一种半导体器件及其制造方法、电子装置与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种半导体器件及其制造方法、电子装置。

背景技术：

随着集成电路技术的持续发展，芯片上将集成更多器件，芯片也将采用更快的速度。在这些要求的推进下，器件的几何尺寸将不断缩小，在芯片的制造工艺中不断采用新材料、新技术和新的制造工艺。目前半导体器件的制备已经发展到纳米级别，同时常规器件的制备工艺逐渐成熟。

在过去几十年里，基于硅基器件和电子器件的设计和制造方面取得的进步已经证明了硅基器件的扩展能力和电路复杂度非常卓越的水平。

将硅基器件和sic基器件集成在同一芯片上是非常值得期待的，以便提高高级应用程序的功能和设计灵活性。

sic基材料因用于制备具有高亮度发光二极管(led)、电源切换装置、调节装置、电池保护器、面板显示驱动器、通讯设备等设备具有吸引力。使用sic基材料制备的器件通常形成于sic基衬底上。

因此，如何制备高性能的sic基衬底对于sic基器件的制备是至关重要的。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

针对现有技术的不足，本发明提供了一种半导体器件的制造方法，所述方法包括：

提供第一基底；

在所述第一基底上形成立方相碳化硅基底；

对所述立方相碳化硅基底进行无定形处理，以在所述立方相碳化硅基底的顶部形成无定形碳化硅层；

对所述无定形碳化硅层进行再结晶处理，以在所述无定形碳化硅层的顶层形成单晶碳化硅层。

可选地，所述立方相碳化硅基底为3c-sic层，所述单晶碳化硅层为6h-sic层。

可选地，所述立方相碳化硅基底的沉积气源包括sihcl3、c3h8和h2；

和/或所述立方相碳化硅基底的沉积压力为0.1torr-1torr；

和/或所述立方相碳化硅基底的沉积温度为950℃-1200℃；

和/或所述立方相碳化硅基底的厚度为0.1μm-1.0μm。

可选地，通过电子束辐射的方法进行所述无定形处理。

可选地，所述电子束辐射的加速电压在1mv以上，和/或所述电子束辐射的强度为1×10²⁴m^-2s^-1以上。

可选地，所述电子束辐射的温度在170k以上，和/或所述电子束辐射的直径为1μm-3μm。

可选地，所述再结晶处理包括对所述无定形碳化硅层进行激光退火，以使所述无定形碳化硅层顶部表面的温度至1500℃以上。

可选地，所述激光退火使用脉冲激光退火，脉冲为10ns-30ns，循环次数为5000-50000次。

可选地，所述激光退火使用波长为308nm的xecl脉冲气体激光。

可选地，所述方法还包括在所述单晶碳化硅层上和/或所述第一基底上形成有源元件和/或无源元件的步骤；

所述有源元件包括晶体管和二极管中的至少一种；

所述无源元件包括射频、负载和电容器中的至少一种。

可选地，所述第一基底包括硅基底，所述立方相碳化硅基底位于部分所述硅基底上。

本发明还提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括：

第一基底；

第二基底，其位于所述第一基底上，所述第二基底包括从第一基底的表面向上依次设置的立方相碳化硅基底、无定形碳化硅层和单晶碳化硅层。

可选地，所述立方相碳化硅基底为3c-sic，所述单晶碳化硅层为6h-sic。

可选地，所述立方相碳化硅基底的厚度为0.1μm-1.0μm。

可选地，在所述第一基底和/或所述第二基底上形成有源元件和/或无源元件；

所述有源元件包括晶体管和二极管中的至少一种；

所述无源元件包括射频、负载和电容器中的至少一种。

本发明还提供了一种电子装置，所述电子装置包括上述的半导体器件。

根据本发明的制造方法，提供了一种sic基衬底的形成方法，在所述方法中首先形成立方相碳化硅基底；然后在所述立方相碳化硅基底的顶部形成无定形碳化硅层；最后在所述无定形碳化硅层的顶层形成单晶碳化硅层，以形成复合型的sic基衬底。通过所述方法形成的所述sic基衬底的性能和良率得到极大的提高。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1a至图1d示出了本发明一个实施方式的半导体器件的制造方法的相关步骤所获得的器件的结构示意图；

图2示出了本发明一个实施方式的半导体器件的制造方法的工艺流程图；

图3示出了本发明一实施例中的电子装置的示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

这里参考作为本发明的理想实施例(和中间结构)的示意图的横截面图来描述发明的实施例。这样，可以预期由于例如制造技术和/或容差导致的从所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应当局限于在此所示的区的特定形状，而是包括由于例如制造导致的形状偏差。例如，显示为矩形的注入区在其边缘通常具有圆的或弯曲特征和/或注入浓度梯度，而不是从注入区到非注入区的二元改变。同样，通过注入形成的埋藏区可导致该埋藏区和注入进行时所经过的表面之间的区中的一些注入。因此，图中显示的区实质上是示意性的，它们的形状并不意图显示器件的区的实际形状且并不意图限定本发明的范围。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施例一

为了解决前述的技术问题，提高器件的性能，本发明实施例中提供一种半导体器件的制造方法，如图2所述，所述方法主要包括：

步骤s1：提供第一基底；

步骤s2：在所述第一基底上形成立方相碳化硅基底；

步骤s3：对所述立方相碳化硅基底进行无定形处理，以在所述立方相碳化硅基底的顶部形成无定形碳化硅层；

步骤s4：对所述无定形碳化硅层进行再结晶处理，以在所述无定形碳化硅层的顶层形成单晶碳化硅层。

根据本发明的制造方法，提供了一种sic基衬底的形成方法，在所述方法中首先形成立方相碳化硅基底；然后在所述立方相碳化硅基底的顶部形成无定形碳化硅层；最后在所述无定形碳化硅层的顶层形成单晶碳化硅层，以形成复合型的sic基衬底。通过所述方法形成的所述sic基衬底的性能和良率得到极大的提高。

具体地，下面参考图1a-图1d对本发明的半导体器件的制造方法做详细描述，其中，图1a至图1d示出了本发明一个实施方式的半导体器件的制造方法的相关步骤所获得的器件的结构示意图。

在本发明中所述半导体器件可以包括存储器件、有源器件、无源器件以及mems器件等，并不局限于某一种，在本发明也不做进一步的限定。

在本发明中不再对所述半导体器件的整个形成过程做进一步的赘述，而仅仅对sic基衬底的形成做详细的说明。

需要说明的是所述sic基衬底的形成方法可以应用于各种半导体器件的制备之中。

首先，执行步骤一，提供第一基底201。

具体地，如图1a所示，在本申请中所述第一基底201可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。

可选地，在本发明中所述基底为硅或多晶硅基底，其厚度并不局限于某一数值范围。

其中，在本发明的一具体实施方式中所述多晶硅基底的外延方法为：将氢(h2)气携带四氯化硅(sicl4)或三氯氢硅(sihcl3)、硅烷(sih4)或二氯氢硅(sih2cl2)等进入置有硅衬底的反应室，在反应室进行高温化学反应，使含硅反应气体还原或热分解，所产生的硅原子在衬底硅表面上外延生长。在该步骤中可以选用98.5％的高稀释比，反应的温度为1500-1800℃，并控制气压为1pa左右，即可在温度为200℃的衬底上外延生长得到200nm或以上的硅薄膜，在该步骤中还可以调节温度、时间对硅薄膜进行控制。

在形成的所述第一基底201上可以划分为sic基器件区域和si基器件区域，以分别形成sic基器件和si基器件。

其中，所述sic基器件和si基器件包括有源元件和/或无源元件；

所述有源元件包括晶体管和二极管中的至少一种；

所述无源元件包括射频、负载和电容器中的至少一种。

执行步骤二，在所述基底上形成立方相碳化硅基底203。

可选地，所述立方相碳化硅基底为3c-sic。碳化硅是一种ⅳ-ⅳ族化合物半导体材料，具有多种同素异构类型。其典型结构可分为两类，一类是闪锌矿结构的立方碳化硅晶型，称为3c-sic或β-sic，这里3指的是周期性次序中面的数目。

基本的sic的晶体是四颗碳原子和一颗硅原子交替以sp3所键结而成的四角型晶体，碳原子和碳原子之间的键结距离为3.08埃，碳原子和硅原子之间的键结距离为1.89埃。依各种不同原子堆叠方式，会有不同的sic晶体型态，目前已知的型态就高达170种晶体型态。不同晶体型态的碳化硅其性质也有所不同，如前述的3c、6h、4h、15r，c表示立方体(cubic)结构，h表示六角型(hexagonal)结构，r表示菱形六面体(rhombohedron)，数字表示堆叠的周期排列个数。3c是以abc的顺序堆叠而成，4h-sic和6h-sic则分别以abcb和abcacb的不同顺序堆叠而成。

碳化硅/硅结构生长最主要生长方法为化学气相沉积(chemialvapordeposition，cvd)为主，大都为非晶、多晶α-sic薄膜或者3c-sic薄膜为主。

具体地，所述立方相碳化硅基底的沉积气源包括sihcl3、c3h8和h2。

可选地，所述立方相碳化硅基底的沉积压力为0.1-1torr，例如所述立方相碳化硅基底的沉积压力为0.1torr、0.2torr、0.4torr、0.5torr、0.8torr或1torr。

可选地，所述立方相碳化硅基底的沉积温度为950-1200℃，例如所述立方相碳化硅基底的沉积温度为950℃、1000℃、1050℃、1100℃或1150℃。

可选地，所述立方相碳化硅基底的厚度为0.1-1.0μm，例如所述立方相碳化硅基底的厚度为0.1μm、0.2μm、0.4μm、0.5μm、0.7μm、0.9μm或1μm。

具体地，在该步骤中在所述第一基底201的部分区域表面形成所述立方相碳化硅基底203。

可选地，在所述sic基器件区域中形成所述立方相碳化硅基底203。

具体地，在si基器件区域上形成掩膜层202，然后在没有被掩膜层202覆盖的所述sic基器件区域上形成所述立方相碳化硅基底203，如图1b所示。

其中，在所述sic基器件区域上形成所述立方相碳化硅基底203至所述掩膜层的顶部，但立方相碳化硅基底203的厚度并不局限于所述示例。

执行步骤三，对所述立方相碳化硅基底进行无定形处理，以在所述立方相碳化硅基底的顶部形成无定形碳化硅层204。

具体地，如图1c所示，对所述立方相碳化硅基底进行无定形处理，以在从所述立方相碳化硅基底表面向下至接近一半的厚度中形成无定形碳化硅层204。

在该步骤中所述无定形碳化硅层204的厚度为立方相碳化硅基底厚度的一半。

其中，通过电子束辐射的方法进行所述无定形处理。

可选地，所述电子束辐射的加速电压在1mv以上，例如所述电子束辐射的加速电压为1mv、1.5mv、5mv、10mv或者20mv等。

可选地，所述电子束辐射的强度为1×10²⁴m^-2s^-1以上，例如所述电子束辐射的强度为1×10²⁴m^-2s^-1、2×10²⁴m^-2s^-1、5×10²⁴m^-2s^-1、8×10²⁴m^-2s^-1、1×10²⁵m^-2s^-1等。

可选地，所述电子束辐射的温度在170k以上，例如所述电子束辐射的温度为170k、190k、220k、370k或500k。

可选地，所述电子束辐射的辐射直径为1-3μm，例如所述电子束辐射的辐射直径为1μm、1.5μm、2μm或3μm。

执行步骤四，对所述无定形碳化硅层进行再结晶处理，以在所述无定形碳化硅层的顶层形成单晶碳化硅层205。

具体地，如图1d所示，在该步骤中所述再结晶处理包括对所述无定形碳化硅层进行激光退火至1500℃以上。

例如对所述无定形碳化硅层进行激光退火至1500℃、1600℃、1800℃、1900℃或2000℃。

其中，所述激光退火使用脉冲激光退火，脉冲为10-30ns，循环次数为5000-50000次。

其中，所述激光辐射的深度为0.3μm左右，例如所述激光辐射的深度为0.25-035μm。

执行步骤五，在所述单晶碳化硅层上和/或所述第一基底上形成有源元件和/或无源元件。

首先去除所述掩膜层，露出所述第一基底，然后在所述单晶碳化硅层上和/或所述第一基底上形成有源元件和/或无源元件。

其中，所述有源元件包括晶体管和二极管中的至少一种；

所述无源元件包括射频、负载和电容器中的至少一种。

形成所述有源元件和/或无源元件的方法可以选用本领域常用的方法，并不局限于某种。

至此完成了对本发明的半导体器件的制造方法的详细描述，对于完整的器件的制作还可能需要其他的工艺步骤，在此不做赘述。

根据本发明的制造方法，提供了一种sic基衬底的形成方法，在所述方法中首先形成立方相碳化硅基底；然后在所述立方相碳化硅基底的顶部形成无定形碳化硅层；最后在所述无定形碳化硅层的顶层形成单晶碳化硅层，以形成复合型的sic基衬底。通过所述方法形成的所述sic基衬底的性能和良率得到极大的提高。

实施例二

本发明还提供了一种半导体器件，所述半导体器件通过实施例一所述的方法制备得到。

其中，所述半导体器件包括：

第一基底；

第二基底位于所述第一基底上，所述第二基底包括从第一基底的表面向上依次设置的立方相碳化硅基底、无定形碳化硅层和单晶碳化硅层。

具体地，如图1d所示，在本申请中所述第一基底201可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(soi)、绝缘体上层叠硅(ssoi)、绝缘体上层叠锗化硅(s-sigeoi)、绝缘体上锗化硅(sigeoi)以及绝缘体上锗(geoi)等。

可选地，在本发明中所述基底为硅或多晶硅基底，其厚度并不局限于某一数值范围。

在形成的所述第一基底201上可以划分为sic基器件区域和si基器件区域，以分别形成sic基器件和si基器件。

其中，所述sic基器件和si基器件包括有源元件和/或无源元件；

所述有源元件包括晶体管和二极管中的至少一种；

所述无源元件包括射频、负载和电容器中的至少一种。

所述第二基底包括从第一基底的表面向上依次设置的立方相碳化硅基底203、无定形碳化硅层204和单晶碳化硅层205。

可选地，所述立方相碳化硅基底为3c-sic。碳化硅是一种ⅳ-ⅳ族化合物半导体材料，具有多种同素异构类型。其典型结构可分为两类，一类是闪锌矿结构的立方碳化硅晶型，称为3c-sic或β-sic，这里3指的是周期性性次序中面的数目

基本的sic的晶体是四颗碳原子和一颗硅原子交替以sp3所键结而成的四角型晶体，碳原子和碳原子之间的键结距离为3.08埃，碳原子和硅原子之间的键结距离为1.89埃。依各种不同原子堆叠方式，会有不同的sic晶体型态，目前已知的型态就高达170种晶体型态。不同晶体型态的碳化硅其性质也有所不同，如前述的3c、6h、4h、15r，c表示立方体(cubic)结构，h表示六角型(hexagonal)结构，r表示菱形六面体(rhombohedron)，数字表示堆叠的周期排列个数。3c是以abc的顺序堆叠而成，4h-sic和6h-sic则分别以abcb和abcacb的不同顺序堆叠而成。

碳化硅/硅结构生长最主要生长方法为化学气相沉积(chemialvapordeposition，cvd)为主，大都为非晶、多晶α-sic薄膜或者3c-sic薄膜为主。

可选地，所述立方相碳化硅基底的厚度为0.1-1.0μm，例如所述立方相碳化硅基底的厚度为0.1μm、0.2μm、0.4μm、0.5μm、0.7μm、0.9μm或1μm。

具体地，在该步骤中在所述第一基底201的部分区域表面形成所述立方相碳化硅基底203。

可选地，在所述sic基器件区域中形成所述立方相碳化硅基底203。

在所述单晶碳化硅层上和/或所述第一基底上形成有源元件和/或无源元件。

首先去除所述掩膜层，例如所述第一基底，然后在所述单晶碳化硅层上和/或所述第一基底上形成有源元件和/或无源元件。

其中，所述有源元件包括晶体管和二极管中的至少一种；

所述无源元件包括射频、负载和电容器中的至少一种。

形成所述有源元件和/或无源元件的方法可以选用本领域常用的方法，并不局限于某种。

本发明的所述sic基衬底的性能和良率得到极大的提高。

实施例三

本发明的另一个实施例提供一种电子装置，其包括半导体器件，该半导体器件为前述实施例二中的半导体器件，或根据实施例一所述的半导体器件的制备方法所制得的半导体器件。

该电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、vcd、dvd、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、mp3、mp4、psp等任何电子产品或设备，也可以是具有上述半导体的中间产品，例如：具有该集成电路的手机主板等。

其中，图3示出移动电话手机的示例。移动电话手机300被设置有包括在外壳301中的显示部分302、操作按钮303、外部连接端口304、扬声器305、话筒306等。

其中所述移动电话手机包括前述的半导体器件，所述半导体器件包括：第一基底；第二基底位于所述第一基底上，所述第二基底包括从第一基底的表面向上依次设置的立方相碳化硅基底、无定形碳化硅层和单晶碳化硅层。所述电子装置具有上述半导体器件的所有优点。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。