WO1998008246A1 - Semiconductor component with foreign atoms introduced by ion implantation and process for producing the same - Google Patents

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WO1998008246A1
WO1998008246A1 PCT/EP1997/003977 EP9703977W WO9808246A1 WO 1998008246 A1 WO1998008246 A1 WO 1998008246A1 EP 9703977 W EP9703977 W EP 9703977W WO 9808246 A1 WO9808246 A1 WO 9808246A1
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temperature
semiconductor component
component
semiconductor
foreign atoms
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PCT/EP1997/003977
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Wolfgang Wondrak
Vera Lauer
Gerhard Pensl
Thomas Dalibor
Wolfgang Skorupa
Hans Wirth
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Daimler-Benz Aktiengesellschaft
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/0445Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising crystalline silicon carbide
    • H01L21/0455Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion
    • H01L21/046Making n or p doped regions or layers, e.g. using diffusion using ion implantation

Definitions

  • the invention relates to a semiconductor component with foreign atoms introduced by ion implantation and a method for its production.
  • US Pat. No. 5,322,802 discloses electrically activating foreign atoms in semiconductor components, in particular SiC components, by curing the radiation damage in the semiconductor caused by ion implantation of the foreign atoms in a thermal annealing process at high temperature.
  • SiC components are usually heated during the healing process in containers which are made of or coated with SiC, in order to avoid silicon loss from the component surface due to an increased Si vapor pressure in the vicinity of the component.
  • SiC components are usually heated during the healing process in containers which are made of or coated with SiC, in order to avoid silicon loss from the component surface due to an increased Si vapor pressure in the vicinity of the component.
  • a significant deterioration in the surface morphology of the component is observed.
  • This is e.g. B. in the publication by JR Flemish, K. Xie, H. Du, SP Withrow, Journal of the Electrochemical Society, vol. 142, No. 9 September 1995, pp. L144-L146.
  • surfaces that are as smooth as possible are necessary. In order to achieve this purpose, complex and time-consuming polishing processes are necessary after the healing process.
  • the invention has for its object to provide a silicon carbide component and a method for its production, in which the healing process at temperatures above 1500 ° C is made possible, the surface roughness of the component increases by no more than 15 nm compared to the initial value and the electrical activation is improved.
  • a component is subjected to a healing process in which the component is heated in a container, with a silicon-containing material other than SiC, particularly preferably silicon, being added to the component during the healing process.
  • a silicon-containing material other than SiC particularly preferably silicon
  • the component surface has a mean roughness value without further measures, which does not differ significantly from the initial value before the healing process.
  • An advantageous embodiment consists of dividing the healing process into at least two phases, the surface of the component first being conditioned and then the regions of the component close to the surface being electrically activated.
  • the regions of the semiconductor close to the surface are preferably conditioned at a temperature Ti and in a second step the implanted foreign atoms in the semiconductor are electrically activated at a temperature T 2 such that the mean roughness of the component surface after activation is less than 15 nm.
  • the areas of the component near the surface are conditioned and stabilized against the further process steps.
  • the use of high temperatures in a subsequent process step is therefore optimal electrical activation of foreign atoms possible, the temperatures being comparable to the temperatures usually used in annealing processes.
  • a two-stage process with two successive temperature steps with increasing temperature level is favorable.
  • the transition from conditioning to activation can expediently also take place by means of one or more temperature ramps in the process or else by means of temperature profiles which combine temperature plateaus and temperature ramps.
  • the component according to the invention without further measures, has a low average surface roughness and a large number of electrically activated foreign atoms. It is particularly advantageous that the surface morphology after the annealing process is practically unchanged despite the effect of high temperatures compared to the initial state. Measures such as complex polishing processes, which are time-consuming and cost-intensive in an industrial manufacturing process, are omitted.
  • the method according to the invention is suitable for all semiconductors with appropriately modified material layers and material additions. It is preferably used for those which tend to lose material at elevated temperatures, for example by sublimation of a component of a semiconductor material. Preferably, at least that elementary material is introduced into the container, which is a volatile component of the semiconductor component in the course of the annealing process.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a component after the implantation of foreign atoms
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a component after the healing process according to the prior art
  • Fig. 4 temperature profiles for conditioning and activation of a component according to the invention.
  • a semiconductor wafer, in particular made of SiC, with a highly polished surface serves as the starting material.
  • the wafer is doped with foreign atoms, preferably aluminum, phosphorus, boron and / or nitrogen, by means of ion implantation.
  • Fig. 1 shows schematically the section through such a semiconductor with implanted Al foreign atoms.
  • the dose is preferably up to 10 15 cm "2.
  • the surface has a very low roughness (according to DIN 4768) with a mean roughness value R a of typically 1 to 10 nm.
  • R a mean roughness value
  • the radiation damage in the semiconductor caused by the ion implantation is healed by bringing the wafer to a higher temperature and holding it there for a predetermined time, preferably several minutes, particularly preferably at least 10 minutes. It is expedient to heat the wafer in an inert atmosphere, in particular in noble gas or nitrogen. It is very particularly advantageous to choose the atmosphere so that no undesired doping and / or oxidation from the residual gas atmosphere and / or Desired loss of a volatile component from the semiconductor occurs.
  • a favorable embodiment is to carry out the healing process in a vacuum
  • the wafer is used Usually encapsulated, for example in a container, in order to increase the Si vapor pressure and thereby to minimize any loss of silicon from the semiconductor.
  • the container is made of SiC or another suitable inert material
  • a silicon-containing material other than silicon carbide is additionally added to the component during the annealing process, preferably at the beginning.
  • Metallic silicon is particularly preferably added, although this melts at atmospheric pressure and temperatures above 1410 ° C. and usually has to be feared that the component surface will be contaminated It is only necessary to ensure that the melt does not reach the component surface, preferably by placing a piece of silicon in the container next to the semiconductor component
  • the surface Immediately after the healing process at the usual high temperatures of 1600 ° to 1800 ° C, the surface has a mean roughness value which corresponds essentially to the value of the healing process. A coloration of the SiC crystal is evident, which is lighter than after a process without additional addition of a silicon-containing material, which indicates an optimal crystalline order of the semiconductor
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention then consists in carrying out a conditioning process step in which the surface of the semiconductor is ordered, at least in regions, before the high-temperature step, which is absolutely necessary for activating the foreign atoms
  • the temperature is, among other things, of the half-liter material and the strength of the Radiation damage dependent
  • the semiconductor material which is clear and transparent before the implantation, has a discoloration after the implantation. If the implantation is carried out near room temperature, a dark, brownish discoloration can be observed, for example Semiconductors optically improved, ie the discoloration decreases. After an implantation temperature of preferably 900 ° C., the discoloration is considerably less than after an implantation at, for example, 500 ° C., which may indicate crystalline ordering processes already starting during the implantation. If the radiation damage in the semiconductor lattice is largely healed by exposure to a higher temperature, the semiconductor stall becomes clear and transparent again
  • the radiation damage to the areas of the semiconductor near the surface may already have healed in part and / or the areas near the surface may at least be in a less disordered state.
  • the ordered enthalpy of atoms in the semiconductor for example SiC the bond enthalpy between silicon and carbon, is greater than in the disordered state, in which a large number of unsaturated electron pair bonds are present on one or more of the semiconductor constituents silicon-containing semiconductor compounds strongly suppresses the possible sublimation of silicon in the temperature range between T) and the high temperature T 2
  • the first step in the annealing process which stabilizes the regions of the semiconductor near the surface is referred to as the conditioning step.
  • the conditioning step in the process according to the invention leads to the result that after the subsequent, second step in the healing process at a temperature T 2 , preferably a temperature greater than T, there is practically no deterioration in the surface morphology with respect to the morphology immediately after the ion implantation.
  • the surface morphology after the second step of the method according to the invention can be seen in FIG. 3 on the basis of a schematic sectional view through a component treated according to the invention.
  • the surface roughness is considerably lower than in FIG. 2.
  • the average roughness R a is less than 15 nm, in particular less than 10 nm, although the temperature T 2 for activating the foreign atoms is comparable to or equal to the usual activation temperatures of 1600-1800 ° C.
  • the number of electrically activated, implanted foreign atoms in the semiconductor is high and at least as large as the usually achievable degree of activation.
  • the degree of activation that can be achieved depends specifically on the type of foreign atoms implanted, the degree of radiation damage during the ion implantation and the implantation conditions. It can be observed in SiC that atoms such as aluminum or especially nitrogen with e.g. 50% has a higher degree of activation than, for example, boron, in which 20% already corresponds to a very high degree of activation. A high degree of activation of the foreign atoms is usually favorable. The degree of activation is usually determined using Hall measurements. In the case of implanted nitrogen, a degree of activation of almost 100% is observed from an activation temperature of 1600 ° C. Aluminum is approx. 25% from a temperature of 1550 ° C, approx. 30% from a temperature of 1600 ° C, approx. 75% from a temperature of 1700 ° C and almost 100% from a temperature of 1800 ° C implanted atoms activated.
  • a preferred embodiment of the healing process is that the temperature rises during the healing process, in particular stepwise, and is kept constant at at least two temperatures T and T 2 for a respectively predetermined period of time t i and t 2 .
  • the times and temperatures for different semiconductors and foreign atoms must be coordinated.
  • a further preferred embodiment then exists between the first step at the temperature T
  • the temperature Tj in the conditioning step according to the invention is preferably lower than the temperature T 2 in the activation step of the healing process, preferably greater than or equal to 800 ° C., particularly preferably less than or equal to 1500 ° C.
  • T 2 is at least 1200 ° C.
  • the temperature Ti and the time period ti of the first step are determined and varied until the mean roughness value of the semiconductor surface falls below the desired value at a temperature T after the second step
  • the semiconductor it is expedient to heat the semiconductor as a whole in an inert atmosphere with or without encapsulation of the semiconductor.
  • the heating takes place from the surface and not from the semiconductor body, for example by local action of electromagnetic radiation in the form of continuous radiation or in the form of radiation pulses on the regions of the semiconductor near the surface
  • a further preferred embodiment of the healing process is that the temperature rises continuously in the form of a temperature ramp R during the healing process.
  • a slow temperature ramp R means that the temperature is preferably changed at a rate between 5 ° C./min and 30 ° C./min
  • a rapid temperature ramp means that the temperature is changed at a rate between 30 ° C / min and above 100 ° C / min.
  • the upper limit is essentially dependent on the choice of heater
  • a preferred method is to leave the implanted semiconductor at the temperature Ti for a time ti and at the temperature T 2 for a time ti.
  • the semiconductor is heated up quickly or slowly.
  • the gradient of the temperature ramp R can be constant, preferably slow.
  • the slope of the ramp R> near the conditioning temperature Ti is steeper than the ramp R near the activation temperature T 2 . Between the two temperatures T
  • the method according to the invention is particularly advantageous and favorable for shortening the process time if the conditioning of the regions of the component near the surface is at least partially carried out during the ion implantation.
  • the ion implantation is carried out at elevated temperature, preferably above 700 ° C., particularly preferably above 900 ° C.
  • a semiconductor component according to the invention made of SiC with foreign atoms introduced by ion implantation, preferably for example aluminum, with a typical dose close to the amorphization limit at room temperature of 10 cm ", which, when conditioning the areas near the surface, takes about t
  • 15 min at T
  • about 1200 ° C and then cured for about 15 minutes at T 2 1700 ° C. for a period of t 2 , immediately after the curing process has a mean roughness value R a of less than 15 nm.
  • the semiconductor in a container which is formed from or coated with SiC in order to increase the Si vapor pressure in the atmosphere surrounding the semiconductor.
  • a component which has such an improved surface is particularly suitable for being connected to other surfaces using a solder and adhesive-free connection method, in which the permanent connection is brought about by the action of quantum electrodynamic effects between the atoms of the two surfaces to be connected is coming. It is thus possible to bond different semiconductor materials or, for example, high-performance cooling bodies or heat spreaders, for example made of diamond, onto the component according to the invention.

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Abstract

A semiconductor component is disclosed with foreign atoms introduced by implantation and electrically activated by a regeneration process. Immediately after the regeneration process, the component has a mean surface roughness of less than 15 nm. For that purpose, silicium is added to the component during the regeneration process.

Description

Halbleiterbauelement mit durch Ionenimplantation eingebrachten Semiconductor component with introduced by ion implantation
Fremdatomen und Verfahren zu dessen HerstellungForeign atoms and process for its production
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement mit durch Ionenimplantation eingebrachten Fremdatomen und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a semiconductor component with foreign atoms introduced by ion implantation and a method for its production.
In der Patentschrift US-A 5,322,802 ist offenbart, Fremdatome in Halbleiterbauelementen, insbesondere SiC-Bauelemente, elektrisch zu aktivieren, indem die durch Ionenimplantation der Fremdatome erzeugten Strahlenschäden im Halbleiter in einem thermischen Ausheilprozeß bei hoher Temperatur ausgeheilt werden.US Pat. No. 5,322,802 discloses electrically activating foreign atoms in semiconductor components, in particular SiC components, by curing the radiation damage in the semiconductor caused by ion implantation of the foreign atoms in a thermal annealing process at high temperature.
Weiterhin ist in der Literatur bekannt, daß zur elektrischen Aktivierung der Fremdatome hohe Temperaturen von deutlich über 1500°C notwendig sind. Zum einen soll der Wider- stand des Bauelements gering sein, d.h. es müssen hinreichend viele Fremdatome im Halbleiter aktiviert werden, zum anderen zeigen mikroskopische Untersuchungen, daß die durch die Implantation der Fremdatome gestörten oberflächennahen Bereiche des Halbleiters erst deutlich oberhalb dieser Temperatur rekristallisieren und somit wieder eine ausreichende kristalline Ordnung zeigen.Furthermore, it is known in the literature that high temperatures of well above 1500 ° C. are necessary for the electrical activation of the foreign atoms. On the one hand, the resistance of the component should be low, i.e. A sufficient number of foreign atoms in the semiconductor must be activated. Secondly, microscopic examinations show that the regions of the semiconductor near the surface which are disturbed by the implantation of the foreign atoms only recrystallize significantly above this temperature and thus again show a sufficient crystalline order.
Besonders siliziumhaltige Bauelemente, wie z.B. SiC-Bauelemente, werden üblicherweise beim Ausheilprozeß in Behältern, die aus SiC bestehen oder damit beschichtet sind, erhitzt, um durch einen erhöhten Si-Dampfdruck in der Nähe des Bauelements einen Siliziumverlust aus der Bauelementoberfläche zu vermeiden. Nach dem Ausheilprozeß bei hoher Tempera- tur beobachtet man bei verbesserten elektrischen Eigenschaften trotz dieser Maßnahme allerdings eine deutliche Verschlechterung der Oberflächenmorphologie des Bauelements. Dies ist z. B. in der Veröffentlichung von J. R. Flemish, K. Xie, H. Du, S. P. Withrow, Journal of the Electrochemical Society, vol. 142, No. 9 September 1995, S. L144-L146 dargelegt. Um jedoch hoch integrierte Bauelemente zu fertigen, sind möglichst glatte Oberflächen notwendig. Um diesen Zweck zu erreichen, werden nach dem Ausheilprozeß aufwendige und zeitintensive Polierverfahren notwendig.Particularly silicon-containing components, such as SiC components, are usually heated during the healing process in containers which are made of or coated with SiC, in order to avoid silicon loss from the component surface due to an increased Si vapor pressure in the vicinity of the component. After the annealing process at high temperature, with improved electrical properties, despite this measure, however, a significant deterioration in the surface morphology of the component is observed. This is e.g. B. in the publication by JR Flemish, K. Xie, H. Du, SP Withrow, Journal of the Electrochemical Society, vol. 142, No. 9 September 1995, pp. L144-L146. However, to produce highly integrated components, surfaces that are as smooth as possible are necessary. In order to achieve this purpose, complex and time-consuming polishing processes are necessary after the healing process.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Siliziumkarbid-Bauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, bei dem der Ausheilprozeß bei Temperaturen über 1500°C ermöglicht wird, wobei sich die Oberfiächenrauhigkeit des Bauelements um nicht mehr als 15 nm gegenüber dem Ausgangswert erhöht und die elektrische Aktivierung ver- bessert ist.The invention has for its object to provide a silicon carbide component and a method for its production, in which the healing process at temperatures above 1500 ° C is made possible, the surface roughness of the component increases by no more than 15 nm compared to the initial value and the electrical activation is improved.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 bzw. Anspruch 9 gelöst. Weiterführende und vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen und der Beschreibung zu entnehmen.The object is achieved by the features of claim 1 and claim 9, respectively. Further and advantageous refinements can be found in the subclaims and the description.
Erfindungsgemäß wird ein Bauelement einem Ausheilprozeß unterzogen, bei dem das Bauelement in einem Behälter erhitzt wird, wobei dem Bauelement während des Ausheilprozesses ein siliziumhaltiges Material außer SiC, besonders bevorzugt Silizium, zugegeben wird. Unmittelbar nach dem Ausheilprozeß weist die Bauelementoberfläche ohne weitere Maß- nahmen einen Mittenrauhwert auf, der sich vom Ausgangswert vor dem Ausheilprozeß nicht wesentlich unterscheidet.According to the invention, a component is subjected to a healing process in which the component is heated in a container, with a silicon-containing material other than SiC, particularly preferably silicon, being added to the component during the healing process. Immediately after the healing process, the component surface has a mean roughness value without further measures, which does not differ significantly from the initial value before the healing process.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, den Ausheilprozeß in mindestens zwei Phasen aufzuteilen, wobei die Oberfläche des Bauelements zuerst konditioniert und anschließend die oberflächennahen Bereiche des Bauelements elektrisch aktiviert werden. Bevorzugt werden in einem ersten Schritt die oberflächennahen Bereiche des Halbleiters bei einer Temperatur Ti konditioniert und in einem zweiten Schritt die implantierten Fremdatome im Halbleiter bei einer Temperatur T2 elektrisch aktiviert, derart, daß der Mittenrauhwert der Bauelementoberfläche nach der Aktivierung kleiner als 15 nm ist.An advantageous embodiment consists of dividing the healing process into at least two phases, the surface of the component first being conditioned and then the regions of the component close to the surface being electrically activated. In a first step, the regions of the semiconductor close to the surface are preferably conditioned at a temperature Ti and in a second step the implanted foreign atoms in the semiconductor are electrically activated at a temperature T 2 such that the mean roughness of the component surface after activation is less than 15 nm.
Im ersten Schritt des Ausheilverfahrens werden die oberflächennahen Bereiche des Bauelements konditioniert und stabilisiert gegen die weiteren Prozeßschritte. Daher ist die Anwendung von hohen Temperaturen in einem folgenden Prozeßschritt zur optimalen elektrischen Aktivierung von Fremdatomen möglich, wobei die Temperaturen vergleichbar mit üblicherweise bei Ausheilprozessen angewendeten Temperaturen sind. Günstig ist ein Zweistufenverfahren mit zwei aufeinanderfolgenden Temperaturschritten bei anwachsendem Temperaturniveau. Der Übergang von Konditionierung zu Aktivierung kann jedoch zweckmäßigerweise auch mittels einer oder mehrerer Temperaturrampen im Prozeß erfolgen oder auch mittels Temperaturprofilen, welche Temperaturplateaus und Temperaturrampen kombinieren.In the first step of the healing process, the areas of the component near the surface are conditioned and stabilized against the further process steps. The use of high temperatures in a subsequent process step is therefore optimal electrical activation of foreign atoms possible, the temperatures being comparable to the temperatures usually used in annealing processes. A two-stage process with two successive temperature steps with increasing temperature level is favorable. However, the transition from conditioning to activation can expediently also take place by means of one or more temperature ramps in the process or else by means of temperature profiles which combine temperature plateaus and temperature ramps.
Besonders günstig ist es, die Konditionierung bereits während der Ionenimplantation einzuleiten, wenn diese bei einer erhöhten Temperatur erfolgt.It is particularly favorable to initiate the conditioning already during the ion implantation if this takes place at an elevated temperature.
Das erfindungsgemäße Bauelement weist unmittelbar nach dem Ausheilprozeß ohne weitere Maßnahmen eine geringe mittlere Oberfiächenrauhigkeit sowie eine große Anzahl von elek- trisch aktivierten Fremdatomen auf. Besonders vorteilhaft ist, daß die Oberflächenmorphologie nach dem Ausheilprozeß trotz der Einwirkung von hohen Temperaturen gegenüber dem Ausgangszustand praktisch nicht verändert ist. Maßnahmen wie aufwendige Politurverfahren, welche in einem industriellen Fertigungsprozeß zeit- und kostenintensiv sind, entfallen.Immediately after the healing process, the component according to the invention, without further measures, has a low average surface roughness and a large number of electrically activated foreign atoms. It is particularly advantageous that the surface morphology after the annealing process is practically unchanged despite the effect of high temperatures compared to the initial state. Measures such as complex polishing processes, which are time-consuming and cost-intensive in an industrial manufacturing process, are omitted.
Als günstig erweist sich, daß derart glatte Oberflächen besonders geeignet sind, mit einem lot- und klebemittelfreien Bondverfahren verbunden zu werden, bei dem die Verbindung durch die Wirkung von quantenelektrodynamischen Effekten zwischen den Atomen der beiden zu verbindenden Oberflächen zustande kommt.It has proven to be advantageous that such smooth surfaces are particularly suitable for being connected using a solder and adhesive-free bonding process, in which the connection is brought about by the action of quantum electrodynamic effects between the atoms of the two surfaces to be connected.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit entsprechend modifizierten Materielaien und Materialzugaben für alle Halbleiter geeignet. Bevorzugt wird es für solche verwendet, die bei erhöhten Temperaturen zum Materialverlust neigen, z.B. durch Sublimation einer Komponente eines Halbleitermaterials. Bevorzugt wird mindestens dasjenige Material in elemen- tarer Form in den Behälter eingebracht, welches eine im Verlauf des Ausheilprozesses flüchtige Komponente des Halbleiterbauelements darstellt. Im folgenden sind die Merkmale, soweit sie für die Erfindung wesentlich sind, eingehend erläutert und anhand von Figuren näher beschrieben. Es zeigenThe method according to the invention is suitable for all semiconductors with appropriately modified material layers and material additions. It is preferably used for those which tend to lose material at elevated temperatures, for example by sublimation of a component of a semiconductor material. Preferably, at least that elementary material is introduced into the container, which is a volatile component of the semiconductor component in the course of the annealing process. In the following, the features, insofar as they are essential for the invention, are explained in detail and described in more detail with reference to figures. Show it
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Bauelements nach der Implantation von Fremdatomen,1 is a schematic representation of a component after the implantation of foreign atoms,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Bauelements nach dem Ausheilprozeß nach dem Stand der Technik,2 shows a schematic representation of a component after the healing process according to the prior art,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß behandelten Bauelements,3 shows a schematic representation of a component treated according to the invention,
Fig. 4 Temperaturprofile für Konditionierung und Aktivierung eines erfindungsgemäßen Bauelements.Fig. 4 temperature profiles for conditioning and activation of a component according to the invention.
Die Beispiele im folgenden beschreiben im wesentlichen Ergebnisse, welche an SiC-Bau- ele enten gewonnen wurden; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Materialklasse beschränkt.The examples below essentially describe results obtained on SiC components; however, the invention is not limited to this class of material.
Als Ausgangsmaterial dient ein Halbleiter-Wafer, insbesondere aus SiC, mit hochpolierter Oberfläche. Der Wafer wird mittels Ionenimplantation mit Fremdatomen, bevorzugt Aluminium, Phosphor, Bor und/oder Stickstoff dotiert. Fig. 1 zeigt schematisch den Schnitt durch einen solchen Halbleiter mit implantierten AI -Fremdatomen. Die Dosis beträgt vor- zugsweise bis 1015 cm"2. Die Oberfläche weist eine sehr geringe Rauhigkeit (nach DIN 4768) mit einem Mittenrauhwert Ra zwischen typischerweise 1 und 10 nm auf. Bei der Ionenimplantation, insbesondere bei schwereren Fremdatomen, höheren Energien und/oder höheren Dosen, wird der oberflächennahe Bereich des Halbleiters stark gestört bis hin zur Amorphi- sierung des kristallinen Gefüges. Die Oberflächenmorphologie verändert sich bei der Ionenimplantation im wesentlichen nicht; die Oberfiächenrauhigkeit entspricht in etwa dem Zustand vor der Implantation.A semiconductor wafer, in particular made of SiC, with a highly polished surface serves as the starting material. The wafer is doped with foreign atoms, preferably aluminum, phosphorus, boron and / or nitrogen, by means of ion implantation. Fig. 1 shows schematically the section through such a semiconductor with implanted Al foreign atoms. The dose is preferably up to 10 15 cm "2. The surface has a very low roughness (according to DIN 4768) with a mean roughness value R a of typically 1 to 10 nm. In ion implantation, in particular with heavier foreign atoms, higher energies and / or higher doses, the area close to the surface of the semiconductor is severely disturbed up to the amorphization of the crystalline structure. The surface morphology essentially does not change with the ion implantation, the surface roughness roughly corresponds to the state before the implantation.
Die durch die Ionenimplantation erzeugten Strahlenschäden im Halbleiter werden ausgeheilt, indem der Wafer auf eine höhere Temperatur gebracht und auf der er für eine vorgegebene Zeit gehalten wird, bevorzugt mehrere Minuten, besonders bevorzugt mindestens 10 Minuten. Zweckmäßig ist, den Wafer in inerter Atmosphäre, insbesondere in Edelgas oder Stickstoff, zu erhitzen. Ganz besonders vorteilhaft ist es, die Atmosphäre so zu wählen, daß keine unerwünschte Dotierung und/oder Oxidation aus der Restgasatmosphäre und/oder kein un- erwünschter Verlust einer fluchtigen Komponente aus dem Halbleiter erfolgt Eine gunstige Ausfuhrungsart ist, den Ausheilprozeß im Vakuum durchzufuhrenThe radiation damage in the semiconductor caused by the ion implantation is healed by bringing the wafer to a higher temperature and holding it there for a predetermined time, preferably several minutes, particularly preferably at least 10 minutes. It is expedient to heat the wafer in an inert atmosphere, in particular in noble gas or nitrogen. It is very particularly advantageous to choose the atmosphere so that no undesired doping and / or oxidation from the residual gas atmosphere and / or Desired loss of a volatile component from the semiconductor occurs. A favorable embodiment is to carry out the healing process in a vacuum
Besonders bei sihziumhaltigen Materialien wie SiC besteht die Gefahr, daß oberhalb von etwa 1300°C ein Sihziumverlust im oberflachennahen Bereich des Wafers durch Sublimation von Si einsetzt. Zur elektrischen Aktivierung implantierter Fremdatome müssen jedoch wesentlich höhere Temperaturen auf den Halbleiter einwirken können, bevorzugt im Bereich oberhalb von 1200°C, besonders bevorzugt oberhalb von 1600°C, bis zur etwaigen Schmelztemperatur oder Sublimationstemperatur des Materials Zum Unterdrucken des Si- Verlustes wird der Wafer üblicherweise, z B in einem Behalter, gekapselt erhitzt, um den Si -Dampfdruck zu erhohen und dadurch den etwaigen Sihziumverlust aus dem Halbleiter zu minimieren Der Behalter besteht aus SiC oder einem anderen geeigneten inerten MaterialParticularly with silicon-containing materials such as SiC, there is a risk that silicon loss occurs in the area near the surface of the wafer above about 1300 ° C. due to sublimation of Si. For the electrical activation of implanted foreign atoms, however, significantly higher temperatures must be able to act on the semiconductor, preferably in the range above 1200 ° C., particularly preferably above 1600 ° C., up to the possible melting temperature or sublimation temperature of the material. To suppress the Si loss, the wafer is used Usually encapsulated, for example in a container, in order to increase the Si vapor pressure and thereby to minimize any loss of silicon from the semiconductor. The container is made of SiC or another suitable inert material
Trotz dieser Maßnahmen wird bei einer Temperaturerhöhung auf z B 1600-1800°C an- schließend eine verschlechterte Oberflachenmorphologie beobachtet Dies ist in Fig 2 zu sehen Die Oberflache weist eine Rauhigkeit von typischerweise 100 nm bis zu einigen Mikrometern auf Um eine solche Oberflache z B für einen Halbleiterprozeß mit vielen aufeinanderfolgenden Bauelementebenen weiter verwenden zu können, sind aufwendige Politur- verfahren notwendig, die ihrerseits wieder die oberflachennahen Bereiche schadigen und die Oberflacheneigenschaften verschlechtern könnenDespite these measures, when the temperature rises to, for example, 1600-1800 ° C., a deteriorated surface morphology is subsequently observed. This can be seen in FIG. 2. The surface has a roughness of typically 100 nm to a few micrometers In order to be able to continue using a semiconductor process with many successive component levels, complex polishing processes are necessary, which in turn damage the areas close to the surface and can impair the surface properties
Erfindungsgemaß wird dem Bauelement wahrend des Ausheilprozesses, bevoizugt zu Beginn, zusätzlich ein siliziumhaJtiges Material außer Siliziumkarbid zugegeben Ganz besonders bevorzugt wird metallisches Silizium zugegeben, obwohl dieses bei Atmospharendruck und Temperaturen oberhalb von 1410°C schmilzt und üblicherweise befurchtet werden muß, daß die Bauelementoberflache kontaminiert wird Es ist lediglich darauf zu achten, daß die Schmelze nicht auf die Bauelementoberflache gelangt, bevorzugt, indem ein Stuck Silizium im Behalter neben das Halbleiterbauelement gelegt wirdAccording to the invention, a silicon-containing material other than silicon carbide is additionally added to the component during the annealing process, preferably at the beginning. Metallic silicon is particularly preferably added, although this melts at atmospheric pressure and temperatures above 1410 ° C. and usually has to be feared that the component surface will be contaminated It is only necessary to ensure that the melt does not reach the component surface, preferably by placing a piece of silicon in the container next to the semiconductor component
Unmittelbar nach dem Ausheilprozeß bei den üblichen hohen Temperaturen von 1600°- 1800°C weist die Oberflache einen Mittenrauhwert auf, der im wesentlichen dem Wert voi dem Ausheilprozeß entspricht Optisch zeigt sich eine Färbung des SiC-Kπstalls, welche heller ist als nach einem Prozeß ohne zusatzliche Zugabe eines sihziumhaltigen Materials, was auf eine optimale kristalline Ordnung des Halbleiters hinweist Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfmdungsgemaßen Verfahrens besteht dann, vor dem Hochtemperaturschritt, der zur Aktivierung der Fremdatome zwingend notwendig ist, ein Konditionierungs-Prozeßschπtt auszufuhren, bei dem die Oberflache des Halbleiters zumin- dest bereichsweise geordnet wirdImmediately after the healing process at the usual high temperatures of 1600 ° to 1800 ° C, the surface has a mean roughness value which corresponds essentially to the value of the healing process. A coloration of the SiC crystal is evident, which is lighter than after a process without additional addition of a silicon-containing material, which indicates an optimal crystalline order of the semiconductor An advantageous embodiment of the method according to the invention then consists in carrying out a conditioning process step in which the surface of the semiconductor is ordered, at least in regions, before the high-temperature step, which is absolutely necessary for activating the foreign atoms
Zweckmaßigerweise wird der erste Schritt bei einer Temperatur T|, bevorzugt oberhalb von T,=700oC-900oC, besonders bevorzugt oberhalb von T. = 1200°C, ausgeführt. Bei dieser Temperatur ist die Beweglichkeit der Atome und Ionen im Halbleiter groß genug, so daß bereits kristalline Ordnungsprozesse in den oberflachennahen Bereichen einsetzen können und/oder die Bindungsverhaltnisse zwischen den Atomen im gestörten Gefuge stabilisiert werden Die Temperatur ist unter anderem vom Halblcitermateπal und der Starke der Strahlenschädigung abhangigExpediently, the first step at a temperature T |, preferably above T, = 700 o C-900 o C, particularly preferably above by T. = 1200 ° C is carried out. At this temperature, the mobility of the atoms and ions in the semiconductor is large enough so that crystalline ordering processes can begin in the areas near the surface and / or the bonding relationships between the atoms in the disrupted structure are stabilized.The temperature is, among other things, of the half-liter material and the strength of the Radiation damage dependent
Bei SiC beispielsweise kann beobachtet werden, daß das Halbleiter-Material, welches vor der Implantation klar und transparent ist, nach der Implantation eine Verfärbung aufweist Wird nahe Raumtemperatur implantiert, ist z B eine dunkle, bräunliche Verfärbung zu beobachten Nach Implantation bei erhöhten Temperaturen wird der Halbleiter optisch verbessert, d.h die Verfärbung nimmt ab. Nach einer Impiantutionstemperatur von vorzugsweise 900°C ist die Verfärbung erheblich geringer als nach einei Implantation bei z B 500°C was auf bereits wahrend der Implantation einsetzende kristalline Ordnungsprozesse hindeuten kann. Sind die Strahlenschaden im Halbleitergitter durch Einwirken einer höheren Temperatur weitgehend ausgeheilt, wird der Halbleiterkπstall wieder klar und transparentWith SiC, for example, it can be observed that the semiconductor material, which is clear and transparent before the implantation, has a discoloration after the implantation. If the implantation is carried out near room temperature, a dark, brownish discoloration can be observed, for example Semiconductors optically improved, ie the discoloration decreases. After an implantation temperature of preferably 900 ° C., the discoloration is considerably less than after an implantation at, for example, 500 ° C., which may indicate crystalline ordering processes already starting during the implantation. If the radiation damage in the semiconductor lattice is largely healed by exposure to a higher temperature, the semiconductor stall becomes clear and transparent again
Wird der Halbleiter für eine Zeit tι auf oder nahe der Temperatur T) belassen, so können anschließend die Strahlenschaden der oberflachennahen Bereiche des Halbleiters bereits zum Teil ausgeheilt sein und/oder die oberflachennahen Bereiche zumindest in einem weniger ungeordneten Zustand vorliegen. Im geordneten Zustand ist die Bindungsenthalpie der Atome im Halbleiter, bei SiC z.B die Bindungsenthalpie zwischen Silizium und Kohlen- stoff, großer als im ungeordneten Zustand, bei dem an einem oder mehreren der Halbleiter- konstituenten eine große Zahl von ungesättigten Elektronenpaarbindungen vorliegen Damit ist etwa bei sihziumhaltigen Halbleiterverbmdungen die etwaige Sublimation des Siliziums im Temperaturbereich zwischen T) und der hohen Temperatur T2 stark unterdruckt Dieser erste, die oberflachennahen Bereiche des Halbleiters stabilisierende Schritt im Ausheilverfahren wird als Konditionierungsschritt bezeichnet.If the semiconductor is left at or near the temperature T) for a time t, then the radiation damage to the areas of the semiconductor near the surface may already have healed in part and / or the areas near the surface may at least be in a less disordered state. The ordered enthalpy of atoms in the semiconductor, for example SiC the bond enthalpy between silicon and carbon, is greater than in the disordered state, in which a large number of unsaturated electron pair bonds are present on one or more of the semiconductor constituents silicon-containing semiconductor compounds strongly suppresses the possible sublimation of silicon in the temperature range between T) and the high temperature T 2 The first step in the annealing process which stabilizes the regions of the semiconductor near the surface is referred to as the conditioning step.
Der Konditionierungsschritt im erfindungsgemäßen Verfahren führt zu dem Ergebnis, daß nach dem anschließenden, zweiten Schritt im Ausheilverfahren bei einer Temperatur T2, bevorzugt einer Temperatur größer als T-, praktisch keine Verschlechterung der Oberflächenmorphologie gegenüber der Morphologie unmittelbar nach der Ionenimplantation zu beobachten ist. Die Oberflächenmorphologie nach dem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in Fig. 3 anhand einer schematischen Schnittansicht durch ein erfin- dungsgemäß behandeltes Bauelement zu sehen. Die Oberfiächenrauhigkeit ist im Vergleich zu Fig. 2 ganz erheblich geringer. Der Mittenrauhwert Ra ist geringer als 15 nm, insbesondere geringer als 10 nm, obwohl die Temperatur T2 zum Aktivieren der Fremdatome vergleichbar mit oder gleich den üblichen Aktivierungstemperaturen von 1600-1800°C ist. Anschließend an den Aktivierungsschritt ist die Zahl der elektrisch aktivierten, implantierten Fremdatome im Halbleiter hoch und mindestens so groß wie der üblicherweise erzielbare Aktivierungsgrad.The conditioning step in the process according to the invention leads to the result that after the subsequent, second step in the healing process at a temperature T 2 , preferably a temperature greater than T, there is practically no deterioration in the surface morphology with respect to the morphology immediately after the ion implantation. The surface morphology after the second step of the method according to the invention can be seen in FIG. 3 on the basis of a schematic sectional view through a component treated according to the invention. The surface roughness is considerably lower than in FIG. 2. The average roughness R a is less than 15 nm, in particular less than 10 nm, although the temperature T 2 for activating the foreign atoms is comparable to or equal to the usual activation temperatures of 1600-1800 ° C. Following the activation step, the number of electrically activated, implanted foreign atoms in the semiconductor is high and at least as large as the usually achievable degree of activation.
Der erreichbare Aktivierungsgrad hängt spezifisch von der Art der implantierten Fremdatome ab, vom Grad der Strahlenschädigung bei der Ionenimplantation sowie von den Im- plantationsbedingungen. In SiC ist zu beobachten, daß Atome wie Aluminium oder insbesondere Stickstoff mit z.B. 50% einen höheren Aktivierungsgrad aufweist als beispielsweise Bor, bei dem 20% bereits einem sehr hohen Aktivierungsgrad entsprechen. Günstig ist meist ein möglichst hoher Aktivierungsgrad der Fremdatome. Der Aktivierungsgrad wird üblicherweise mit Hilfe von Hallmessungen bestimmt. Bei implantiertem Stickstoff wird ab ei- ner Aktivierungstemperatur von 1600°C ein Aktivierungsgrad von nahezu 100% beobachtet. Bei Aluminium sind ab einer Temperatur von 1550°C ca. 25%, ab einer Temperatur von 1600°C ca. 30%, ab einer Temperatur von 1700°C ca. 75% und ab einer Temperatur von 1800°C nahezu 100% der implantierten Atome aktiviert.The degree of activation that can be achieved depends specifically on the type of foreign atoms implanted, the degree of radiation damage during the ion implantation and the implantation conditions. It can be observed in SiC that atoms such as aluminum or especially nitrogen with e.g. 50% has a higher degree of activation than, for example, boron, in which 20% already corresponds to a very high degree of activation. A high degree of activation of the foreign atoms is usually favorable. The degree of activation is usually determined using Hall measurements. In the case of implanted nitrogen, a degree of activation of almost 100% is observed from an activation temperature of 1600 ° C. Aluminum is approx. 25% from a temperature of 1550 ° C, approx. 30% from a temperature of 1600 ° C, approx. 75% from a temperature of 1700 ° C and almost 100% from a temperature of 1800 ° C implanted atoms activated.
Eine bevorzugte Ausführung des Ausheilprozesses ist, daß die Temperatur während des Ausheilprozesses ansteigt, insbesondere stufenweise, und bei mindestens zwei Temperaturen T- und T2 für einen jeweils vorgegebenen Zeitraum ti und t2 konstant gehalten wird. Dabei sind die Zeiten und die Temperaturen für verschiedene Halbleiter und Fremdatome aufeinander abzustimmen. Eine weitere bevorzugte Ausführung besteht dann, zwischen dem ersten Schritt bei der Temperatur T| und dem zweiten Schritt bei der Temperatur T2 einen Zwischenschritt einzufügen, bei dem eine Kontrolle, bevorzugt optisch, des Oberflachenzustands des Halbleiters erfolgt.A preferred embodiment of the healing process is that the temperature rises during the healing process, in particular stepwise, and is kept constant at at least two temperatures T and T 2 for a respectively predetermined period of time t i and t 2 . The times and temperatures for different semiconductors and foreign atoms must be coordinated. A further preferred embodiment then exists between the first step at the temperature T | and to insert an intermediate step in the second step at the temperature T 2 , in which the surface condition of the semiconductor is checked, preferably optically.
Die Temperatur Tj im erfindungsgemaßen Konditionierungsschritt ist vorzugsweise geringer als die Temperatur T2 im Aktivierungsschritt des Ausheilprozesses, bevorzugt großer oder gleich 800°C, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1500°C Gunstig ist, wenn T2 minde- stens 1200°C betragt.The temperature Tj in the conditioning step according to the invention is preferably lower than the temperature T 2 in the activation step of the healing process, preferably greater than or equal to 800 ° C., particularly preferably less than or equal to 1500 ° C. Favorable if T 2 is at least 1200 ° C.
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform werden die Temperatur Ti und die Zeitdauer ti des ersten Schritts bestimmt und solange variiert, bis der Mittenrauhwert der Halb- leiteroberfläche nach dem zweiten Schritt bei einer Temperatur T den gewünschten Wert unterschreitetIn a further preferred embodiment, the temperature Ti and the time period ti of the first step are determined and varied until the mean roughness value of the semiconductor surface falls below the desired value at a temperature T after the second step
Es ist zweckmäßig, den Halbleiter als Ganzes in einer inerten Atmosphäre mit oder ohne Kapselung des Halbleiters zu erhitzen. Es kann jedoch besonders vorteilhaft sein, wenn die Erwärmung von der Oberflache her erfolgt und nicht vom Halbleiterkorper her, z B durch lokale Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung in Form von kontinuierlicher Bestrahlung oder in Form von Strahlungspulsen auf die oberflachennahen Bereiche des HalbleitersIt is expedient to heat the semiconductor as a whole in an inert atmosphere with or without encapsulation of the semiconductor. However, it can be particularly advantageous if the heating takes place from the surface and not from the semiconductor body, for example by local action of electromagnetic radiation in the form of continuous radiation or in the form of radiation pulses on the regions of the semiconductor near the surface
Eine weitere bevorzugte Ausfuhrung des Ausheilprozesses ist, daß die Temperatur wahrend des Ausheilprozesses in Form einer Temperaturrampe R kontinuierlich ansteigt Eine lang- same Temperaturrampe R bedeutet, daß die Temperatur vorzugsweise mit einer Rate zwischen 5°C/mιn und 30°C/mιn geändert wird Eine schnelle Temperaturrampe bedeutet, daß die Temperatur mit einer Rate zwischen 30°C/mιn und über 100°C/mιn geändert wird Die obere Grenze ist im wesentlichen abhangig von der Wahl des HeizersA further preferred embodiment of the healing process is that the temperature rises continuously in the form of a temperature ramp R during the healing process. A slow temperature ramp R means that the temperature is preferably changed at a rate between 5 ° C./min and 30 ° C./min A rapid temperature ramp means that the temperature is changed at a rate between 30 ° C / min and above 100 ° C / min. The upper limit is essentially dependent on the choice of heater
In Fig 4 sind mehrere gunstige Temperaturprofile in Abhängigkeit von der Zeit für das er- fmdungsgemaße Verfahren dargestellt. Ein bevorzugtes Verfahren ist, den implantierten Halbleiter für eine Zeit ti bei der Temperatur Ti und für eine Zeit t bei der Temperatur T2 zu belassen. Dabei wird der Halbleiter schnell oder langsam erwärmt. Die Steigung der Temperaturrampe R kann konstant, bevorzugt langsam, sein Eine besonders bevorzugte Ausfuh- rung ist, die Steigung der Rampe R> in der Nähe der Konditionierungstemperatur Ti steiler zu wählen als die Rampe R nahe der Aktivierungstemperatur T2. Zwischen den beiden Temperaturen T| und T2 kann die Temperatur auch kurzzeitig abgesenkt werden, bevor sie auf T angehoben wird.4 shows several favorable temperature profiles as a function of time for the method according to the invention. A preferred method is to leave the implanted semiconductor at the temperature Ti for a time ti and at the temperature T 2 for a time ti. The semiconductor is heated up quickly or slowly. The gradient of the temperature ramp R can be constant, preferably slow. A particularly preferred embodiment The slope of the ramp R> near the conditioning temperature Ti is steeper than the ramp R near the activation temperature T 2 . Between the two temperatures T | and T 2 the temperature can also be briefly reduced before it is raised to T.
Es ist auch möglich, im Ausheilprozeß Temperaturplateaus und Temperaturrampen zu kombinieren. Bevorzugt wird eine Temperatur nahe T| schnell eingestellt, und dann mit einer langsamen, stetigen Temperaturrampe T| angefahren. Der Übergang zu T2 erfolgt dann wiederum schnell, wobei T2 dann entweder bevorzugt konstant gehalten oder mit einer Rampe angefahren wird.It is also possible to combine temperature plateaus and temperature ramps in the healing process. A temperature close to T | is preferred set quickly, and then with a slow, steady temperature ramp T | started. The transition to T 2 then takes place quickly again, T 2 then either preferably being kept constant or being approached with a ramp.
Besonders vorteilhaft und günstig zur Verkürzung der Prozeßzeit ist das erfindungsgemäße Verfahren, wenn die Konditionierung der oberflächennahen Bereiche des Bauelements zumindest teilweise bereits während der Ionenimplantation durchgeführt wird. Dazu wird die Ionenimplantation bei erhöhter Temperatur, bevorzugt oberhalb von 700°C, besonders bevorzugt oberhalb von 900°C durchgeführt.The method according to the invention is particularly advantageous and favorable for shortening the process time if the conditioning of the regions of the component near the surface is at least partially carried out during the ion implantation. For this purpose, the ion implantation is carried out at elevated temperature, preferably above 700 ° C., particularly preferably above 900 ° C.
Es ist ganz besonders vorteilhaft, die zusätzliche Zugabe eines sihziumhaltigen Materials mit dem Ausheilprozeß, welcher die Konditionierungsphase und eine separate Aktivierungs- phase enthält, zu kombinieren.It is very particularly advantageous to combine the additional addition of a silicon-containing material with the healing process, which contains the conditioning phase and a separate activation phase.
Ein erfindungsgemäßes Halbleiterbauelement aus SiC mit durch Ionenimplantation eingebrachten Fremdatomen, bevorzugt z.B. Aluminium, mit einer typischen Dosis nahe der Amorphisierungsgrenze bei Raumtemperatur von 10 cm ", welches beim Konditionieren der oberflächennahen Bereiche etwa t|=15 min bei T| ca. 1200°C und anschließend bei T2=1700°C für einen Zeitraum von t2 ca. 15 min ausgeheilt wird, weist unmittelbar nach dem Ausheilprozeß einen Mittenrauhwert Ra von weniger als 15 nm auf. Weiterhin sind unmittelbar nach dem Ausheilprozeß mindestens oder mehr als 10%, bevorzugt mehr als 50%, elektrisch aktivierte, implantierte Fremdatome vorhanden. Es erweist sich als zweck- mäßig, bei der Implantation die Amoφhisierungsschwelle des Halbleiters nicht zu überschreiten, da die Strahlenschäden im Halbleiter nach dem Ausheilen nicht vollständig ausgeheilt werden können. Günstig ist, insbesondere bei Temperaturen oberhalb von 1000°C, den Halbleiter in einem Behälter, welcher aus SiC gebildet ist oder damit beschichtet ist, zu erhitzen, um den Si-Dampfdruck in der den Halbleiter umgebenden Atmosphäre zu erhöhen. Ein Bauelement, welches eine derartig verbesserte Oberfläche aufweist, ist besonders dazu geeignet, mit einem lot- und klebemittel freien Verbindungsverfahren mit anderen Oberflächen verbunden zu werden, bei dem die dauerhafte Verbindung durch die Wirkung von quantenelektrodynamischen Effekten zwischen den Atomen der beiden zu verbindenden Oberflächen zustande kommt. So ist es möglich, unterschiedliche Halbleitermaterialien oder z.B. leistungsfähige Kühlköφer oder Wärmespreizer, z.B. aus Diamant, auf das erfindungsgemäße Bauelement aufzubonden. A semiconductor component according to the invention made of SiC with foreign atoms introduced by ion implantation, preferably for example aluminum, with a typical dose close to the amorphization limit at room temperature of 10 cm ", which, when conditioning the areas near the surface, takes about t | = 15 min at T | about 1200 ° C and then cured for about 15 minutes at T 2 = 1700 ° C. for a period of t 2 , immediately after the curing process has a mean roughness value R a of less than 15 nm. Furthermore, immediately after the curing process, at least or more than 10%, preferably more than 50%, electrically activated, implanted foreign atoms are present It is expedient not to exceed the amorphization threshold of the semiconductor during the implantation, since the radiation damage in the semiconductor cannot be completely healed after the annealing at temperatures above 1000 ° C, the semiconductor in a container, which is formed from or coated with SiC in order to increase the Si vapor pressure in the atmosphere surrounding the semiconductor. A component which has such an improved surface is particularly suitable for being connected to other surfaces using a solder and adhesive-free connection method, in which the permanent connection is brought about by the action of quantum electrodynamic effects between the atoms of the two surfaces to be connected is coming. It is thus possible to bond different semiconductor materials or, for example, high-performance cooling bodies or heat spreaders, for example made of diamond, onto the component according to the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Siliziumkarbid-Halbleiterbauelements, bei dem durch Ionenimplantation Fremdatome in dessen oberflächennahe Bereiche eingebracht wer- den, welche anschließend in einem Ausheilprozeß, bei dem das Halbleiterbauelement zusammen mit einem dampfdruckerhöhenden Köφer in einen Behälter gelegt wird, elektrisch aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, daß im Verlauf des Ausheilprozesses in den Behälter benachbart zum Halbleiterbau- element zusätzlich reines Silizium eingebracht wird.1. A method for producing a silicon carbide semiconductor component, in which foreign atoms are introduced into its regions near the surface by ion implantation, which are subsequently electrically activated in a healing process in which the semiconductor component is placed in a container together with a body which increases vapor pressure characterized in that pure silicon is additionally introduced into the container adjacent to the semiconductor component in the course of the healing process.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterbauelement auf eine Temperatur T2 zwischen 1200°C und der Schmelztemperatur des Halbleiterbauelements erwärmt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the semiconductor component is heated to a temperature T 2 between 1200 ° C and the melting temperature of the semiconductor component.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ausheilprozeß in einem ersten Schritt mindestens die oberflächennahen Bereiche des Halbleiterbauelements konditioniert und in einem daran anschließenden zweiten3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that in the annealing process in a first step, at least the near-surface areas of the semiconductor component are conditioned and in a subsequent second
Schritt die Fremdatome elektrisch aktiviert werden, wobei das Halbleiterbaueiement im ersten Schritt für einen Zeitraum ti auf eine Temperatur Ti erwärmt wird, wobei die Temperatur T| niedriger ist als im zweiten Schritt, so daß nach dem zweiten Schritt ein Mittenrauhwert Ra der Halbleiterbauelementoberfläche von weniger als 15 nm erreicht wird.Step the foreign atoms are electrically activated, the semiconductor component being heated to a temperature Ti in the first step for a period ti, the temperature T | is lower than in the second step, so that after the second step a mean roughness R a of the semiconductor component surface of less than 15 nm is achieved.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten und dem zweiten Schritt ein Prüfschritt der Oberflächenquali- tat des Halbleiterbauelements ausgeführt wird.4. The method according to claim 3, characterized in that between the first and the second step, a test step of the surface quality of the semiconductor component is carried out.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur während des Ausheilprozesses stetig erhöht wird. 5. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the temperature is continuously increased during the healing process.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur stufenweise ansteigt und bei mindestens zwei Temperaturen T| und T2 für einen jeweils vorgegebenen Zeitraum t] und t2 konstant gehalten wird.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the temperature increases gradually and at at least two temperatures T | and T 2 is kept constant for a predetermined period of time t] and t 2 .
7. Verfahren nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schritt bei einer Temperatur Ti zwischen 500°C und 1500°C und/oder der zweite Schritt bei einer Temperatur T2 zwischen 1200°C und der Schmelztemperatur oder Sublimationstemperatur des Halbleiterbauelements durchgeführt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the first step is carried out at a temperature Ti between 500 ° C and 1500 ° C and / or the second step at a temperature T 2 between 1200 ° C and the melting temperature or sublimation temperature of the semiconductor component.
8. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schritt bereits während der Ionenimplantation durchgeführt wird.8. The method according to claim 3, characterized in that the first step is already carried out during the ion implantation.
9. Halbleiterbauelement mit durch Ionenimplantation in oberflächennahe Bereiche eingebrachten Fremdatomen, welche durch einen thermischen Ausheilprozeß elektrisch aktiviert werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement unmittelbar nach dem Ausheilprozeß einen Mittenrauhwert Ra von weniger als 15 nm aufweist.9. A semiconductor device comprising introduced by ion implantation in areas near the surface of foreign atoms which are electrically activated by a thermal annealing process, characterized in that the component has immediately after the annealing process a mean roughness R a of less than 15 nm.
10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement unmittelbar nach dem Ausheilprozeß mindestens 10% elektrisch aktivierte implantierte Fremdatome aufweist.10. The semiconductor component according to claim 9, characterized in that the component has at least 10% electrically activated implanted foreign atoms immediately after the healing process.
1 1. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement Silizium aufweist. 1 1. Semiconductor component according to claim 9 or 10, characterized in that the component comprises silicon.
12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daß das Bauelement mindestens eine Kohlenstoff-Silizium- Verbindung aufweist. 12. Semiconductor component according to claim 9, 10 or 11, characterized in that the component has at least one carbon-silicon compound.
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