[发明专利]制备具有垂直结构的半导体器件的方法以及半导体器件

说明书

本发明公开了制备具有垂直结构的半导体器件的方法以及半导体器件，该方法包括：在第一衬底的一侧进行含H离子注入；在第一衬底以及第二衬底表面的至少之一处形成导电层；在所述导电层处进行键合以形成第一键合体；对所述第一键合体进行第一退火处理，使第一键合体剥离，以形成具有所述第二衬底的第二键合体；在所述第二键合体具有第一衬底一侧表面形成第一外延层；在所述第一外延层远离所述第一衬底的一侧形成栅极和第一电极；在所述第二键合体具有第二衬底一侧形成第二电极。该方法具有可较为简便地获取低电阻的电极端(如集电极端或漏极端)，器件加工工艺兼容性较佳，且第一衬底可被重复利用，生产成本较为低廉等优点的至少之一。

技术领域

本发明涉及半导体技术以及半导体制造领域，具体而言，本发明涉及制备具有垂直结构的半导体器件的方法以及半导体器件。

背景技术

近年来随着半导体技术的发展，基于硅(Si)材料以及碳化硅(SiC)等半导体衬底的半导体器件也得到了飞速的发展。以SiC为例，材料自身的优良特性可以使基于该材料晶片的半导体器件具有更小的体积、更低的损耗、更高的频率以及更好的耐高温性能。但是，目前基于高质量SiC衬底材料的半导体器件的制备仍然较为困难：目前工业制备的SiC晶体的缺陷密度高，成品率低。尤其对大尺寸的SiC晶体而言，尺寸越大，工艺窗口越窄，成品率越低，缺陷密度越难以控制，制备成本高昂。衬底材料的高缺陷密度及高成本造成SiC器件的成品率低，器件可靠性受缺陷显著影响，且器件成本居高不下。

因此，目前的SiC器件制备方法仍有待改进。

发明内容

本发明是基于发明人对以下事实和问题的发现和认识而做出的：

为了降低基于上述材料的半导体器件的生产成本，本发明对于具有垂直结构的SiC等材料的功率器件(SBD、PiN二极管、垂直MOSFETs、BJTs、JFETs、IGBTs等)采用重复使用高质量SiC基片来降低器件成本，并且结合键合与离子切割技术来实现低成本的垂直功率器件的制备。具体而言，本发明采用晶片键合工艺将晶体质量高的半导体单晶晶片(如SiC晶片)与晶体质量较差但电阻率极低的半导体晶片进行键合，再利用离子注入和剥离技术，将键合体在高质量晶片层内进行剥离，实现了垂直功率器件中高质量晶体薄层的转移。该方法可较为简便的获得具有低电阻结构的集电极或漏极，并且高质量SiC半导体晶片等材料可以再次使用，不仅节约了高质量晶片的成本，也避免了垂直结构的功率器件中背面通过离子注入和高温激活形成低电阻集电极的工艺难点，工艺兼容性好，因此可以显著地降低制备垂直结构半导体器件的生产成本和工艺难度。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备具有垂直结构的半导体器件的方法。该方法包括：在第一衬底的一侧进行含H离子注入，所述第一衬底为非硅晶体材料形成的；在所述第一衬底以及第二衬底表面的至少之一处形成导电层，所述第二衬底的电阻率不高于0.2Ω·cm；将所述第一衬底和所述第二衬底在所述导电层处进行键合以形成第一键合体；对所述第一键合体进行第一退火处理，使所述第一键合体在含H离子注入深度处剥离，以形成具有所述第二衬底的第二键合体；对所述第二键合体具有第一衬底的一侧表面进行抛光处理；在所述第二键合体具有第一衬底一侧表面形成第一外延层，所述第一外延层与所述第一衬底的晶格相匹配；在所述第一外延层远离所述第一衬底的一侧形成栅极和第一电极；在所述第二键合体具有第二衬底一侧形成第二电极。该方法具有可较为简便地获取低电阻的电极端(如集电极端或漏极端)，器件加工工艺兼容性较佳，且第一衬底可被重复利用，生产成本较为低廉等优点的至少之一。

根据本发明的实施例，所述导电层满足以下条件的至少之一：所述导电层为非晶层，优选地所述导电层包括碳化硅；所述导电层包括金属硅化物。由此，可降低第一衬底和第二衬底键合的难度，从而简便的获取第一键合体。

根据本发明的实施例，所述第一衬底为SiC单晶材料，所述SiC单晶材料满足基平面位错密度不高于1500/cm²。由此，可为半导体器件提供高质量的晶体薄层结构，保障器件电学功能区的晶体质量，从而保障器件性能不被缺陷影响。