具有降低的偏置温度不稳定性(BTI)的器件制造技术

本发明专利技术公开了半导体器件连同用于制造此类器件的方法。在某些实施例中，半导体器件包括使用限制半导体器件在操作期间诸如由偏置温度不稳定性引起的阈值电压偏移的金属形成的源电极。在某些实施例中，半导体器件可基于碳化硅。

【技术实现步骤摘要】
具有降低的偏置温度不稳定性(BTI)的器件
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。
技术介绍
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)。
技术实现思路
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η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η型或P型；阱区，其中阱区延伸到碳化硅衬底中并且是η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I V。其中，所述源电极由金属层的组合构成。根据本公开的另一方面，一种金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)器件，包括:栅电极；衬底，其包括碳化硅以及具有支撑所述栅电极并且定义表面法线方向的表面，其中所述衬底包括:漂移区，其包括使得具有第一电导率类型的第一掺杂剂类型；邻近所述漂移区并且接近所述表面的阱区，其中所述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接近所述栅电极布置的沟道区；以及邻近所述阱区的源接触区，其中所述源接触区具有所述第一电导率类型；夹层电介质，其布置在所述栅电极附近并且在所述衬底的表面的一部分上；接触层，其布置在覆盖所述源接触区的一部分的所述衬底的表面的一部分上；以及源电极，其布置在所述夹层电介质上并且与所述源接触区电接触，其中所述源电极包括抑制所述MOSFET器件在操作期间的阈值电压偏移的金属。其中，所述源电极金属是对氢的扩散势垒。其中，所述源电极金属不从水分子中产生在硅石中溶解的原子氢。其中，所述MOSFET器件的所述阈值电压偏移起因于在将所述MOSFET器件操作在高温、高偏置或两者时所述MOSFET器件中的偏置温度不稳定性(BTI)。其中，所述MOSFET器件在操作期间的所述阈值电压偏移小于I V。其中，所述源电极由金属层的组合构成。根据本公开的又一方面，一种半导体器件，包括:栅电极，其布置在绝缘层上；源电极，其中所述源电极包括抑制所述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)，其布置在所述栅电极和所述绝缘层与所述源电极之间；源接触区，其中所述源接触区接触所述源电极和阱区两者并且是η型或P型；碳化硅衬底，在其上布置所述绝缘层、所述源接触区和所述夹层电介质，其中所述碳化硅衬底是η型或P型；所述阱区，其中所述阱区延伸到所述碳化硅衬底中并且是η型或P型；以及漏电极，其布置在所述碳化硅衬底与所述栅电极相对的侧上。其中，所述源电极金属是对氢的扩散势垒。其中，所述源电极金属不从水分子产生在硅石中溶解的原子氢。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I V。其中，所述源电极由金属层的组合构成。【附图说明】当参考附图阅读下文详细描述时，将更好理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点。其中在整个附图中类似字符表示类似的部件，其中: 图1是根据本技术的某些实施例的晶体管加工过程的过程流程图； 图2是根据本方法的实施例的SiC MOSFET的示意性截面图； 图3是在电压和温度应力之前和之后常规MOSFET的漏极电流作为栅电压的函数的曲线图；以及 图4是在本方法的实施例中对于不同金属发生的不同阈值电压偏移的图示比较。【具体实施方式】以下将描述一个或多个特定实施例。致力于提供这些实施例的简洁描述，在说明书中可不描述实际实施的所有特征。应该领会，在任何此类实际实施的开发中，正如在任何工程或设计项目中一样，必须做出许多实施特定的决策以实现开发者的诸如服从涉及系统和涉及商业的约束的特定目标，其可从一个实施到另一个实施有所不同。另外，应该领会，此类开发努力可能是复杂并且耗时的，但对于具有本公开的益处的本领域的技术人员将仍然不过是设计、加工和制造的常规任务。在介绍本专利技术的各种实施例的要素时，冠词“一(a、an) ”、“该”以及“所述”意图表示存在一个或多个要素。术语“包含”、“包括”以及“具有”意图是包括性的并且表示除了列出的要素之外可还有额外要素。如以上叙述的，诸如NBT本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
2012.08.06 US 13/567,7911.一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。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属是对氢的扩散势垒。3.如权利要求1所述的方法，其中，所述金属不从水分子中产生在硅石中溶解的原子氢。4.如权利要求1所述的方法，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)。5.如权利要求1所述的方法，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。6.如权利要求1所述的方法，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)。7.如权利要求1所述的方法，其中，所述半导体器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：JD迈克尔，SD阿瑟，TL约翰逊，DA利利恩菲尔德，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：