复合晶片及其制造方法技术

本发明专利技术涉及复合晶片及其制造方法。一种复合晶片包括衬底和SiC基功能层。衬底包括多孔碳衬底芯和包装衬底芯的包装层。SiC基功能层在与包装层的界面区处包括碳化物和硅化物中的至少一个，碳化物和硅化物通过SiC基功能层的部分与碳化物和硅化物形成金属的反应而形成。在功能层的厚度上积分的碳化物和硅化物形成金属的数量是10-4mg/cm2到0.1mg/cm2。

【技术实现步骤摘要】
复合晶片及其制造方法
本文中描述的实施例涉及晶片，尤其具有衬底和布置在衬底上的SiC基功能层的复合晶片，并且涉及用于制造这样晶片的方法。
技术介绍
相对于由硅晶片制成的更一般的器件，SiC基半导体器件供给许多优点。例如，耐受高温并且具有宽带隙的SiC非常适合于高温电子系统（诸如功率电子器件或高温传感器）中的应用。由于SiC的高成本，薄SiC基功能层对于SiC基器件是合乎期望的。功能层能够布置在衬底上，该衬底提供基体材料并且在SiC层的处理期间以及还可能在最终的器件中允许足够的机械和热稳定性。除了不及SiC昂贵，衬底应当良好地粘附到SiC，应当易于处置和能够耐得住处理条件（诸如高温），并且不应当使处理设备受不需要的物质污染。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，复合晶片包括：衬底，包括多孔碳衬底芯和包装层，包装层以基本上氧密封的方式包装衬底芯；以及接合在衬底上的SiC基功能层。SiC基功能层在与包装层的界面区处包括碳化物和硅化物中的至少一个，碳化物和硅化物通过SiC基功能层的部分与碳化物和硅化物形成金属的反应而形成。在功能层的厚度上积分的碳化物和硅化物形成金属的数量是10-4mg/cm2到0.1mg/cm2。根据本专利技术的实施例，晶片包括：接合在衬底上的SiC基功能层，其中SiC基功能层在一侧面上包括碳化物和硅化物中的至少一个，碳化物和硅化物通过SiC基功能层的部分与碳化物和硅化物形成金属的反应而形成。在功能层的厚度上积分的碳化物和硅化物形成金属的数量是10-4mg/cm2到0.1mg/cm2。根据本专利技术的实施例，提供了用于制造复合晶片的方法。方法包括：提供多孔碳衬底芯；使用包装层包装衬底芯，由此获得衬底；提供SiC基功能层；在SiC基功能层上或在包装层的部分上形成包括碳化物和硅化物形成金属的粘附层，粘附层具有1nm和10nm之间或1nm和100nm之间的厚度；在衬底上以这样的方式放置SiC基功能层使得粘附层插入在包装层和功能层之间；以及在衬底上以这样的方式接合SiC基功能层使得粘附层的碳化物和硅化物形成金属的至少部分与功能层的SiC的部分反应以形成碳化物和硅化物中的至少一个。在复合晶片中，包装层以基本上氧密封的方式包装衬底芯。根据本专利技术的实施例，复合晶片包括：衬底，衬底包括多孔碳衬底芯和包装层，包装层包括反应形成的SiC并且以基本上氧密封的方式包装衬底芯；以及接合在衬底上的SiC基功能层。SiC基功能层在与包装层的界面区处包括以下中的至少一个：碳化物、硅化物和两者的混合物。根据本专利技术的实施例，提供了用于制造复合晶片的方法。方法包括：提供多孔碳衬底芯；在衬底芯上形成Si层，并且从Si层反应形成SiC层，使得衬底芯被包装在包括SiC层并且以基本上氧密封的方式包装衬底芯的包装层中，由此获得衬底；提供SiC基功能层；在SiC基功能层上或在包装层的部分上形成包括碳化物和硅化物形成金属的粘附层；在衬底上以这样的方式放置SiC基功能层使得粘附层插入在包装层和功能层之间；以及在衬底上以这样的方式接合SiC基功能层使得粘附层的碳化物和硅化物形成金属的至少部分与功能层的SiC的部分反应以形成碳化物和硅化物中的至少一个。通过阅读后面的详细描述并且通过观看附图，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。附图说明图中的部件不一定按比例或者包括所有细节。相反的，图是示意性的并且具有图示本专利技术的原理的目的。此外，在图中，相似的参考数字指定对应的部分。在附图中：图1是根据实施例的复合晶片的示意侧视图；图2和3是根据进一步实施例的复合晶片的示意侧视图；图4a、4b以及5a到5c是根据进一步实施例的复合晶片的示意侧视图，其中衬底已全部地或部分地被去除；以及图6a到6e图示了根据进一步实施例的用于制造复合晶片的方法。具体实施方式在后面的详细描述中参考附图，附图形成本文的部分并且通过图示的方式示出了其中可以实践本专利技术的具体实施例。在这点上，诸如“顶”、“底”、“前”、“背”等的方向术语参考被描述的（一个或多个）图的定向使用。因为实施例的部件可以按许多不同的定向放置，所以方向术语用于图示的目的并且决不限制。要理解的是，在不脱离本专利技术的范围的情况下，可以利用其它实施例并且可以进行结构或逻辑的改变。因此，后面的详细描述不要以限制的意义理解，并且本专利技术的范围由所附的权利要求限定。被描述的实施例使用具体的语言，该具体的语言不应当解释为限制所附权利要求的范围。要理解的是，本文中描述的各种示例性实施例的特征可以彼此组合，除非另外特别注明。例如，作为一个方面或实施例的部分图示或描述的特征能够连同其它方面或实施例的特征一起使用以产生更进一步的方面或实施例。本描述意图包括这样的修改和变型。术语“复合晶片”涉及具有（这里为SiC基）功能层和功能层内或外侧的附加元件（诸如界面区）的任何晶片。具体地说，术语“复合晶片”涉及具有功能层和在其上接合该层的衬底的晶片。在替代实施例中，衬底可以被去除，仅留下界面区。本说明书中使用的术语“垂直”意图描述被垂直于半导体衬底的主表面布置的定向。本说明书中使用的术语“功能层”意图描述：可能在对该功能层附加的掺杂、分层、结构化或其它类型的处理之后由于其半导电属性而直接促成半导体器件（诸如传感器、二极管和/或晶体管）的功能的层。当提到半导体器件时，一般意指至少双端子器件，其一个示例是二极管。半导体器件还可以是三端子器件，诸如场效应晶体管（FET）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）、结型场效应晶体管（JFET）和晶闸管，等等。半导体器件还可以包括多于三个端子。根据实施例，半导体器件是功率器件。本说明书中使用的术语“SiC基”层意图描述包括碳化硅（SiC）即硅和碳的化合物的层。这不排除其它元素的存在。本文中，SiC基功能层被理解为主要包括以任何晶体配置（例如以层叠配置）的SiC（多于50%的SiC，优选地多于80%的SiC）。在本文档中，除非另外说明，任何元素浓度或比率基于粒子数量（原子或分子的数量）。本说明书中使用的术语“碳化物形成金属”意图描述当与C反应时尤其当被促使与SiC基层反应时能够形成碳化物的金属元素。碳化物形成金属还可以存在于化合物中，尤其在包含氮N的化合物（诸如例如氮化钛）中。反应可以仅在高温（例如700℃以上）发生。则产生的碳化物是稳定的（也在低温下）。同样地，术语“硅化物形成金属”意图描述当与Si反应时尤其当被促使与SiC基层反应时能够形成硅化物的金属。包括在这个限定中的材料例如是来自周期表的4到10族之一的过渡金属。具有这个属性的具体金属包括Mo、Ta、Nb、V、Ti、W、Ni和Cr。硅化物形成金属还可以存在于化合物中，尤其在具有Si的化合物（诸如硅钼）中。术语“碳化物和硅化物形成金属的数量”包括存在于任何化合物中的金属的数量，并且尤其包括存在于SiC基层的碳化物和硅化物中的金属的数量。本说明书中使用的术语“氧密封”意图描述在电子部件的处理和使用条件下（例如在高达1500℃或1550℃温度）基本上是氧密封的材料。本文中使用的“基本上氧密封”被理解为仅允许可忽略数量的氧，例如少于1mgO2/cm2/h，甚至可能少于0.1mg/cm2/h。本说明书中使用的术语“包装”层意图描述从所有侧面包覆衬底芯的层。该层可以包括不同的子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复合晶片，包括：衬底，包括多孔碳衬底芯和包装层，所述包装层以基本上氧密封的方式包装所述衬底芯；以及接合在所述衬底上的SiC基功能层，其中所述SiC基功能层在与所述包装层的界面区处包括碳化物和硅化物中的至少一个，所述碳化物和硅化物通过所述SiC基功能层的部分与碳化物和硅化物形成金属的反应而形成，并且其中在所述功能层的厚度上积分的所述碳化物和硅化物形成金属的数量是10‑4mg/cm2到0.1mg/cm2。

【技术特征摘要】
2013.02.12 US 13/765,1021.一种复合晶片，包括：衬底，包括多孔碳衬底芯和包装层，所述包装层以氧密封的方式包装所述衬底芯；以及接合在所述衬底上的SiC基功能层，其中所述SiC基功能层在与所述包装层的界面区处包括碳化物和硅化物中的至少一个，所述碳化物和硅化物通过所述SiC基功能层的部分与碳化物和硅化物形成金属的反应而形成，并且其中在所述功能层的厚度上积分的所述碳化物和硅化物形成金属的数量是10-4mg/cm2到0.1mg/cm2。2.根据权利要求1的复合晶片，其中所述界面区直接接触所述包装层而在中间不具有任何另外的连续层。3.根据权利要求1的复合晶片，其中所述碳化物和硅化物形成金属是从以下各项组成的组中选择的至少一个元素：Mo、Ta、Nb、V、Ti、W、Ni和Cr。4.根据权利要求1的复合晶片，其中所述包装层对于高达至少1500℃的温度是氧密封的。5.根据权利要求1的复合晶片，其中所述包装层包括以下中的至少一个：SiC、Si氧化物、Si、Ti氧化物和Si3N4。6.根据权利要求1的复合晶片，其中所述多孔碳衬底芯的孔由孔塞材料封闭...

【专利技术属性】
技术研发人员：R贝格尔，W莱纳特，A毛德，G鲁尔，R鲁普，HJ舒尔策，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE