalten.
Der erste Bereich 410 und der zweite Bereich 420 unterscheiden sich im Hinblick auf das Verhältnis zwischen Silizium und Stickstoff und/oder können sich im Hinblick auf ein Verhältnis von Si-H-Bindungen zu N-H-Bindungen unterscheiden. Beispielsweise kann das Atomverhältnis von Silizium zu Nitrid Si:N im ersten Bereich 410 konstant sein und kann mit zunehmendem Abstand z zur ersten Oberfläche 101 im zweiten Bereich 420 abnehmen, zum Beispiel stetig abnehmen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann Si:N im ersten Bereich 410 mit einer geringeren Rate als im zweiten Bereich 420 abnehmen.
Gemäß einem anderen Beispiel kann das Verhältnis Si-H:N-H im ersten Bereich 410 konstant sein und kann mit zunehmendem Abstand z zur ersten Oberfläche 101 im zweiten Bereich 420 abnehmen, zum Beispiel stetig abnehmen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das Verhältnis Si-H:N-H im ersten Bereich 410 mit einer geringeren Rate als im zweiten Bereich 420 abnehmen.
Eine vertikale Ausdehnung d1 des ersten Bereichs 410 kann in einem Bereich von zum Beispiel 50 nm bis 100 nm liegen. Eine vertikale Ausdehnung d2 des zweiten Bereichs 420 kann in einem Bereich von 100 nm bis einige µm, zum Beispiel 800 nm, liegen.
1B zeigt den vertikalen Gradienten 491 des Siliziumgehalts und den vertikalen Gradienten 492 des Atomverhältnisses von Silizium zu Stickstoff Si:N entlang einer Linie B-B' in 1A. Im ersten Bereich 410 können sowohl der Siliziumgehalt als auch das Verhältnis von Silizium zu Stickstoff konstant sein. Beispielsweise kann im ersten Bereich 410 das Atomverhältnis Si:N etwa 6 betragen. Der Siliziumgehalt im ersten Bereich 410 kann etwa 85 % betragen. Im zweiten Bereich 420 kann das Atomverhältnis Si:N über eine Dicke von zumindest 100 nm in einem Bereich von 6 bis 1,6 abnehmen.
An einer oberen Oberfläche 429 des zweiten Bereichs 420 kann das Atomverhältnis Si:N höchstens 1,8, z.B. höchstens 1,6, betragen, und der Brechungsindex kann bei einer Wellenlänge von 673 nm in einem Bereich von 1,98 bis 2,02 liegen. In einer horizontalen Querschnittsebene des ersten Bereichs 410 kann der Brechungsindex bei einer Wellenlänge von 673 nm mindestens 2,15, zum Beispiel etwa 2,2, betragen.
Zumindest der erste Bereich 410 kann eine wesentliche Menge an Wasserstoff, z.B. zumindest 10 At.-% Wasserstoff und höchstens 14 At.-% Wasserstoff, enthalten, wobei der vertikale Gradient 491 die Menge an Si-H-Bindungen und der vertikale Gradient 492 das Verhältnis Si-H:N-H entlang einer Linie B-B' in 1A angeben kann. Im ersten Bereich 410 können sowohl die Menge an Si-H-Bindungen als auch das Verhältnis Si-H:N-H konstant sein. Beispielsweise kann im ersten Bereich 410 das Si-H:N-H etwa 6 betragen. Im zweiten Bereich 420 kann das Verhältnis Si-H:N-H über eine Dicke von mindestens 100 nm von etwa 6 auf etwa 1,6 abnehmen. An der oberen Oberfläche 429 des zweiten Bereichs 420 kann das Verhältnis Si-H:N-H höchstens 1,8, z.B. höchstens 1,6, betragen.
Der „siliziumreiche“ erste Bereich 410 bildet eine elektrisch aktive, halbisolierende Schicht mit einem hohen Spannungssperrvermögen. Der elektrische spezifische Widerstand des ersten Bereichs 410 ist hoch genug, so dass er den Betrieb der Halbleitervorrichtung 500 nicht nachteilig beeinflusst. Ein Leckstrom durch den ersten Bereich 410 kann vernachlässigbar sein. Der elektrische spezifische Widerstand des ersten Bereichs 410 kann niedrig genug sein, so dass während der Lebensdauer der Halbleitervorrichtung 500 eine Ladungsakkumulation im ersten Bereich 410 vernachlässigbar ist.
Zumindest ein oberer Abschnitt des zweiten Bereichs 420 kann eine Schutzschicht mit einer hohen Undurchlässigkeit gegen Feuchtigkeit, einer hohen mechanischen Stabilität und einer hohen Robustheit bilden, wobei die Schutzschicht korrosionsbeständig ist und sich nicht verschlechtert, wenn sie starken elektrischen Feldern ausgesetzt ist. Die elektrischen und mechanischen Eigenschaften der Passivierungsschicht 400 können auf einfache Weise abgestimmt werden, indem die Dicke des ersten Bereichs 410 und die Länge des Übergangs von „siliziumreich“ zu einem Atomverhältnis Si:N von etwa 1,6 variiert werden.
In 2A - 2B umfasst der zweite Bereich 420 der Passivierungsschicht 400 einen ersten Teilbereich 421 in Kontakt mit dem ersten Bereich 410 und einen zweiten Teilbereich 422 in Kontakt mit dem ersten Teilbereich 421, wobei der erste Teilbereich 421 den zweiten Teilbereich 422 vom ersten Bereich 410 trennt. Im ersten Teilbereich 421 kann der Siliziumgehalt mit zunehmendem Abstand z zur ersten Oberfläche 101 stetig abnehmen. Im zweiten Teilbereich 422 kann das Atomverhältnis Si:N, wie durch eine Linie 494 in 2B angegeben ist mit zunehmendem Abstand z zur ersten Oberfläche 101 konstant sein, oder das Atomverhältnis Si:N kann, wie mit einer Linie 493 in 2B angegeben ist, mit einer geringeren Rate als im ersten Teilbereich 421 abnehmen.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Summe der vertikalen Ausdehnung d1 des ersten Bereichs 410 und der vertikalen Ausdehnung d21 des ersten Teilbereichs 421 im Bereich von 50 nm bis 100 nm liegen, und die vertikale Ausdehnung d22 des zweiten Teilbereichs 422 kann in einem Bereich von 500 nm bis 1 µm liegen. Der erste Bereich 410 und der erste Teilbereich 421 des zweiten Bereichs 420 können die Anzahl und/oder Dichte von Grenzflächenzuständen definieren, und der zweite Teilbereich 422 kann die mechanische Festigkeit und die Barriereneigenschaften der Passivierungsschicht 400 definieren.
3 zeigt ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung 500 mit einem Halbleiterkörper 100 und einer Passivierungsschicht 400. Die Halbleitervorrichtung 500 kann ein MOSFET, ein IGBT oder eine Halbleiterdiode sein. Beispielsweise kann die Halbleitervorrichtung 500 eine vertikale Leistungs-Halbleitervorrichtung mit einem Laststromfluss zwischen einer ersten Lastelektrode, welche eine vorderseitige Metallisierung 310 umfassen kann, an einer Vorderseite des Halbleiterkörpers 100 und einer zweiten Lastelektrode 320 an einer Rückseite des Halbleiterkörpers 100 sein. Eine Dicke des Halbleiterkörpers 100 zwischen einer ersten Oberfläche 101 an der Vorderseite und einer zweiten Oberfläche 102 an der Rückseite kann im Bereich von einigen hundert nm bis einige hundert µm liegen.
Der Halbleiterkörper 100 kann ein Einkristall sein, der Silizium (Si) oder Germanium (Ge) als Hauptbestandteil enthält, z.B. einkristallines Silizium (Si), einkristallines Germanium-Silizium (SiGe), einkristallines Siliziumcarbid (SiC) oder einkristallines Silizium (Si).
Der Halbleiterkörper 100 kann ein dotiertes Gebiet 120 enthalten, das in einem aktiven Gebiet 610 zwischen der ersten Oberfläche 101 und einer Drain/Driftstruktur 130 ausgebildet ist. Die Drain/Driftstruktur 130 kann zumindest eine schwach dotierte Driftzone 131 und einen hochdotierten Kontaktbereich 139 zwischen der Driftzone 131 und der zweiten Oberfläche 102 umfassen. Die Driftzone 131 nimmt die Sperrspannung in einem Sperrmodus der Halbleitervorrichtung 500 auf.
Der hochdotierte Kontaktbereich 139 kann einen ohmschen Kontakt mit der zweiten Lastelektrode 320 bilden. Falls die Halbleitervorrichtung 500 ein MOSFET oder eine Halbleiterdiode ist, kann der Kontaktbereich 139 einen unipolaren Übergang mit der Driftzone 131 bilden. Falls die Halbleitervorrichtung 500 ein rückwärts sperrender IGBT ist oder einen solchen enthält, weist der Kontaktbereich 139 den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp der Driftzone 131 auf. Falls die Halbleitervorrichtung 500 ein rückwärts leitender IGBT ist, kann der Kontaktbereich 139 Zonen beider Leitfähigkeitstypen enthalten, die sich zwischen der Driftzone 131 und der zweiten Oberfläche 102 erstrecken. Der Kontaktbereich 139 kann direkt an die Driftzone 131 oder eine zusätzliche Schicht des Leitfähigkeitstyps der Driftzone 131 grenzen, kann aber mit einer höheren Dotierstoffkonzentration zwischen der Driftzone 131 und dem Kontaktbereich 139 ausgebildet sein.
Das dotierte Gebiet 120 im aktiven Gebiet 610 kann ein Emittergebiet bilden und kann das Anodengebiet oder Kathodengebiet einer Leistungs-Halbleiterdiode oder die Bodygebiete von Transistorzellen enthalten, wobei die Transistorzellen elektrisch parallel verbunden sein können.
Ein Randabschlussgebiet 690 kann das zentrale aktive Gebiet 610 umgeben und kann das zentrale aktive Gebiet 610 von einer seitlichen Oberfläche 103 des Halbleiterkörpers 100 trennen, wobei die seitliche Oberfläche 103 die erste Oberfläche 101 und die zweite Oberfläche 102 verbindet.
Das Randabschlussgebiet 690 kann eine Randabschlussstruktur enthalten. Im Sperrzustand der Halbleitervorrichtung 500 nimmt die Randabschlussstruktur ein laterales elektrisches Feld auf, das durch die Sperrspannung zwischen dem Emittergebiet 120 und der Drift/Drainstruktur 130 hervorgerufen wird.
In der veranschaulichten Ausführungsform enthält die Randabschlussstruktur eine Übergangs-Abschlussausdehnung 125. Die Übergangs-Abschlussausdehnung 125 kann mit dem Emittergebiet 120 in direktem Kontakt sein. Die Übergangs-Abschlussausdehnung 125 kann mit der ersten Oberfläche 101 in Kontakt sein oder kann von der ersten Oberfläche 101 beabstandet sein. Eine mittlere Dotierstoffkonzentration in der Übergangs-Abschlussausdehnung 125 kann niedriger als im Emittergebiet 120 sein. Eine vertikale Ausdehnung der Übergangs-Abschlussausdehnung 125 kann gleich einer vertikalen Ausdehnung des dotierten Gebiets 120 im aktiven Gebiet 610 oder kleiner als diese sein.
Die Randabschlussstruktur kann ferner ein entlang einem Rand zwischen der ersten Oberfläche 101 und der seitlichen Oberfläche 103 ausgebildetes Kanalstoppgebiet 138 enthalten. Das Kanalstoppgebiet 138 kann höher dotiert sein als die Driftzone 131 und kann mit der Driftzone 131 einen unipolaren Übergang bilden.
Eine Passivierungsschicht 400, wie unter Bezugnahme auf eine der vorhergehenden Figuren beschrieben, ist mit dem Halbleiterkörper 100 im Randabschlussgebiet 690 in direktem Kontakt. Die Passivierungsschicht 400 kann sich über eine Seitenwand der vorderseitigen Metallisierung 310 erstrecken. Ein Bereich der Passivierungsschicht 400 kann auf einem Teil der vorderseitigen Metallisierung 310 ausgebildet sein.
Der elektrische spezifische Widerstand der Passivierungsschicht 400 ist hoch genug, so dass kein oder nur ein vernachlässigbarer Leckstrom über die Passivierungsschicht 400 fließt. Der erste Bereich 410 der Passivierungsschicht 400 kann elektrische Leitungen ableiten, welche während der Lebensdauer der Halbleitervorrichtung 500 in die Passivierungsschicht 400 wandern können und welche die Durchbruchs- und Lawinencharakteristiken der Randabschlussstruktur beeinflussen können.
4 bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung. Ein Halbleitersubstrat mit einer Hauptoberfläche wird vorgesehen (902). Ein erster Bereich wird direkt auf der Hauptoberfläche ausgebildet, wobei der erste Bereich Silizium und Stickstoff enthält (904). Ein zweiter Bereich wird direkt auf dem ersten Bereich gebildet, wobei der zweite Bereich Silizium und Stickstoff enthält und wobei im ersten Bereich ein durchschnittlicher Siliziumgehalt höher als im zweiten Bereich ist (906).
5A zeigt schematisch eine Abscheidungseinrichtung 800. Die Abscheidungseinrichtung 800 kann beispielsweise eine CVD-(chemische Gasphasenabscheidungs-)Einrichtung, zum Beispiel eine APCVD-(CVD unter Atmosphärendruck), eine LPCVD-(CVD unter niedrigem Druck) oder eine PECVD-(plasmaunterstützte CVD-)Einrichtung oder eine Einrichtung für PVD (physikalische Gasphasenabscheidung), sein.
Ein Halbleitersubstrat 700 kann in einer Abscheidungskammer 885 eines Reaktors 880 platziert werden. Der Reaktor 880 kann Elektroden zum Erzeugen eines Plasmas enthalten. Ein erster MFC (Massenstrom-Controller) 810 steuert einen Gasstrom F_PrSi eines Silizium enthaltenden Präkursors 891, und ein zweiter MFC 820 steuert einen Gasstrom F_PrN eines Stickstoff enthaltenden Präkursors durch einen Haupteinlass 881 in die Abscheidungskammer 885. Die ersten und zweiten MFCs 810, 820 können eine Durchflussmenge einer gasförmigen Verbindung oder eines gasförmigen Gemisches, die den MFC passiert, gemäß einem ausgewählten Sollwert steuern. Beispielsweise kann der MFC ein Massenstromsensor, ein Steuerventil und eine interne Steuereinheit sein, die einen Wert des vom Massenstromsensor erhaltenen Gasstroms vergleichen kann, um das Steuerventil in geeigneter Weise einzustellen, um einen Volumenstrom gemäß dem ausgewählten Sollwert zu erzielen.
Eine Prozessoreinheit 890 kann über eine Datenverbindung mit dem ersten MFC 810 und dem zweiten MFC 820 verbunden sein. Die Prozessoreinheit 890 kann die Abscheidungseinrichtung 800 steuern, um eine Passivierungsschicht 400 mit einem ersten Bereich 410 und einem zweiten Bereich 420, wie unter Bezugnahme auf 1A bis 3 beschrieben, zu bilden. Die Prozessoreinheit 890 kann ein integrierter Teil der Abscheidungseinrichtung 800 sein oder kann eine Steuerung eines gespeicherten Programms enthalten, die der Abscheidungseinrichtung 800 zugeordnet und über eine Datenverbindung mit ihr verbunden ist. Die Prozessoreinheit 890 kann ein Computer, ein Server oder ein Teil eines Netzwerks von Servern und Computern sein, die einen Softwarecode ausführen. Die Prozessoreinheit 890 kann ein Verfahren zum Steuern der ersten und zweiten MFCs 810, 820 auf eine Weise wie unter Bezugnahme auf 5B beschrieben ausführen.
Ein Halbleitersubstrat 700 kann in der Abscheidungskammer 885 des Reaktors 880 platziert werden. Zwischen t=0 und t=1 kann ein Ätzmittel in die Abscheidungskammer 885 eingeleitet werden, wobei das Ätzmittel dafür geeignet ist, ein natives Oxid von einer Hauptoberfläche 701 an der Vorderseite des Halbleitersubstrats 700 zu entfernen. Beispielsweise kann das Ätzmittel Fluorradikale enthalten. Für t1<t<t2 kann ein Inertgas, zum Beispiel ein Edelgas, die Abscheidungskammer 885 spülen und kann die Fluorradikale entfernen.
Für t2<t<t3 können ein Silizium enthaltender Präkursor 891 und ein Stickstoff enthaltender Präkursor 892 in einem konstanten Verhältnis in die Abscheidungskammer 885 eingeleitet werden. Der Silizium enthaltende Präkursor kann beispielsweise ein Silan, zum Beispiel Silan SiH₄, TCS (Trichlorsilan HSiCl₃) oder Tetrachlorsilan HSiCl₄, enthalten. Der Stickstoff enthaltende Präkursor kann beispielsweise Ammonium (NH₄) und/oder Stickstoffgas (N₂) enthalten.
Das Verhältnis des Silizium enthaltenden Präkursors zum Stickstoff enthaltenden Präkursor kann größer als 3, zum Beispiel größer als 3,5, sein. Gemäß einer Ausführungsform kann das Volumenstromverhältnis zwischen 4,9 und 5,1 liegen. Die Temperatur in der Abscheidungskammer kann beispielsweise auf etwa 400°C eingestellt werden. Der Reaktor 880 kann ein Hochfrequenzplasma aktivieren, wobei energetische Elektronen im Plasma zumindest einen des Silizium enthaltenden Präkursors und des Stickstoff enthaltenden Präkursors ionisieren oder dissoziieren können, um chemisch reaktivere Radikale zu erzeugen.
Eine „siliziumreiche“ Siliziumnitridschicht, die bei einer hohen Abscheidungsleistung, z.B. etwa 2,6 W/cm², abgeschieden wird, kann ein hohes Spannungssperrvermögen zeigen.
Für t3<t<t4 kann das Volumenstromverhältnis des Silizium enthaltenden Präkursors zum Stickstoff enthaltenden Präkursor stetig abnehmen. Da sich der gesamte Gasstrom nur in einem vergleichsweise geringen Maße ändert, kann das Plasma ohne Änderung oder ohne signifikante Änderung von zumindest t3 bis t5 oder von t2 bis t5 kontinuierlich angewendet werden. Mit einem kontinuierlich angewendeten Plasma kann der Prozess hochstabil sein.
In dem veranschaulichten Beispiel wird nur der Massenstrom des Silizium enthaltenden Präkursors reduziert. Gemäß anderen Ausführungsformen kann der Gasstrom des Stickstoff enthaltenden Präkursors erhöht werden oder kann sowohl der Massenstrom des Stickstoff enthaltenden Präkursors erhöht werden als auch der Massenstrom des Silizium enthaltenden Präkursors verringert werden. Die Periode zwischen t3 und t4 kann zumindest 2 Sekunden und höchstens 10 Sekunden lang andauern. Die Volumenstromänderung des Silizium enthaltenden Präkursors kann höchstens 100 sccm/s betragen.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Silizium enthaltende Präkursor Silan SiH₄, und der Stickstoff enthaltende Präkursor ist NH₃. Die NH₃-Volumenstrom kann 100 sccm betragen, und der Volumenstrom von Silan kann von 500 sccm auf 300 sccm reduziert werden. Gasförmiger Stickstoff N₂ kann bei einem Volumenstrom von 4000 sccm zugeführt werden. Der Druck in der Abscheidungskammer 885 kann zwischen 1 Torr und 10 Torr liegen, und die Temperatur in der Abscheidungskammer 885 kann zwischen 350°C und 500°C betragen.
Für t4<t<t5 kann das Volumenstromverhältnis zwischen dem Silizium enthaltenden Präkursor und dem Stickstoff enthaltenden Präkursor konstant gehalten werden. Der Zeitraum zwischen t4 und t5 kann zumindest 2 s und höchstens 60 s lang andauern und kann eine abgeschiedene Schicht mit einer Dicke von 800 nm ergeben.
Obwohl spezifische Ausführungsformen hier veranschaulicht und beschrieben wurden, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen herangezogen werden kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung soll daher jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente beschränkt ist.

Claims

Halbleitervorrichtung, aufweisend: einen Halbleiterkörper (100); einen ersten Bereich (410), der Silizium und Stickstoff aufweist, wobei der erste Bereich (410) mit dem Halbleiterkörper (100) in direktem Kontakt ist; und einen zweiten Bereich (420), der Silizium und Stickstoff aufweist, wobei der zweite Bereich (420) mit dem ersten Bereich (410) in direktem Kontakt ist, der erste Bereich (410) zwischen dem Halbleiterkörper (100) und dem zweiten Bereich (420) liegt und ein durchschnittlicher Siliziumgehalt im ersten Bereich (410) höher als im zweiten Bereich (420) ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Halbleiterkörper (100) ein dotiertes Gebiet (120) einer Halbleiterdiode und/oder einer Transistorzelle aufweist.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (100) ein aktives Gebiet (610) und ein Randabschlussgebiet (690) zwischen dem aktiven Gebiet (610) und einer seitlichen Oberfläche (103) des Halbleiterkörpers (100) aufweist, eine vorderseitige Metallisierung (310) mit dem Halbleiterkörper (100) im aktiven Gebiet (610) in Kontakt ist, und der erste Bereich (410) im Randabschlussgebiet (690) mit dem Halbleiterkörper (100) in direktem Kontakt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, wobei der erste Bereich (410) mit einem dotiertem Gebiet (125) einer im Randabschlussgebiet (690) ausgebildeten Randabschlussstruktur in direktem Kontakt ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer oberen Oberfläche (429) des zweiten Bereichs (420) ein mittleres Atomverhältnis von Silizium zu Stickstoff höchstens 1,6 beträgt.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Bereich (420) zumindest 10 At.-% Wasserstoff aufweist.
Halbleitervorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei an einer oberen Oberfläche (429) des zweiten Bereichs (420) ein Verhältnis von Silizium-Wasserstoff-Bindungen zu Stickstoff-Wasserstoff-Bindungen höchstens 1,6 beträgt.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der oberen Oberfläche (429) der zweite Bereich (420) isolierend ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper (100) und dem ersten Bereich (410) ein mittleres Atomverhältnis von Silizium zu Stickstoff im ersten Bereich (410) größer als 5 ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Bereich (410) zumindest 10 At.-% Wasserstoff aufweist.
Halbleitervorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei an einer Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper (100) und dem ersten Bereich (410) ein Verhältnis von Silizium-Wasserstoff-Bindungen zu Stickstoff-Wasserstoff-Bindungen größer als 5 ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an einer Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper (100) und dem ersten Bereich (410) der erste Bereich (410) halbisolierend ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der zweite Bereich (420) einen ersten Teilbereich (421) in Kontakt mit dem ersten Bereich (410) aufweist und im ersten Teilbereich (421) ein Siliziumgehalt mit zunehmendem Abstand zum ersten Bereich (410) stetig abnimmt.
Halbleitervorrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Siliziumgehalt im ersten Teilbereich (421) mit zunehmendem Abstand zum ersten Bereich (410) über zumindest 100 nm von zumindest 5 auf höchstens 1,8 abnimmt.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Bereich (420) einen zweiten Teilbereich (422) entlang der oberen Oberfläche (429) aufweist und wobei im zweiten Teilbereich (422) ein Siliziumgehalt konstant ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke des ersten Bereichs (410) in einem Bereich von 50 nm bis 100 nm liegt.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke des zweiten Bereichs (420) mindestens 100 nm beträgt.
Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Brechungsindex an einer oberen Oberfläche (429) des zweiten Bereichs (420) bei einer Wellenlänge von 673 nm in einem Bereich von 1,9 bis 2,1 liegt.
Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren aufweist: Vorsehen eines Halbleitersubstrats (700) mit einer Hauptoberfläche (701); Ausbilden eines ersten Bereichs (410) direkt auf der Hauptoberfläche (701), wobei der erste Bereich (410) Silizium und Stickstoff aufweist; Ausbilden eines zweiten Bereichs (420) direkt auf dem ersten Bereich (410), wobei der zweite Bereich (420) Silizium und Stickstoff aufweist und wobei im ersten Bereich (410) ein durchschnittlicher Siliziumgehalt höher als im zweiten Bereich (420) ist.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei ein Ausbilden der ersten und zweiten Bereiche (410, 420) einen Abscheidungsprozess unter Verwendung eines Stickstoff enthaltenden Präkursors (892) und eines Silizium enthaltenden Präkursors (891) aufweist, wobei während einer Abscheidung des ersten Bereichs (410) und/oder des zweiten Bereichs (420) in einer Abscheidungskammer (885) ein Massenstromverhältnis zwischen dem Silizium enthaltenden Präkursor (891) und dem Stickstoff enthaltenden Präkursor (892) in die Abscheidungskammer (885) allmählich verringert wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Änderung des Volumenstromverhältnisses eine Abnahme des Massenstromverhältnisses zwischen dem Silizium enthaltenden Präkursor (891) und dem Stickstoff enthaltenden Präkursor (892) um höchstens 100 sccm/s umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 21, ferner aufweisend: Entfernen, in der Abscheidungskammer (885) und vor einem Ausbilden des ersten Bereichs (410), eines Oxids von der Hauptoberfläche (701).
Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei das Halbleitersubstrat (700) kristallines Silizium aufweist.