制造包括金属氮化物层的半导体器件的方法和半导体器件技术

本发明专利技术涉及制造包括金属氮化物层的半导体器件的方法和半导体器件。制造半导体器件的方法包括将氮引入到金属层中或引入到金属氮化物层中，金属层或金属氮化物层被形成为与半导体材料接触。半导体器件包括半导体材料以及与半导体材料接触的金属氮化物层。金属氮化物具有大于金属氮化物中氮的溶解度限制的氮含量。

Method of manufacturing a semiconductor device including a metal nitride layer and semiconductor device

The invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including a metal nitride layer and a semiconductor device. A method of manufacturing a semiconductor device includes introducing nitrogen into a metal layer or introducing into a metal nitride layer, the metal layer or the metal nitride layer being formed into a contact with the semiconductor material. A semiconductor device includes a semiconductor material and a metal nitride layer in contact with the semiconductor material. The nitrogen content of the metal nitride is greater than the solubility limit of nitrogen in the metal nitride.

【技术实现步骤摘要】

包括金属半导体结的肖特基二极管一般用作整流器件。特别是SiC肖特基二极管越来越多地用在功率电子设备的领域中。
技术实现思路
本专利技术的目标是提供用于制造包括金属半导体结的半导体器件的改进的方法。此外，目标是提供包括金属半导体结的这样的半导体器件。根据实施例，制造半导体器件的方法包括将氮引入到金属氮化物层中或到金属层中，所述金属氮化物层或金属层被形成为与半导体材料接触。根据实施例，半导体器件包括半导体材料和与半导体材料接触的金属氮化物层。金属氮化物具有大于金属氮化物中的氮的溶解度限制的氮含量。根据实施例，电部件包括如以上所描述的半导体器件，其中电部件选自由以下组成的组：肖特基二极管、合并肖特基二极管、结势垒肖特基二极管、JFET、集成回扫二极管、整流器、逆变器以及电源。本领域技术人员在阅读以下的详细描述时和在观看所附附图时将认识到附加的特征和优点。附图说明附图被包括以提供对本专利技术的实施例的进一步理解，并且被并入该说明书中且构成该说明书的一部分。附图图示了本专利技术的实施例，且与描述一起用来解释原理。将容易意识到本专利技术的其它实施例以及意图的优点中的许多，因为通过参考以下详细描述它们变得更好理解。附图的元件不必相对于彼此按比例。相似的参考数字指定对应的类似部分。图1A图示根据实施例的方法。图1B概述根据实施例的方法的步骤。图2A图示根据另外的实施例的方法。图2B图示当执行根据另外的实施例的方法时的半导体衬底。图2C图示当执行根据另外的实施例的方法时的半导体衬底。图3A图示可以用于执行根据实施例的方法的器件。图3B图示可以用于执行根据另外的实施例的方法的器件。图4A图示根据实施例的半导体器件的示例的横截面视图。图4B示出根据另外的实施例的半导体器件的横截面视图。图4C示出根据另外的实施例的半导体器件的横截面视图。图4D示出根据另外的实施例的半导体器件的横截面视图。图5A图示欧姆接触的电流电压特性的示例。图5B图示整流接触的横截面视图。图6图示肖特基接触的能带图。具体实施方式在以下的详细描述中，参考形成其部分的附图，并且在所述附图中作为例证图示在其中本专利技术可以被实践的特定实施例。在这方面，参考正被描述的图的取向使用方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“前部”、“背部”、“头部”、“尾部”等等。因为本专利技术的实施例的部件可以被定位在许多不同的取向上，所以方向性术语用于例证的目的，且决不是限制性的。将理解的是，在不脱离由权利要求限定的范围的情况下可以利用其它实施例并且可以进行结构或逻辑的改变。实施例的描述不是限制性的。特别是，下文描述的实施例的元件可以与不同实施例的元件组合。用在以下描述中的术语“晶片”、“衬底”、或“半导体衬底”可以包括具有半导体表面的任何基于半导体的结构。晶片和结构将被理解为包括硅、绝缘体上硅（SOI）、蓝宝石上硅（SOS）、掺杂的和未掺杂的半导体、由基本半导体基础支持的硅的外延层、以及其它半导体结构。半导体不需要是基于硅的。半导体也可以是硅锗、锗、或砷化镓。根据其它实施例，金刚石、碳化硅（SiC）或者氮化镓（GaN）可以形成半导体衬底材料。图和描述通过指示紧邻掺杂类型“n”或“p”的“-”或“+”来图示相对掺杂浓度。例如，“n-”意指小于“n”掺杂区的掺杂浓度的掺杂浓度，而“n+”掺杂区具有比“n”掺杂区高的掺杂浓度。相同的相对掺杂浓度的掺杂区不必具有相同的绝对掺杂浓度。例如，两个不同的n掺杂区可以具有相同或不同的绝对掺杂浓度。在图和描述中，为了更好理解起见，掺杂部分经常被指定为是“p”或“n”掺杂的。如清楚地将被理解的，该指定决不意在是限制性的。掺杂类型可以是任意的，只要达到所描述的功能。此外，在所有实施例中，掺杂类型可以被反转。如在该说明书中采用的，术语“耦合”和/或“电耦合”不意味着意指元件必须直接耦合在一起——中间元件可以被提供在“耦合”或“电耦合”的元件之间。术语“电连接”意在描述在电连接在一起的元件之间的低电阻连接。如本文中使用的，术语“具有”、“含有”、“包括”、“包含”等等是开放式术语，其指示所陈述的元件或特征的存在，但不排除附加的元件或特征。冠词“一”、“一个”和“该”意在包括复数以及单数，除非上下文另有清楚指示。如在该说明书中使用的术语“横向”和“水平”意在描述平行于半导体衬底或半导体主体的第一表面的取向。这可以例如是晶片或管芯的表面。如在该说明书中使用的术语“垂直”意在描述与半导体衬底或半导体主体的第一表面正交布置的取向。图1A图示根据实施例的方法。工件1可以包括半导体材料100和形成在半导体材料的第一主表面110上的金属氮化物层130或金属层131。金属氮化物层130或金属层131被形成为与半导体材料100接触。例如，半导体材料100可以是半导体衬底101的一部分。根据另外的实施方式，半导体材料100可以是形成在任意衬底（未图示）之上的任意半导体层。半导体材料100可以包括另外的掺杂部分（未在该附图中图示）。根据实施例的方法包括将氮135引入到金属氮化物层130或金属层131中。例如，金属氮化物或金属包括选自由以下组成的组的金属：钼、钛、钽、和钨。已经发现的是，与没有引入氮离子的方法相比，由于引入氮离子135的工艺，金属氮化物层130的氮含量可以被增加。如果氮离子135被引入到金属层131中，则形成具有增加的氮含量的金属氮化物130。使用形成金属氮化物层的常规方法（例如，通过反应溅射），氮含量的上限由金属氮化物中的氮的溶解度的限制来确定。该限制可以例如取决于所使用的金属。例如，对于MoN，在不执行引入氮的专门工艺（掺杂工艺）的情况下，氮含量的上限可以是47.5至48at-%（原子百分比）。由于引入氮的工艺，可以增加氮含量。结果，根据实施例，氮含量可以大于大约48at-%，例如，大于50at-%。根据另外的实施例，氮含量可以大于55at-%或大于60at-%。通过改变金属氮化物层的氮含量，可以改变金属氮化物层的功函数。由于金属氮化物层的改变的功函数，肖特基势垒的高度可以改变，以及因此正向电压降可以由于肖特基势垒的改变的高度而改变。例如，通过增加金属氮化物层的氮含量，金属氮化物的功函数可以被减小。结果，肖特基势垒以及因此的在半导体材料100和金属氮化物层130之间的肖特基接触的正向电压降可以被减少。例如，半导体材料100可以具有大于2eV且小于10eV（例如小于6eV）的带隙。半导体材料100的示例包括碳化硅、氮化铝、磷化铟、AlGaAS、金刚石以及III-V半导体的另外的示例。例如，非欧姆接触（例如，肖特基接触）被形成在半导体材料100和金属氮化物层130之间。根据另外的实施例，欧姆接触可以形成在半导体材料100和金属氮化物层130之间。图1B概述了根据实施例的方法。该方法包括：将氮引入到金属氮化物层或金属层中，所述金属氮化物层或金属层被形成为与半导体材料接触（S110）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：将氮引入到金属氮化物层中或引入到金属层中，金属氮化物层或金属层被形成为与半导体材料接触。

【技术特征摘要】
2014.12.17 US 14/5728721.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：
将氮引入到金属氮化物层中或引入到金属层中，金属氮化物层或金属层被形成为与半导体材料接触。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将氮引入到金属氮化物层中或引入到金属层中包括注入氮离子的离子注入工艺。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将氮引入到金属氮化物层中或引入到金属层中包括使用氮的等离子体辅助掺杂工艺。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括温度处理工艺。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括激光处理工艺。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括在将氮引入到金属氮化物层或金属层中之前在金属氮化物层之上或在金属层之上形成氧化硅层。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括在将氮引入到金属氮化物层或金属层中之前在金属氮化物层或金属层的表面之上形成掩模，所述掩模包括开口。
8.根据权利要求1所述的方法，其中金属层或金属氮化物层包括选自由以下组成的组的金属：钼、钛、钽、和钨。
9.根据权利要求1所述的方法，其中肖特基接触形成在半导体材料和金属氮化物层之间。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括至少在金属氮化物层的部分之上形成掩模层并且通过使掩模层的厚度变化来使氮浓度横向变化。
11.根据权利要求1所述的方法，其中半导体材料具有大于2eV且小于10eV的带隙。
12.一种半导体器件，包括：
半导体材料；以及
金属氮化物层，与半导体材料接触，金属氮化物具有大于金属氮化物中氮的溶解度限制的...

【专利技术属性】
技术研发人员：JP康拉特，R舍尔纳，HJ舒尔策，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE