半导体基板结构体和功率半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种半导体基板结构体和功率半导体装置，该半导体基板结构体包括基板、配置在所述基板上的表面粗糙度改善层和通过室温接合或扩散接合经由所述表面粗糙度改善层接合到所述基板的单晶体。接合到所述基板的单晶体。接合到所述基板的单晶体。

【技术实现步骤摘要】
半导体基板结构体和功率半导体装置
本申请是原申请的申请日为2019年5月30日、申请号为201910462227.0、专利技术名称为《半导体基板结构体和功率半导体装置》的中国专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请基于并要求2018年5月31日提交的日本专利申请第2018
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104672号和2018年5月31日提交的日本专利申请第2018
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104673号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。


本公开涉及半导体基板结构体和功率半导体装置。

技术介绍

近年来，能够实现高耐压、大电流、低导通电阻、高效率、低功耗、高速切换等的碳化硅(SiC)半导体因其与Si半导体和GaAs半导体相比具有更宽的带隙能量和更高的电场耐压性能而受到关注。SiC由于其低功耗性能而可以减少二氧化碳气体(CO2)的产生，因此它在环境保护方面也受到关注。近年来，SiC装置已经应用于例如各种应用领域，例如空调、太阳能发电系统、汽车系统、火车/车辆系统等。形成SiC晶片的方法包括，例如，通过使用化学气相沉积(CVD)方法的升华方法而在SiC单晶基板上形成SiC外延生长层的方法，以及通过升华方法将SiC单晶基板接合到SiC的CVD多晶基板上并通过CVD法在SiC单晶基板上形成SiC外延生长层的方法等。[相关技术文献][专利文献][专利文献1]JP6206786[专利文献2]JP5628530迄今为止，因为在基板上形成外延生长层，所以必须依次制造使用了SiC的半导体装置。由于SiC外延生长层接替下面的SiC单晶基板的晶体结构，因此期望具有良好晶体质量的SiC单晶基板。因此，对于要外延生长的基板有所需的特性，例如接近的晶格常数和接近的热膨胀系数，并且需要高质量基板如单晶基板。

技术实现思路

本公开的一些实施方式提供了一种能够消除对材料的限制、实现成本降低并获得所需物理特性的半导体基板结构体，以及包括该半导体基板结构体的功率半导体装置。同时，当单晶晶片和多孔支撑基板接合时，由于支撑基板表面中的凹陷和内部空腔的影响，难以获得用于支撑基板的平坦表面。因此，不能获得足够的接合强度。因此，设计了一种在单晶晶片和多孔支撑基板之间的界面处冷却和固定粘接剂或熔融材料并抛光粘
接剂或熔融材料的方法。然而，在粘接剂分解的高温气氛下接合是困难的。采用不易形成稳定液相的材料作为熔融材料也是困难的。进一步地，本公开的一些实施方式提供了即使在高温环境下也具有稳定的接合强度和高可靠性的半导体基板结构体，以及包括该半导体基板结构体的功率半导体装置。根据本公开的一种实施方式，提供了一种半导体基板结构体，包括：基板；以及接合到基板的碳化硅外延生长层，其中基板和碳化硅外延生长层通过室温接合而接合。根据本公开的另一种实施方式，提供了一种半导体基板结构体，包括：基板；以及接合到基板的碳化硅外延生长层，其中基板和碳化硅外延生长层通过扩散接合而接合。根据本公开的又一种实施方式，提供了一种包括半导体基板结构体的功率半导体装置。根据本公开的又一种实施方式，提供了一种半导体基板结构体，包括：基板；配置在基板上的表面粗糙度改善层；以及通过室温接合经由表面粗糙度改善层与基板粘合的单晶体。根据本公开的又一种实施方式，提供一种半导体基板结构体，包括：基板，配置在基板上的表面粗糙度改善层，以及通过扩散接合经由表面粗糙度改善层与基板粘合的单晶体。根据本公开的又一种实施方式，提供了一种包括半导体基板结构体的功率半导体装置。
附图说明
图1A是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的示意性横截面图，图1B是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的另一示意性横截面图。图2A是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的另一示意性横截面图。图2B是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的又一示意性横截面图。图3A是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的另一示意性横截面图。图3B是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的又一示意性横截面图。图4A是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的制造过程的说明图。图4B是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的制造过程的说明图。图5A和5B是根据基本技术的半导体基板结构体的说明图，其中，图5A是将多晶体配置在单晶体上的构型的示意性横截面图。图5B是将单晶体和多晶体接合的理想构型的示意性横截面图。图6是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的制造方法的说明图，并且是SiC多晶体的示意性横截面图。图7是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的制造方法的说明图，并且是在SiC多晶体上形成表面粗糙度改善层的过程的示意性横截面图。
图8是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的制造方法的说明图，并且是将SiC外延生长层经由表面粗糙度改善层接合到SiC多晶体上的过程的示意性横截面图。图9是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的示意性横截面图。图10A是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的另一示意性横截面图。图10B是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的又一示意性横截面图。图11A是根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的另一示意性横截面图。图11B是根据应用该技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的又一示意性横截面图。图12A至图12F是对根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的制造方法适用的室温接合的图示，其中，图12A是被污染物覆盖的第一基板的示意图，图12B是被污染物覆盖的第二基板的示意图，图12C是被污染物覆盖的第一基板表面的蚀刻过程的示意图。图12D是被污染物覆盖的第二基板表面的蚀刻过程的示意图。图12E是在清洁的第一基板活性表面和清洁的第二基板活性表面之间形成悬挂结合键的过程的示意图，图12F是第一基板活性表面和第二基板活性表面通过室温接合而接合的过程的示意图。图13是对根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的制造方法适用的扩散接合方法的说明图。图14A至图14C是对根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的制造方法适用的扩散接合方法的图示，其中，图14A是在基板上配置粘接剂的状态的示意图，图14B是在图14A的状态下进行加压/加热过程以形成具有空隙的扩散接合的状态的示意图，图14C是进行加压/加热过程以形成无空隙扩散接合的状态的示意图。图15A至图15C是对根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的制造方法适用的固相扩散接合方法的图示，其中，图15A是经由插入金属层在基板上配置粘接剂的状态的示意图。图15B是在图15A的状态下进行加压/加热过程以形成固相扩散接合的状态的示意图，图15C是进一步进行加压/加热过程以形成固相扩散接合的状态的示意图。图16A至图16C是对根据应用本技术的本公开一种实施方式的半导体基板结构体的制造方法适用的固相扩散接合方法的图示，其中，图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体基板结构体，包括：基板；配置在所述基板上的表面粗糙度改善层；和通过室温接合或扩散接合经由所述表面粗糙度改善层接合到所述基板的单晶体。2.根据权利要求1所述的半导体基板结构体，其中，所述单晶体包括选自包含IV族元素半导体、III
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V族化合物半导体和II
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VI族化合物半导体的组中的至少一种或多种。3.根据权利要求1所述的半导体基板结构体，其中，所述单晶体包括选自包含碳化硅、氮化镓、硅、氮化铝和氧化镓的组中的至少一种或多种。4.根据权利要求1所述的半导体基板结构体，其中，所述基板包括选自包含烧结体、BN、AlN、Al2O3、Ga2O3、金刚石、碳和石墨的组中的至少一种或多种。5.根据权利要求4所述的半导体基板结构体，其中，所述烧结体包括选自包含IV族元素半导体、III
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V族化合物半导体和II
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VI族化合物半导体的组中的至少一种或多种类型的烧结体。6.根据权利要求4所述的半导体基板结构体，其中，所述烧结体包括选自包含碳化硅、氮化镓、硅、氮化铝和氧化镓的组中的至少一种或多种类型的烧结体。7.根据权利要求1所述的半导体基板结构体，其中，所述表面粗糙度改善层包括通过化学气相沉积法形成的膜。8.根据权利要求1所述的半导体基板结构体，其中，所述表面粗糙度改善层包括通过溶胶
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凝胶法或浸渍法形成的膜。9.根据权利要求1所述的半导体基板结构体，其中，所述表面粗糙度改善层包括与所述基板相同类型的材料。10.根据权利要求1所述的半导体基板结构体，其中，所述单晶体包括与所述表面粗糙度改善层相同类型的材料。11.根据权利要求1所述的半导体基板结构体，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：前川拓滋，森本满，高村诚，
申请(专利权)人：罗姆股份有限公司，
类型：发明
国别省市：