一種具有三維橋墩式溝道結構的半導體裝置及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有橋墩式溝道結構的半導體裝置，本發(fā)明的半導體裝置為平面型結構器件；本發(fā)明的半導體裝置具有采用深槽結構的柵極電極；本發(fā)明的半導體裝置具有采用等間距間隔分布的橋墩式深槽結構；本發(fā)明的半導體裝置具有柵極電極下方的絕緣層。在傳統(tǒng)的凹槽型絕緣柵HEMT器件的基礎上，通過將柵極電極下方的絕緣深槽進行等間距間隔分布，引入了額外的2DEG導電溝道，且該溝道不受到絕緣層側壁工藝的影響，從而降低了導通電阻。
【專利說明】 一種具有三維橋墩式溝道結構的半導體裝置及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及到一種具有三維橋墩式溝道結構的半導體裝置，本發(fā)明還涉及一種具有三維橋墩式溝道結構的半導體裝置的制備方法，本發(fā)明的半導體裝置主要應用于功率集成電路領域。
【背景技術】
[0002]II1-V族氮化物半導體器件，由于其所具有優(yōu)異的電壓阻斷和電流導通能力，正逐漸成為功率半導體器件領域受關注的熱點。伴隨著II1-V族氮化物半導體材料工藝的不斷完善，其在功率電路領域中的應用范圍也在逐漸擴大。
[0003]由于其特有的異質結結構所帶來的天然的2DEG導電溝道，使得傳統(tǒng)的II1-V族氮化物半導體功率器件擁有常通的特性，即在柵極電極未施加電壓的情況下，2DEG溝道處于導通狀態(tài)。而在功率集成電路中，為了避免由于器件誤開通而導致的電路安全隱患，通常都需要采用常斷型器件。
[0004]同時，由于現(xiàn)階段II1-V族氮化物半導體材料工藝所限，傳統(tǒng)的II1-V族氮化物半導體器件常常受制于大的柵極泄漏電流，可靠性方面存在嚴重的缺陷。
[0005]針對以上問題，提出了采用絕緣柵極和凹槽結構的柵極工藝，通過RIE(Reactive1nized Etching)技術,對柵極電極下方的勢魚層進行部分或者全部刻蝕,使其在柵極電極未施加電壓的情況下，2DEG溝道處于未導通狀態(tài)；并通過高溫CVD技術在柵極電極下方沉積絕緣層，阻斷泄漏電流經(jīng)由柵極的可能。采用以上技術，可以獲得擁有正的閾值電壓和極小的柵極泄漏電流的器件，使分立式的πι-v族氮化物半導體功率器件的廣泛應用成為可能。
[0006]然而，采用絕緣柵極和凹槽結構同樣會帶來問題:由于采用凹槽結構，對柵極電極下方的溝道勢壘層進行了部分或者全部刻蝕，使2DEG導電溝道在柵極電極下方的電流傳輸能力大大削弱，同時，在器件開通時，2DEG導電溝道在柵極電極下方被強制沿著絕緣層形成的凹槽槽壁流通，而由于現(xiàn)階段器件工藝條件所限，凹槽槽壁的電流路徑通常都存在著較大的電阻以及由于其表面粗糙度帶來的可靠性問題，因此，極大地抑制了器件的電流導通能力。
[0007]橋墩式溝道結構的II1-V族氮化物半導體功率器件，在結合絕緣柵極和凹槽結構的基礎上，通過設置分段間隔的柵極電極，為2DEG導電溝道提供了額外的導通路徑，同時由于該導通路徑無需沿著絕緣凹槽槽壁，避免了由于其溝道界面的工藝問題帶來的溝道電阻。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明提出一種具有三維橋墩式溝道結構的半導體裝置，其特征在于:在傳統(tǒng)的絕緣柵極和凹槽結構工藝結合的基礎上，通過設置分段等間距的橋墩凹槽結構，為2DEG提供額外的橋墩間的導電溝道，提升了器件的正向導通能力。[0009]本發(fā)明提出一種具有三維橋墩式溝道結構的半導體裝置的制備方法，其特征在于:包括如下步驟:1)在襯底上通過外延生長形成可以傳導的半導體材料N面或Ga的堆疊層；2)通過RIE刻蝕形成一定深度的深槽；3)通過高溫CVD實現(xiàn)深槽表面的絕緣鈍化層的覆蓋；4)通過掩膜版沉積金屬，引出電極。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1為傳統(tǒng)絕緣柵極和凹槽結構的III族氮化物HMET器件裝置剖面示意圖
[0011]圖2為傳統(tǒng)絕緣柵極和凹槽結構的III族氮化物HMET器件裝置導通時的剖面示意圖
[0012]圖3為傳統(tǒng)絕緣柵極和凹槽結構的III族氮化物HMET器件裝置平面俯視圖
[0013]圖4為采用三維橋墩式溝道結構的III族氮化物HMET器件裝置剖面示意圖
[0014]圖5為另一種采用三維橋墩式溝道結構的III族氮化物HMET器件裝置剖面示意圖
[0015]圖6為采用三維橋墩式溝道結構的III族氮化物HMET器件裝置平面俯視圖
[0016]11基板(絕緣性/半絕緣性基板)
[0017]12 GaN 緩沖層
[0018]13 UID-GaN 層
[0019]14 2DEG 層
[0020]15 UID-AlGaN 層
[0021]16絕緣層
[0022]17 2DEG層(絕緣側壁)
[0023]18源極電極
[0024]19柵極電極
[0025]20漏極電極
[0026]21柵極電極(橋墩式)
[0027]22 橋墩間 2DEG
[0028]23 第一 2DEG 層
[0029]24 第二 2DEG 層
【具體實施方式】
[0030]實施例1
[0031]圖4為為本發(fā)明的一種具有橋墩式溝道結構的半導體裝置截面圖，下面結合圖4詳細說明本發(fā)明的半導體裝置。
[0032]一種具有三維橋墩式溝道結構的半導體裝置，包括:襯底層11，為絕緣性或半絕緣性基板；在襯底層11上表面為緩沖層12 ;在緩沖層12上表面為UID類型的II1-V族半導體材料構成的溝道導通層13 ;在溝道導通層13上表面為UID類型的II1-V族半導體材料構成的溝道勢壘層15 ;其中柵極電極下方存在著對溝道勢壘層和溝道導通層的部分或完全刻蝕形成的垂直方向的深槽，且存在著水平面上垂直于2DEG溝道方向的等間距的橋墩型深槽分布；深槽側壁和底部覆蓋有起到阻擋柵極泄漏電流的絕緣層16。[0033]其制作工藝包括如下步驟:
[0034]第一步，在具有層11,12,13,14,15 的外延上通過 RIE (Reactive 1n Etching)形成深入溝道導通層的垂直深槽結構；
[0035]第二步，深槽表面沉積形成絕緣層16，其工藝包括水平表面沉積和深槽側壁的垂直表面沉積；
[0036]第三步，淀積金屬，反刻蝕金屬，為器件引出電極，如圖5所示。
【權利要求】
1.一種具有三維橋墩式溝道結構的半導體裝置，其特征: 柵極電極； 源極電極和漏極電極； 一系列III族氮化物層，其形成具有與所述源極電極，漏極電極形成歐姆接觸，柵極電極通過絕緣層與之隔離的N面堆疊。
2.如權利要求1所述的器件，其中，所述最上層是其中在器件的接入?yún)^(qū)形成2DEG的溝道勢壘層。
3.如權利要求1所述的器件，其中，所述溝道勢壘層下方是器件形成2DEG的溝道導通層。
4.如權利要求1所述的器件，其中，所述隔斷柵極電極同溝道勢壘層的是阻擋泄漏電流的絕緣層。
5.如權利要求1所述的器件，其中，所述絕緣層存在著深入溝道勢壘層和溝道導通層的深槽結構。
6.如權利要求1所述的器件，其中，所述柵極電極存在著深入溝道勢壘層和溝道導通層的深槽結構，并始終由絕緣層使之同III族氮化物層電隔離。
7.如權利要求1所述的器件，其中，所述由溝道勢壘層同溝道導通層形成的2DEG水平溝道的數(shù)量至少為一個。
8.如權利要求1所述的器件，其中所述柵極電極下方深入溝道勢壘層和溝道導通層的深槽結構存在水平面上，垂直于2DEG溝道方向上的等間距間斷分布。
9.如權利要求1所述的器件，沿著垂直于所述2DEG溝道方向上的等間距間斷分布的深槽結構的數(shù)量至少為兩個。
10.如權利要求1所述的器件，其中所述深槽結構之間的間隔可以通過控制，以使得其在所述柵極電極未施加電壓的情況下，深槽結構之間不存在2DEG，則該器件為常斷型器件。
11.如權利要求1所述的器件，其中所述深槽結構之間的間隔也可以通過控制，以使得其在所述柵極電極未施加電壓的情況下，深槽結構之間存在2DEG，則該器件為常通型器件。
12.如權利要求1所述的器件，其中所述深槽結構可以深入至器件底部，阻斷深槽底部的2DEG導通。
13.如權利要求1所述的器件，其中所述深槽結構上的柵極電極，可以包括朝著所述漏極電極延伸的柵極場板。
14.如權利要求1所述的器件，其中所述深槽結構上的柵極電極，可以包括朝著所述深槽間隔區(qū)域延伸的柵極場板。
15.如權利要求1所述的器件，可以包括朝著所述柵極電極延伸的漏極場板。
16.如權利要求1所述的器件，其所述柵極電極可以為非矩形形狀。
17.如權利要求1所述的器件，其所述橋墩深槽所夾區(qū)域可以為非矩形形狀。
18.一種具有三維橋墩式溝道結構的半導體裝置，其特征: 柵極電極； 源極電極和漏極電極； 一系列III族氮化物層，其形成具有與所述源極電極，漏極電極形成歐姆接觸，柵極電極通過絕緣層與之隔離的Ga面堆疊。
19.如權利要求18所述的器件，其中，所述最上層是其中在器件的接入?yún)^(qū)形成2DEG的溝道勢壘層。
20.如權利要求18所述的器件，其中，所述溝道勢壘層下方是器件形成2DEG的溝道導通層。
21.如權利要求18所述的器件，其中，所述隔斷柵極電極同溝道勢壘層是阻擋泄漏電流的絕緣層。
22.如權利要求18所述的器件，其中，所述絕緣層存在著深入溝道勢壘層和溝道導通層的深槽結構。
23.如權利要求18所述的器件，其中，所述柵極電極存在著深入溝道勢壘層和溝道導通層的深槽結構，并始終由絕緣層使之同III族氮化物層電隔離。
24.如權利要求18所述的器件，其中，所述由溝道勢壘層同溝道導通層形成的2DEG水平溝道的數(shù)量至少為一個。
25.如權利要求18所述的器件，其中柵極電極下方深入溝道勢壘層和溝道導通層的深槽結構存在水平面上，垂直于2DEG溝道方向上的等間距間斷分布。
26.如權利要求18所述的器件，沿著垂直于所述2DEG溝道方向上的等間距間斷分布的深槽結構的數(shù)量至少為兩個。
27.如權利要求18所述的器件，其中所述深槽結構之間的間隔可以通過控制，以使得其在所述柵極電極未施加電壓`的情況下，深槽結構之間不存在2DEG，則該器件為常斷型器件。
28.如權利要求18所述的器件，其中所述深槽結構之間的間隔也可以通過控制，以使得其在所述柵極電極未施加電壓的情況下，深槽結構之間存在2DEG，則該器件為常通型器件。
29.如權利要求18所述的器件，其中所述深槽結構可以深入至器件底部，阻斷深槽底部的2DEG導通。
30.如權利要求18所述的器件，其中所述深槽結構上的柵極電極，可以包括朝著所述漏極電極延伸的柵極場板。
31.如權利要求18所述的器件，其中所述深槽結構上的柵極電極，可以包括朝著所述深槽間隔區(qū)域延伸的柵極場板。
32.如權利要求18所述的器件，可以包括朝著所述柵極電極延伸的漏極場板。
33.如權利要求18所述的器件，其所述柵極電極可以為非矩形形狀。
34.如權利要求18所述的器件，其所述橋墩深槽所夾區(qū)域可以為非矩形形狀。
【文檔編號】H01L29/10GK103730489SQ201210390959
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年10月16日 優(yōu)先權日:2012年10月16日
【發(fā)明者】盛況, 謝剛, 湯岑, 郭清, 汪濤, 崔京京 申請人:浙江大學蘇州工業(yè)技術研究院