[发明专利]具有降低的偏置温度不稳定性(BTI)的器件

说明书

技术领域

本文公开的主题涉及半导体器件，并且更一般而言涉及提高半导体器件的稳定性。

背景技术

对于诸如碳化硅(SiC)晶体管的半导体器件，偏置温度不稳定性(BTI)可引起器件性能相当大的变化性。例如，当在持续时间段上操作在诸如负偏置和/或高温的特定条件下时，负偏置温度不稳定性(NBTI)可导致SiC器件的阈值电压显著改变或偏移。认为SiC器件中的NBTI是界面电荷俘获（例如，氧电荷）的结果，例如在持续时间段将器件操作在高温以及在特定偏置条件下时可引起界面电荷俘获。例如，SiC金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在蒙受由于NBTI引起的组合的电压和温度应力时可经历阈值电压偏移。

在某些情况中，前述的NBTI可将SiC器件的阈值电压偏移（例如，减少）到器件可在即使没有施加栅-源电压的情况下变得导电的点，从而将常关器件变换成常开器件。因此，NBTI显著影响SiC器件的可靠性和性能。然而必须确定对SiC器件中的NBTI的工业可接受的解决方案。因此，尤其合乎需要的是减轻SiC器件中的NBTI问题以便利用SiC可对某些系统和应用提供的独特操作特性（例如，更高的操作温度、改进的机械性质、改进的电性质等）。

发明内容

在一个实施例中，提供用于制造半导体器件的方法。根据该方法，提供适合于半导体制造的碳化硅晶片。在每个碳化硅晶片上制造一个或多个半导体器件。通过沉积限制半导体器件在操作期间的阈值电压偏移的金属来形成每个半导体器件的源电极。

在另一实施例中，提供金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)器件。MOSFET器件包括栅电极和衬底，衬底包括碳化硅并且具有支撑栅电极并且定义表面法线方向的表面。衬底包括：漂移区，包括使得具有第一电导率类型的第一掺杂剂类型；邻近漂移区并且接近表面的阱区，其中阱区包括使得具有第二电导率类型的第二掺杂剂类型以及布置在接近栅电极的沟道区；以及邻近阱区的源接触区，其中源接触区具有第一电导率类型。MOSFET器件还包括：夹层电介质，布置在栅电极附近并且在衬底的表面的一部分上；接触层，布置在覆盖源接触区的一部分的衬底的表面的一部分上；以及源电极，布置在夹层电介质上并且与源接触区电接触。源电极包括抑制MOSFET器件在操作期间的阈值电压偏移的金属。

在另一实施例中，提供半导体器件。所述半导体器件包括：栅电极，布置在绝缘层上；源电极，其中源电极包括抑制半导体器件在操作期间的阈值电压偏移的金属；夹层电介质(ILD)，布置在栅电极和绝缘层与源电极之间；源接触区，其中源接触区接触源电极和阱区两者并且是n型或p型；碳化硅衬底，在碳化硅衬底上布置绝缘层、源接触区和夹层电介质，其中碳化硅衬底是n型或p型；阱区，其中阱区延伸到碳化硅衬底中并且是n型或p型；以及漏电极，布置在碳化硅衬底与栅电极相对的侧上。

根据本公开的一方面，一种用于制造半导体器件的方法，包括：提供适合于半导体制造的碳化硅晶片；在每个碳化硅晶片上制造一个或多个半导体器件；通过沉积限制所述半导体器件在操作期间的阈值电压偏移的金属来形成每个半导体器件的源电极。

其中，所述金属是对氢的扩散势垒。

其中，所述金属不从水分子中产生在硅石中溶解的原子氢。

其中，所述半导体器件包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

其中，所述半导体器件包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)、MOS控制晶闸管或栅控制晶闸管。

其中，所述半导体器件的所述阈值电压偏移起因于在将所述半导体器件操作在高温、高偏置或两者时所述半导体器件中的偏置温度不稳定性(BTI)。

其中，所述半导体器件在操作期间的阈值电压偏移小于1 V。

其中，所述源电极由金属层的组合构成。