專利名稱：一種帶有漂移區(qū)電場成型技術(shù)的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及一種耐高壓帶有漂移區(qū)電場成型技術(shù)的II1- V族化合物半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)設(shè)計。
背景技術(shù)：
高電子遷移率晶體管(英文全稱為High Electron Mobility Transistor,簡稱HEMT)，是一種異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，又稱為調(diào)制摻雜場效應(yīng)晶體管(M0DFET)、二維電子氣場效應(yīng)晶體管(2-DEGFET)、選擇摻雜異質(zhì)結(jié)晶體管(SDHT)等。這種器件是利用具有很高遷移率的所謂二維電子氣(英文全稱為two-dimensional electron gas,簡稱為2-DEG)來工作的，其低溫、低電壓場下的遷移率比普通場效應(yīng)晶體管(英文全稱為Field EffectTransistor,簡稱為FET)高1000倍，能夠工作于超高頻(毫米波)、超高速領(lǐng)域。II1- V族化合物半導(dǎo)體是由元素周期表中III族和V族元素合成的化合物半導(dǎo)體的總稱，包括二兀的GaAs、InP、GaSb等,三兀的AlGaAs、InGaAs、GaAsSb等和四兀InGaAsP、AlGaInP,GaInNAs,GaInAsSb 等，而作為第三代半導(dǎo)體的 GaN、AlGaN、InGaN 和 AlGaInN 等也屬于II1- V族化合物半導(dǎo)體。氮化鎵(GaN)等II1- V族化合物半導(dǎo)體等的介質(zhì)擊穿電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于第一代半導(dǎo)體硅(Si)，使其電子器件能承受很高的電壓。氮化鎵異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的溝道具有很高的電子濃度和電子遷移率，這意味著氮化鎵HEMT能夠在高頻率導(dǎo)通電流，并具有很低的導(dǎo)通電阻；另外，由于氮化鎵是寬禁帶半導(dǎo)體，能工作在較高的溫度；這些特性是氮化鎵HEMT特別適用于制造高頻的高功率射頻器和耐高壓快速開關(guān)器件。提高擊穿電壓的同時保證較低的導(dǎo)通電阻是功率電器優(yōu)化的共同目標(biāo)。通常，通過增加漂移區(qū)的摻雜水平來降低晶體管的低導(dǎo)通電阻。然而，增加漂移區(qū)的摻雜水平具有降低擊穿電壓的不良效果。因此優(yōu)化漂移區(qū)的摻雜水平，以在維持足夠高的擊穿電壓的同時獲得最大導(dǎo)通電阻，但是，隨著對電壓要求的增加，使用漂移區(qū)摻雜濃度來調(diào)節(jié)導(dǎo)通電阻和擊穿電壓變得更加困難。除此之外，擊穿電壓還收到有源器件內(nèi)部和外部電場分布的影響，技術(shù)人員嘗試通過電場成型的方法來控制電場分布，從而用來控制晶體管的導(dǎo)通電阻和擊穿電壓。中國專利CN102222685A公開了一種側(cè)部浮動耦合電容器器件終端結(jié)構(gòu)，電壓終端結(jié)構(gòu)包括一個或多個可與有緣晶體管的漂移區(qū)內(nèi)的溝槽相似的電容性耦合溝槽，從而改進(jìn)導(dǎo)通電阻。終端區(qū)內(nèi)的電容性耦合溝槽沿著平行或垂直于有源器件漂移區(qū)內(nèi)的溝槽的方向設(shè)置。電壓終端結(jié)構(gòu)可以還包括電容性分段溝槽結(jié)構(gòu)，電容性分段溝槽結(jié)構(gòu)具有填充有導(dǎo)電材料并且完全被硅臺面區(qū)圍繞的介電襯里區(qū)；電壓終端結(jié)構(gòu)可以還包括完全由器件表面垂直延伸有限距離的電絕緣層組成的連續(xù)區(qū)域。雖然，該器件具有較高的終端擊穿電壓，但是該器件屬于硅基半導(dǎo)體功率器件，因此所受電容耦合結(jié)構(gòu)需要在器件的漂移區(qū)內(nèi)實(shí)現(xiàn)垂直的足夠長度的多晶硅的柱狀結(jié)構(gòu)，即柱狀結(jié)構(gòu)需要足夠長度貫穿整個漂移區(qū)，使其在整個漂移區(qū)都能夠?qū)崿F(xiàn)分壓效果，不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高，而且硅基半導(dǎo)體的介質(zhì)擊穿電壓相對較低。

實(shí)用新型內(nèi)容為此，本實(shí)用新型所要解決的是現(xiàn)有技術(shù)中帶有耦合電容結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，多晶硅柱狀結(jié)構(gòu)過長，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題，提供一種帶有漂移區(qū)電場成型技術(shù)的II1- V族化合物半導(dǎo)體器件。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，依次沉積在襯底上的第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、第三半導(dǎo)體層，以及于上述半導(dǎo)體層接觸的源極、漏極和柵極，電容性耦合溝槽矩形陣列，電容性耦合溝槽中垂直設(shè)置有多晶硅連接器，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層與所述第三半導(dǎo)體層是II1- V族半導(dǎo)體化合物層，且所述第二半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層是材料不相同的半導(dǎo)體層；所述第三半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層之間形成二維電子氣溝道；所述多晶硅連接器貫穿所述二維電子氣溝道，并截止于所述第二半導(dǎo)體層中。所述電容性耦合溝槽矩形陣列的一邊平行于電流方向。所述電容性耦合溝槽矩形陣列中沿所述電流方向設(shè)置至少一個電容性耦合溝槽，垂直于所述電流方向設(shè)置至少兩列電容性耦合溝槽。所述電容性耦合溝槽矩形陣列設(shè)置于所述柵極與所述漏極之間。所述電容性耦合溝槽與所述柵極之間設(shè)置有絕緣隔離層，所述電容性耦合溝槽與所述漏極之間設(shè)置有絕緣隔離層。所述源極、所述漏極和所述柵極設(shè)置于第三半導(dǎo)體層之上，所述源極和所述漏極與所述第三半導(dǎo)體層是歐姆接觸，所述柵極與所述第三半導(dǎo)體層是肖特基接觸。所述多晶硅連接器表面設(shè)置有絕緣間隔層。本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):1、所述多晶硅連接器貫穿所述二維電子氣溝道，并截止于第二半導(dǎo)體層中，不但工藝簡單，而且還降低了制作成本。2、所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層與所述第三半導(dǎo)體層的材料均選自II1- V族半導(dǎo)體化合物，介質(zhì)擊穿電壓高，使得電子器件能承受很高的電壓。

為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本實(shí)用新型的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中圖1是本實(shí)用新型的一個實(shí)施例所述的一種帶有漂移區(qū)電場成型技術(shù)的II1- V族化合物半導(dǎo)體器件的俯視示意圖。圖2為沿圖1A-A’方向的剖面示意圖(其中半導(dǎo)體材料器件表面的鈍化物層未畫出)；圖中附圖標(biāo)記表示為:201-襯底、202-第一半導(dǎo)體層、203-第二半導(dǎo)體層、204-第三半導(dǎo)體層、205-柵極、206-源極、207-漏極、208-絕緣隔離層、209-多晶硅連接器。
具體實(shí)施方式
[0022]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。如附圖1-2所示，一種半導(dǎo)體器件，包括襯底201，依次沉積在襯底上的第一半導(dǎo)體層202、第二半導(dǎo)體層203、第三半導(dǎo)體層204，以及于上述半導(dǎo)體層接觸的源極206 (S)、漏極207 (D)和柵極205 (G)，電容性耦合溝槽矩形陣列，電容性耦合溝槽中垂直設(shè)置有多晶硅連接器209，所述第三半導(dǎo)體層204與所述第二半導(dǎo)體層203之間形成二維電子氣溝道，所述多晶硅連接器209貫穿所述二維電子氣溝道，并截止于第二半導(dǎo)體層203中。在本實(shí)用新型的一個實(shí)施例中，襯底201的材料為藍(lán)寶石，S1、SiC等絕緣或非絕緣材料同樣可以做作為襯底使用，均能實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的目的，屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。第一半導(dǎo)體層202是晶核層，為非導(dǎo)電性半導(dǎo)體襯底，本實(shí)施例選用氮化鋁，直接生長在襯底201上。第二半導(dǎo)體層203為實(shí)現(xiàn)2DEG溝道的導(dǎo)電層，可以為N-型摻雜化合物，本實(shí)施例選用GaN，其中II1- V族元素可以由同族元素進(jìn)行替換，均可以達(dá)到本實(shí)用新型的目的，屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，該層同電極以及導(dǎo)電溝道層均有接觸。第三半導(dǎo)體層204為實(shí)現(xiàn)2DEG溝道的勢壘層，本實(shí)施例選用鋁氮化鎵(AlxGai_xN)，其中的II1- V族元素可以由同族元素進(jìn)行替換，鋁元素的摩爾系數(shù)范圍是0 < X < 0.5，均可以達(dá)到本實(shí)用新型的目的，屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中器件的橫向?qū)挾葹?5um，其中柵極(205)，漏極(207)之間的漂移區(qū)長度為20um。本實(shí)施例中所述半導(dǎo)體器件制備步驟如下:S1:通過外延生長法在襯底201上依次形成第一半導(dǎo)體層202、第二半導(dǎo)體層203和第三半導(dǎo)體層204，第三半導(dǎo)體層204上形成SiN鈍化層；第三半導(dǎo)體層204為勢壘層AlGaN，厚度為30nm左右，第二半導(dǎo)體層203為GaN層，厚度為2_4um。S2:在第三半導(dǎo)體層上的電極位置處進(jìn)行刻蝕，沉積金屬，形成源極206、漏極207和柵極205，柵極205和漏極207之間的漂移區(qū)長度設(shè)置為20um，所述源極206和所述漏極207與所述第三半導(dǎo)體層形成歐姆接觸，所述柵極205與所述第三半導(dǎo)體層形成肖特基接觸。S3:去除漏極207與柵極205對應(yīng)位置之間的部分所述鈍化層，再刻蝕出電容性耦合溝槽陣列，電容性耦合溝槽陣列設(shè)置于所述漏極207與柵極205之間，平行于電流方向的所述溝槽數(shù)量為1，垂直于電流方向上所述溝槽的數(shù)量為2，所述溝槽貫穿所述第三半導(dǎo)體層204，并截止于第二半導(dǎo)體層203中，再在所述溝槽的內(nèi)壁和底部生長二氧化硅氧化絕緣層。S4:在步驟S2中所述溝槽中進(jìn)行多晶硅淀積，并通過掩膜版刻蝕形成多晶硅連接器209 ;所述多晶硅連接器209中的多晶硅電容柱的數(shù)量可以根據(jù)使用需要設(shè)置，本實(shí)施例中多晶硅電容柱的數(shù)量為9個，直徑為lum，等間距間隔為lum，縱向深度為2_3um ;其中最左邊的多晶硅電容柱，同柵極205金屬相連接，最右邊的多晶硅電容柱，需要同漏極207金屬相連接，來實(shí)現(xiàn)整個電容整列的最左和最右電容板上的電位固定，可以快速實(shí)現(xiàn)整個漂移區(qū)電容柱陣列的電壓的等壓差分布。[0034]S5:在所述多晶硅連接器209上淀積絕緣間隔層208，所述絕緣間隔層208為Si02或者SiN等絕緣材料。本實(shí)用新型所述電容性耦合溝槽還可以設(shè)置于II1- V族化合物異質(zhì)結(jié)終端結(jié)構(gòu)或者II1- V族化合物異質(zhì)肖特基結(jié)構(gòu)器件中，同樣可以達(dá)到提高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻的作用，屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求1.一種半導(dǎo)體器件，包括襯底，依次沉積在襯底上的第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、第三半導(dǎo)體層，以及于上述半導(dǎo)體層接觸的源極、漏極和柵極，電容性耦合溝槽矩形陣列，電容性耦合溝槽中垂直設(shè)置有多晶硅連接器，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層與所述第三半導(dǎo)體層是II1- V族半導(dǎo)體化合物層，且所述第二半導(dǎo)體層和所述第三半導(dǎo)體層是材料不相同的半導(dǎo)體層；所述第三半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層之間形成二維電子氣溝道；所述多晶硅連接器貫穿所述二維電子氣溝道，并截止于所述第二半導(dǎo)體層中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述電容性耦合溝槽矩形陣列的一邊平行于電流方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述電容性耦合溝槽矩形陣列中沿所述電流方向設(shè)置至少一個電容性耦合溝槽，垂直于所述電流方向設(shè)置至少兩列電容性耦合溝槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述電容性耦合溝槽矩形陣列設(shè)置于所述柵極與所述漏極之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述電容性耦合溝槽與所述柵極之間設(shè)置有絕緣隔離層，所述電容性耦合溝槽與所述漏極之間設(shè)置有絕緣隔離層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述源極、所述漏極和所述柵極設(shè)置于第三半導(dǎo)體層之上，所述源極和所述漏極與所述第三半導(dǎo)體層是歐姆接觸，所述柵極與所述第三半導(dǎo)體層是肖特基接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述多晶硅連接器表面設(shè)置有絕緣間隔層。
專利摘要一種帶有漂移區(qū)電場成型技術(shù)的Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體器件，包括襯底，依次沉積在襯底上的第一半導(dǎo)體層、第二半導(dǎo)體層、第三半導(dǎo)體層，以及于上述半導(dǎo)體層接觸的源極、漏極和柵極，電容性耦合溝槽矩形陣列，電容性耦合溝槽中垂直設(shè)置有多晶硅連接器，所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層與所述第三半導(dǎo)體層的材料均選自Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體化合物，所述第三半導(dǎo)體層與所述第二半導(dǎo)體層之間形成二維電子氣溝道，所述多晶硅連接器貫穿所述二維電子氣溝道，并截止于第二半導(dǎo)體層中。多晶硅連接器長度短，不但工藝簡單，而且還降低了制作成本，所述第一半導(dǎo)體層、所述第二半導(dǎo)體層與所述第三半導(dǎo)體層的材料均選自Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體化合物，介質(zhì)擊穿電壓高，使得電子器件能承受很高的電壓。
文檔編號H01L29/778GK202917497SQ20122056206
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月29日
發(fā)明者湯岑, 謝剛, 仲雪倩, 崔京京, 汪濤, 郭清, 盛況 申請人:浙江大學(xué)蘇州工業(yè)技術(shù)研究院