专利名称：纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型功率半导体器件制造技术。
背景技术：
传统的占有统治地位的功率器件是硅功率半导体器件。它是用硅材料制造的。但由于硅材料的带隙宽度小，且硅不耐高温，所以硅功率器件在碰到高温应用时或大电流时器件会失效，造成严重后果。所以硅器件的附加降温设备非常复杂，运行成本高。
碳化硅是功率半导体器件晶片的理想材料，其优点是禁带宽、工作温度高(可达600℃)、热稳定性好、通态电阻小、导热性能好、漏电流极小、PN结耐压高等，有利于制造出耐高温的高频大功率半导体器件。
碳化硅半导体器件被视为下一代的半导体功率器件，各种碳化硅功率开关器件相继研制成功，虽然近几年碳化硅功率开关器件取得了长足进步，但离大规模商业化仍还有一段距离。之所以出现这种局面，是因为碳化硅晶体生长技术不完善，用于器件的碳化硅晶体存在微管等缺陷，使器件存在隐患或成品率低导致器件成本上升。这样一来，碳化硅体材料作为半导体器件的核心材料，其应用受到严重限制。必须等待碳化硅晶体的生长技术完全成熟后，才可能使碳化硅功率器件完全进入市场。这是一条充满困难的道路。其资金耗费巨大，在美国和欧洲国家都曾经投入巨资进行研究。以促进这一技术的发展，取得实际应用的阶段性成果。这可以由美国CREE公司的研究成果看出。
本发明的目的是采用碳化硅纳米线制造功率金属氧化物半导体场效应晶体管。本发明采用的纳米线碳化硅晶体是直径在0.5-500nm之间的碳化硅晶体，它可以具有立方结晶构造或六方结晶构造。目的在于克服碳化硅体材料生长技术不过关、制约碳化硅功率器件发展瓶径的、而提供一种可以替代碳化硅晶体材料制造功率半导体器件的方法，并提供这样一种产品。由于碳化硅纳米线生长技术达到很高水平，生长的碳化硅纳米线纯度高，晶体质量高，无缺陷。所以可以应用于功率金属氧化物半导体场效应晶体管的制造中，形成新型的功率金属氧化物半导体场效应晶体管器件。它利用了碳化硅纳米线具有体材料碳化硅的宽带隙、耐高温低导通电阻等优良特性，采用新结构制造新型纳米线碳化硅功率器件。
纳米技术现在处于快速发展的状况。纳米电子器件从纳米技术诞生起就一直引起科学界和工业界的高度关注。自从2001年世界十大科技新闻报道纳米电子器件成功运行以来，各国科学界都在进行纳米晶体管的研究。纳米线晶体管是其中一种重要的纳米电子器件。纳米线晶体管由于具有良好的半导体性质，克服了传统晶体管的弱点，而使效率和制备手段发生极大的变革，使纳米线晶体管产生前所未有的应用可能。
纳米线碳化硅氧化物场效应晶体管是一种低耗能，可以采用超大规模集成的纳米电子器件。对于这一器件一直是各国政府和工业界高度关注的领域。因为它直接影响着未来信息产业的领导地位。可以说谁在这一领域占的先机，意味着谁就可以微电子技术或纳米电子技术领域居于支配地位。未来的“芯片上的系统”直接取决于纳米电子器件的研究进展成果。现在高温电子器件研究已经取得很大进步。但是采用纳米线碳化硅来制造功率器件尚未见报道。
发明内容
本发明可以通过多种工艺实现.目前出现的技术有，通过扫描隧道探针显微镜或原子力显微镜等微操作工艺；光刻工艺技术。它们都可以构造纳米线晶体管。尽管形式多样，但都是纳米线晶体管。我们的纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管发明是通过如下措施来达到。首先，制备经过掺杂的碳化硅半导体纳米线。这些掺杂纳米线分为三种类型，一是N型掺杂，二是P型掺杂，三是不掺杂。在硅晶片、石英片、碳化硅晶片或刚玉等衬底上，直接淀积一层氧化硅薄膜，在其上采用微控制流体的办法使碳化硅纳米线平行排列。再采用传统光刻半导体工艺制备结构，淀积金属，形成源漏极，分别是源漏两极。再采用光刻模式制备栅极。完成这一工艺后，用淀积氧化硅膜、氮化硅膜或其它高性能绝缘材料膜，使器件密封。这样的器件就是碳化硅纳米线金属氧化物半导体场效应晶体管。结构特点有，在引出栅极时，可以是金属细条，也可以是纳米线碳化硅。
本发明与现有的硅功率管——硅金属氧化物半导体场效应晶体管相比，可以大幅度地提高器件的运行温度。传统的硅功率器件可以在200摄氏度下运行，在300摄氏度以上会产生器件退化甚至失效结果。但本发明器件却能在达到600摄氏度以上时照常运行，而不会产生失效结果。硅功率器件虽然统治着现有的功率器件市场，然而，对于一般的电源控制来说，它的附加设备多而复杂，主要目的是为冷却。由于硅的散热比碳化硅差的多，因此，碳化硅纳米线功率器件的散热非常快。不容易引发热积累。其次，碳化硅纳米线功率器件的耐压和耐高温性能比硅器件要高得多。而且可以随着工艺调节。这是硅工艺所不具备的。此外，由于是纳米级器件，易于集成，更加具有智能性和系统性特征。这可能对于降低硅功率器件制造成本具有重要的意义。它节省了空间，使器件可以做的更小，更加适合于计算机，手提式设备和个人助理等小型或微型电子仪器的附加设备。
具体实施例方式
实施例1.单纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管制造。
本发明的一个例子是采用直径为10nm，长度为70nm的纳米线碳化硅制造单纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管。纳米线碳化硅材料为经过氮掺杂的碳化硅纳米线，用分散液分离成单纳米线状态，铺设在碳化硅晶片半绝缘衬底上。采用包含两个电极具有外接引线图案结构的光刻版。电极间距为15nm。涂覆光刻胶，用紫外光曝光，然后在热阻真空炉中蒸渡金属电极，电极用材料为钯金属，形成两个源电极和漏电极。电极接线后，在电极上淀积氧化硅薄膜，在氧化硅上在源漏电极结构中间淀积金属金。然后淀积氮化硅薄膜，密封器件。可以结合这一工艺制造纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管器件单元与其它工艺制造纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管单片集成电路或混成集成电路。器件性能在温度为600℃下，器件仍然运行正常。器件阻断电压为600V，通态比电阻1.09μΩcm2。
实施例2 多纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管。
把掺氮纳米线碳化硅平行排列在碳化硅晶片半绝缘衬底上。构造一个多纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管。即金属氧化物半导体场效应晶体管单元中含有两根以上纳米线碳化硅。按照实施例1的工艺进行多纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管构造。本例中金属氧化物半导体场效应晶体管单元中纳米线碳化硅有73根。器件性能温度600℃下运行正常。阻断电阻为6000V，通态比电阻13μΩcm2。
权利要求
1.采用纳米线碳化硅制造金属氧化物半导体场效应晶体管，纳米线碳化硅是指直径在0.5-500nm范围内的碳化硅线、纤维、晶须、柱状碳化硅晶体，且具有立方或六角多型结晶构造。
2.按照权利要求书1所述，一根纳米线碳化硅构成的金属氧化物半导体场效应晶体管，称为单纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管。
3.按照权利要求书1所述，二根以上纳米线碳化硅制造的金属氧化物半导体场效应晶体管。
4.按照权利要求书2所述，以单纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管为单元构成的各种集成系统。
5.按照权利要求书3所述，以多纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管为单元构成的各种集成系统。
6.按照权利要求书2所述，含有单纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管单元的各种混合集成系统。
7.按照权利要求书3所述，含有多纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管单元的各种混合集成系统。
8.按照权利要求书1～7所述，各种构造形式的纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应管及其集成系统。
全文摘要
纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管是功率半导体器件制造技术。结合紫外线曝光的半导体技术工艺，用纳米线碳化硅构造碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管。纳米线碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管具有耐高温、耐苛刻环境、耐高电压和低导通电阻等一系列特点，广泛用于电力电子及通信工程领域。
文档编号H01L29/78GK1688027SQ20051001870
公开日2005年10月26日 申请日期2005年5月13日 优先权日2005年5月13日
发明者张洪涛, 许辉 申请人:湖北工业大学