一種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置及其制備方法。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置為采用III-V半導(dǎo)體材料的肖特基勢(shì)壘二極管，具有傾斜金屬場(chǎng)板的結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)層III-V半導(dǎo)體材料層。正向?qū)〞r(shí)，通過(guò)電導(dǎo)調(diào)制作用使得該半導(dǎo)體裝置在正偏時(shí)的導(dǎo)通能力獲得提升。反偏時(shí)，帶有摻雜的增強(qiáng)層通過(guò)對(duì)2DEG的調(diào)制從而使得耐壓能力獲得提高。因此可以實(shí)現(xiàn)比傳統(tǒng)肖特基勢(shì)壘二極管更低的導(dǎo)通電阻Ron和更高的擊穿電壓Vbr。該結(jié)構(gòu)適合應(yīng)用于平面結(jié)構(gòu)的功率器件。
【專利說(shuō)明】 一種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置及其制
備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種提高器件耐壓和導(dǎo)通能力的半導(dǎo)體裝置，本發(fā)明還涉及一種提高器件耐壓和導(dǎo)通能力的半導(dǎo)體裝置的制備方法，本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置主要應(yīng)用于功率集成電路。
【背景技術(shù)】
[0002]II1-V族氮化物型器件的氮化鎵(GaN)半導(dǎo)體器件作為功率半導(dǎo)體器件的下一代器件中的候選而出現(xiàn)，這是由于GaN器件能夠載送大的電流并支持高壓，并且能夠提供非常低的導(dǎo)通電阻和快速切換時(shí)間。二極管在功率電路中有著非常廣泛的應(yīng)用，典型的功率電路所期望的理想二極管應(yīng)該包括以下的特性:1)當(dāng)器件處于反偏狀態(tài)時(shí)(例如陰極電壓遠(yuǎn)高于陽(yáng)極電壓時(shí))，二極管需要能夠承擔(dān)盡可能高的電壓的同時(shí)泄漏電流接近于零，所承擔(dān)耐壓的大小取決于電路對(duì)器件的性能要求。在很多高壓功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用中，需要二極管能夠承擔(dān)600V或1200V的反壓。2)而當(dāng)二極管處于正向?qū)顟B(tài)時(shí)，又需要其正向?qū)妷篤on盡可能的低來(lái)減小導(dǎo)通損耗，也就是說(shuō)需要足夠低的Ron。3)當(dāng)反偏時(shí)儲(chǔ)存在二極管中的電荷量要盡可能地低來(lái)降低器件在轉(zhuǎn)換過(guò)程中的功率損耗。
[0003]因此，理想的二極管需要保證良好的耐壓能力和低的導(dǎo)通電阻。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出了一種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置，適合應(yīng)用于平面結(jié)構(gòu)的功率器件。
[0005]本發(fā)明提出了一種半導(dǎo)體肖特基勢(shì)壘二極管，其描述的特點(diǎn)包括:低的導(dǎo)通電阻和高的反向耐壓。本發(fā)明提出的半導(dǎo)體裝置，包含了 2DEG的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)通電阻和導(dǎo)通損耗的降低，且包含以下的一個(gè)或多個(gè)特征:1)該半導(dǎo)體裝置包含單個(gè)的金屬場(chǎng)板，來(lái)提升耐壓能力。2)該半導(dǎo)體裝置包含一個(gè)傾斜的金屬場(chǎng)板，來(lái)提升耐壓能力。3)該半導(dǎo)體裝置包含了額外的表面增強(qiáng)層，來(lái)提升耐壓能力和降低導(dǎo)通電阻。4)該半導(dǎo)體裝置的肖特基勢(shì)壘能在反壓下保持穩(wěn)定，來(lái)抑制泄漏電流。
[0006]一種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:該半導(dǎo)體裝置包括了第一 II1-V半導(dǎo)體材料層，第二 II1-V半導(dǎo)體材料層和兩個(gè)端口，其中，第二 II1-V半導(dǎo)體材料層堆疊在第一 II1-V半導(dǎo)體材料層上，且2DEG溝道形成于第一 II1-V半導(dǎo)體材料層。第一端口為陽(yáng)極電極，同第二 II1-V半導(dǎo)體材料層進(jìn)行肖特基接觸，第二端口為陰極電極，同第二 II1-V半導(dǎo)體材料層進(jìn)行歐姆接觸。
[0007]—種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:該半導(dǎo)體裝置包括第一 II1-V半導(dǎo)體材料層，第二 II1-V半導(dǎo)體材料層，第三II1-V半導(dǎo)體材料層，第四II1-V半導(dǎo)體材料層和兩個(gè)端口，其中，第二 II1-V半導(dǎo)體材料層堆疊在第一 II1-V半導(dǎo)體材料層上，且第二 II1-V半導(dǎo)體材料層同第一 II1-V半導(dǎo)體材料層組成成分不同，第三II1-V半導(dǎo)體材料層堆疊在第二 II1-V半導(dǎo)體材料層上，且第三II1-V半導(dǎo)體材料層同第二II1-V半導(dǎo)體材料層組成成分不同，第四II1-V半導(dǎo)體材料層堆疊在第三II1-V半導(dǎo)體材料層上，第四II1-V半導(dǎo)體材料層同第三II1-V半導(dǎo)體材料層組成成分不同。且2DEG溝道形成于第三II1-V半導(dǎo)體材料層同第四II1-V半導(dǎo)體材料層接觸的區(qū)域。第一端口為陽(yáng)極電極，同第四II1-V半導(dǎo)體材料層進(jìn)行肖特基接觸，第二端口為陰極電極，同第四II1-V半導(dǎo)體材料層進(jìn)行歐姆接觸。
[0008]在另一個(gè)方面，一種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置，包括一個(gè)襯底，第一 II1-V半導(dǎo)體材料層，第二 II1-V半導(dǎo)體材料層堆疊在第一 II1-V半導(dǎo)體材料層上，且第二 II1-V半導(dǎo)體材料層同第一 H1-V半導(dǎo)體材料層組成成分不同，第三II1-V半導(dǎo)體材料層堆疊在第二 II1-V半導(dǎo) 體材料層上，且第三II1-V半導(dǎo)體材料層同第二 II1-V半導(dǎo)體材料層組成成分不同，以及兩個(gè)端口。2DEG溝道形成于第二 II1-V半導(dǎo)體材料層。其中，第一，第二，第三II1-V半導(dǎo)體材料層均為N面材料。第一端口為陽(yáng)極電極，N面接觸的肖特基電極，第二端口為陰極電極，同2DEG溝道接觸的歐姆電極。
[0009]本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件裝置，可能會(huì)包含以下一個(gè)或多個(gè)特征，當(dāng)二極管正向?qū)〞r(shí)，電流從陽(yáng)極電極，流經(jīng)肖特基電極從陰極流出，第一 II1-V半導(dǎo)體材料層可以是GaN，第二 II1-V半導(dǎo)體材料層可能會(huì)根據(jù)電極的位置被進(jìn)行部分刻蝕，增強(qiáng)作用的II1-V半導(dǎo)體材料層可以部分覆蓋于第二 H1-V半導(dǎo)體材料層，增強(qiáng)作用的II1-V半導(dǎo)體材料層可以為進(jìn)行P型摻雜的GaN，一個(gè)傾斜金屬場(chǎng)板同陽(yáng)極電極相連。一種絕緣的半導(dǎo)體材料可能覆蓋于陽(yáng)極電極和增強(qiáng)作用的II1-V半導(dǎo)體材料層，也有可能出現(xiàn)在陽(yáng)極電極和增強(qiáng)型H1-V半導(dǎo)體材料層之間作為隔離。第二 II1-V半導(dǎo)體材料層可以是N-型摻雜，該層同電極以及導(dǎo)電溝道層均接觸。一個(gè)第三II1-V半導(dǎo)體材料層可以覆蓋在第二 H1-V半導(dǎo)體材料層上，第一 II1-V半導(dǎo)體材料層和第二 II1-V半導(dǎo)體材料層可以為Ga極性的方向。第二II1-V半導(dǎo)體材料層可以為AlXGal-XN，其中的摩爾系數(shù)X可以的范圍是O≤X≤0.3，第三II1-V半導(dǎo)體材料層可以為GaN或AlZGal-ZN，其中Z可以大于最大值的X。
[0010]一個(gè)傾斜的場(chǎng)板結(jié)構(gòu)，延伸于陽(yáng)極電極，而場(chǎng)板下同增強(qiáng)層中間的區(qū)域可以圍繞金屬電極形成絕緣材料的側(cè)壁。該絕緣材料可以為A1N，而金屬場(chǎng)板，增強(qiáng)型II1-V半導(dǎo)體材料層同陰極電極之間的空隙，都可以通過(guò)該絕緣材料進(jìn)行填充。
[0011]金屬場(chǎng)板的形狀，為單層傾斜延展，其下方填充增強(qiáng)型H1-V半導(dǎo)體材料層，在本發(fā)明中也會(huì)對(duì)具體形狀進(jìn)行描述。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為一種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置剖面示意圖(其中半導(dǎo)體材料器件表面的SiN鈍化物未畫(huà)出)
[0013]圖2為第二種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置剖面示意圖(其中半導(dǎo)體材料器件表面的SiN鈍化物未畫(huà)出)
[0014]圖3為第三種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置剖面示意圖(其中半導(dǎo)體材料器件表面的SiN鈍化物未畫(huà)出)
【具體實(shí)施方式】[0015]圖1為本發(fā)明的一種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置剖面示意圖，下面結(jié)合圖1詳細(xì)說(shuō)明:
[0016]一種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置，包括:襯底層100，為絕緣半導(dǎo)體襯底，可以為硅，藍(lán)寶石或是碳化硅材料；晶核層101，為非導(dǎo)電性半導(dǎo)體襯底，可以為氮化鋁；102-104層為H1-V半導(dǎo)體材料層，2DEG導(dǎo)電溝道取決于II1-V半導(dǎo)體材料層的生長(zhǎng)方向(N極性或Ga極性)出現(xiàn)在不同的層中；105，106為增強(qiáng)層，為II1-V半導(dǎo)體材料層，其為P型摻雜，摻雜濃度在1E13-1E20/Cm3之間；器件表面附有金屬，其中108，109為歐姆接觸，107為肖特基接觸，金屬可以通過(guò)對(duì)II1-V半導(dǎo)體材料層的部分區(qū)域刻蝕深入器件內(nèi)部，同2DEG溝道接觸；107陽(yáng)極電場(chǎng)延伸出金屬場(chǎng)板，覆蓋部分，全部或者超出增強(qiáng)層的水平范圍，場(chǎng)板同陰極電極之間的空間都由鈍化物SiN填充。
[0017]其制作工藝包括如下步驟:
[0018]第一步，在絕緣半導(dǎo)體襯底片上外延形成II1-V半導(dǎo)體材料的堆疊層。
[0019]第二步，表面淀積，進(jìn)行光刻腐蝕工藝，通過(guò)窗口在最上層的P型H1-V半導(dǎo)體材料層進(jìn)行淀積。
[0020]第三步，進(jìn)行光刻腐蝕工藝，II1-V半導(dǎo)體材料表面刻蝕出深槽，沉積金屬，為器件引出兩個(gè)電極。
[0021]第四步，沉積形成金屬場(chǎng)板，同陽(yáng)極電極相連接。
[0022]第五步，進(jìn)行鈍化層沉積，覆蓋器件表面場(chǎng)板與電極之間的空間。
[0023]圖2為本發(fā)明的另一種具有高耐壓和良好導(dǎo)通能力的肖特基二極管剖面圖，其結(jié)構(gòu)在圖1的基礎(chǔ)上改變了場(chǎng)板的傾斜角度。
[0024]圖3為本發(fā)明的另一種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置剖面圖，其結(jié)構(gòu)在圖1的基礎(chǔ)上改變了場(chǎng)板的傾斜角度。
[0025]通過(guò)上述實(shí)例闡述了本發(fā)明，同時(shí)也可以采用其它實(shí)例實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)例，因此本發(fā)明由所附權(quán)利要求范圍限定。
【權(quán)利要求】
1.一種具有良好電流導(dǎo)通能力和高耐壓的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:包括: 傳統(tǒng)的半導(dǎo)體肖特基結(jié)，具有半導(dǎo)體材料構(gòu)成的漂移區(qū)和導(dǎo)電溝道； 覆蓋器件表面的同陽(yáng)極電極接觸的增強(qiáng)區(qū)域； 一系列III族氮化物層，其形成具有與所述陰極電極形成歐姆接觸，陽(yáng)極電極形成肖特基接觸的斜坡門(mén)極。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述的半導(dǎo)體結(jié)為肖特基結(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述最上層是其中在器件的接入?yún)^(qū)中形成2DEG的溝道層。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，所述最上層同陽(yáng)極電極間存在勢(shì)壘，并且所述器件有正的開(kāi)啟電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，還包括朝著陰極電極延伸的陽(yáng)極場(chǎng)板。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置朝著陰極電極延伸的陽(yáng)極場(chǎng)板有O?90°傾斜角度。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其襯底包括藍(lán)寶石，Si，SiC等絕緣和非絕緣襯底。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，朝著陰極電極延伸的陽(yáng)極場(chǎng)板下方填充增強(qiáng)型的帶有正向和反向調(diào)制能力的新型材料層如增強(qiáng)型的πι-v半導(dǎo)體材料。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK103730518SQ201210391027
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月16日
【發(fā)明者】謝剛, 湯岑, 陳琛, 盛況, 汪濤, 郭清, 崔京京 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)蘇州工業(yè)技術(shù)研究院