[发明专利]碳化硅半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及通过碳化硅制造的半导体器件以及制造这些器件的方法。本发明的一个具体应用在使用碳化硅制造MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)中。本发明也涉及利用这样的MOSFET的航空器配电系统。

背景技术

在MOSFET的制造中使用碳化硅(SiC)，提供了超过传统的硅衬底的大量的益处。例如，SiC有非常高的强度，不会在任何已知的压力下融化并且在化学上是高度稳定的。进一步地，SiC允许生产的器件拥有比硅器件低的导通状态电阻。因而SiC指引自己用在高功率的MOSFET中。

与使用SiC制造MOSFET相关联的一个问题是还不太可能以足够高的质量制造MOSFET的沟道区，以生产对实际使用充分可靠的可行的器件。在MOSFET中，沟道区位于MOSFET的栅极处的氧化层下方，并且当MOSFET接通的时候，沟道区允许电流通过器件。生产SiC MOSFET的在先尝试经受了界面处的碳吸除(getter)的问题，由此碳杂质在界面处形成，不利地影响了器件的电性能。

US5,744,826公开了用于生产碳化硅半导体器件(例如，MOSFET)的过程，其中，通过热氧化SiC层，栅极绝缘膜在SiC半导体层的表面上形成。

发明内容

为了在沟道区提供所需的电性质，在氧化物和在氧化物之下的SiC之间定义良好质量的界面是重要的。本发明提供了制造半导体器件的方法，包括：将包含硅的第一层施加到包含碳化硅的第二层，由此在第一层和第二层之间定义了界面，并氧化第一层的一些或全部。

通过将包含硅的第一层施加到包含SiC的第二层，可独立确保第一层和第二层的各表面的质量，因此导致每个表面的高质量，特别是层之间的界面。进一步地，由于这个进程没有氧化任何SiC，因此也克服了在界面处与碳吸除相关联的问题。因而，通过本发明提供的界面是高质量的。自然地，制备SiC层是需要高度谨慎的，因为需要高水平的洁净度和平整度。

晶片结合(wafer bond)可用来使第一层和第二层附连到彼此。在晶片结合中，单晶硅的薄层从载体晶片转移到另一个目标晶片的表面(这种情况下是SiC层)上。转移层具有高质量，所以可被氧化以形成相应地高质量的氧化物。

进一步地，本发明提供了根据上述方法制造的半导体器件，包括接合到包含碳化硅的第二层的、包含SiO₂的第一层，由此定义了第一层和第二层之间的界面。此外，本发明提供包含这样的半导体器件的航空器配电系统。

附图说明

以下是参照附图仅以示例方式对本发明实施例的详细描述，在附图中：图1是场效应晶体管(例如，MOSFET)的简化示意图；图2是示出碳吸除问题的截面图；图3示出根据本发明实施例的层的布置；

图4A、4B、4C和4D示出根据本发明实施例的过程的阶段；以及

图5示出根据本发明实施例的过程的进一步的阶段。

具体实施方式

图1示出了现有技术场效应晶体管1(例如，MOSFET)的基本结构，其包括各包含导电触点的源极2、漏极4和栅极3。诸如氧化物(例如，二氧化硅)的电绝缘体的层9提供在源极2、漏极4、栅极3和衬底5之间。邻近层9，当通过施加电势到栅极3接通MOSFET时，导电沟道10在衬底5中形成，允许电流在源极2和漏极4之间流动。在n沟道MOSFET中，衬底5包括p型材料，而源极2包括n型材料的第一区7，同时漏极4包括n型材料的第二区8。为了接通n沟道MOSFET，施加正电位到栅极3，由此朝向非导电层9吸引负载流子，而且如果施加的电势超过用于接通器件的阈值，会形成本质上n型材料的沟道10。由此在源极2和漏极4之间提供n型材料的连续传导通路，允许电流在之间流动。一旦移除栅极3处的电势，在衬底5内的电荷载流子分布就回复到它的正常状态，因而移除了导电沟道10并关闭器件。本发明也适用于p沟道MOSFET，其中以与刚才所述相反的配置来布置p型材料和n型材料。一般地说，本发明适用于任何类型的MOSFET，或者适用于需要半导体层和绝缘层之间的界面的其它半导体器件。

图2是示出与直接氧化SiC有关的问题的截面图。取决于反应条件，SiC的氧化一般会在正在氧化的SiC层11顶部上产生SiO₂层12。其他非化学计量的硅氧化物可出现在SiO₂层12中。碳簇(carbon cluster)13在介于SiC层11和SiO₂层12之间的界面处形成，对布置的电性质有害。