本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元器件技術(shù)，尤其涉及一種功率半導(dǎo)體器件及其制作方法。

背景技術(shù)：

隨著高效完備的功率轉(zhuǎn)換電路和系統(tǒng)需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件越來(lái)越受到業(yè)界的關(guān)注。

gan(氮化鎵)是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于其具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場(chǎng)，較高熱導(dǎo)率，耐腐蝕和抗輻射性能，在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環(huán)境條件下具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料。gan基algan/gan(algan為氮化鎵鋁)材料的大功率半導(dǎo)體器件是研究的熱點(diǎn)，這是因?yàn)閍lgan/gan異質(zhì)結(jié)處能形成高濃度、高遷移率的2deg(two-dimensionalelectrongas，二維電子氣),同時(shí)異質(zhì)結(jié)對(duì)2deg具有良好的調(diào)節(jié)作用。

目前，大部分功率半導(dǎo)體器件使用貴重的金作為電極材料，導(dǎo)致制作成本較高。例如，在制作algan/gan高電子遷移率晶體管的源/漏電極時(shí)，通常先形成ti(鈦)/al(鋁)/x/au(金，x通常是ni,ta,ti等)的復(fù)合層，再進(jìn)行光刻獲得圖案化的源/漏電極，之后需要進(jìn)行快速退火工藝以形成導(dǎo)電性能優(yōu)良的合金電極。位于最上層的金能防止退火過(guò)程中電極被氧化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種功率半導(dǎo)體器件及其制作方法，解決了在制作電極的過(guò)程中為了防止退火時(shí)電極被氧化而采用含金的材料導(dǎo)致制作成本較高的問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例一方面提供一種功率半導(dǎo)體器件，包括：

半導(dǎo)體有源層、覆蓋在所述半導(dǎo)體有源層上的第一介質(zhì)層；

穿過(guò)所述第一介質(zhì)層，且與所述半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極，所述電極包括自下而上依次形成的第一ti層、al層、第二ti層和tin層。

本發(fā)明實(shí)施例另一方面提供一種功率半導(dǎo)體器件的制作方法，包括：

形成半導(dǎo)體有源層；

在所述半導(dǎo)體有源層上形成第一介質(zhì)層；

形成穿過(guò)所述第一介質(zhì)層，且與所述半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極，所述電極包括自下而上依次形成的第一ti層、al層、第二ti層和tin層。

本發(fā)明提供的功率半導(dǎo)體器件中，與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極的材料包括自下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層，實(shí)驗(yàn)表明其中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小，而且，由于電極材料中不含金，因此能顯著降低電極的制作成本。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為實(shí)施例一提供的一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖2為實(shí)施例一提供的另一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖3為實(shí)施例一提供的又一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖4為實(shí)施例二提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法的流程圖；

圖5a～圖5g為本發(fā)明實(shí)施例三提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法中各步驟形成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6a～圖6g為本發(fā)明實(shí)施例四提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法中各步驟形成的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；? 本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

圖1為實(shí)施例一提供的一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；圖2為實(shí)施例一提供的另一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；圖3為實(shí)施例一提供的又一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖。

如圖1所示，功率半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體有源層11和覆蓋在半導(dǎo)體有源層11上的第一介質(zhì)層12。該功率半導(dǎo)體器件還包括穿過(guò)第一介質(zhì)層12，且與半導(dǎo)體有源層11歐姆接觸的電極13，該電極13包括自下而上依次形成的第一ti層131、al層132、第二ti層133和tin(氮化鈦)層134。

歐姆接觸是指金屬與半導(dǎo)體的接觸，而其接觸面的電阻值遠(yuǎn)小于半導(dǎo)體本身的電阻，使得形成有該歐姆接觸的器件在操作時(shí)，大部分的電壓降在金屬和半導(dǎo)體內(nèi)的有源區(qū)(activeregion)，而不在接觸面。

上述實(shí)施中的電極13的材料中不含金，實(shí)驗(yàn)表明，用該材料形成的電極中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小。

上述實(shí)施例中，半導(dǎo)體有源層11可以包括自下而上依次形成的襯底111、gan層112和algan層113，電極13與algan層113接觸。襯底可以包括但不限于sic、si或者藍(lán)寶石。作為功率半導(dǎo)體器件(如高電子遷移率晶體管、肖特基二極管)的半導(dǎo)體有源層11，其中在襯底11和gan層112之間還可以形成一個(gè)成核層(圖中未示出)，該成核層的材料一般為aln，gan層112通常被稱為緩沖層，該層還可以是algan與gan的復(fù)合層。algan層113通常被稱為勢(shì)壘層，該層還可以是包括aln插入層的algan層，也可以包括gan蓋帽層。在gan層112和algan層113之間的界面處存在一個(gè)二維形態(tài)的薄電子層稱之為二維電子氣(2deg)，該二維電子氣表現(xiàn)出較高的電子遷移率特性，因此由具有g(shù)an層112和algan層113的半導(dǎo)體有源層11形成的功率半導(dǎo)體器件具備高電子遷移率的特征。

上述實(shí)施例中，第一介質(zhì)層12可以包括自下而上依次形成的si3n4層121和peteos(plasma-enhancedtetraethy-lortho-silicate，四乙氧基硅烷的等離子增強(qiáng)沉積)層122，以保證電極13與其它導(dǎo)電組件(圖中未示出)之間可靠的電絕緣。

上述實(shí)施例中，電極13的底部可以嵌入在半導(dǎo)體有源層11中(圖中未示出)，使得電極13與半導(dǎo)體有源層11的接觸面積增大，從而降低了接觸電阻。

上述實(shí)施例中，第一ti層的厚度可以為200埃，al層的厚度可以為1200埃，第二ti層的厚度可以為200埃，tin層的厚度為可以200埃，以此材料形成的電極13兼顧了低廉的成本與優(yōu)異的導(dǎo)電性能。

本實(shí)施例中，功率半導(dǎo)體器件可以為的高電子遷移率晶體管，如圖2所示，上述實(shí)施例中的電極13包括源電極21和漏電極22.且該功率半導(dǎo)體器件還包括穿過(guò)第一介質(zhì)層12，且與半導(dǎo)體有源層11接觸的柵電極23，以及覆蓋在柵電極23、源電極21和漏電極22上的第二介質(zhì)層54。其中，柵電極23位于源電極21和漏電極22之間。由此，柵電極23、源電極21、漏電極22、第一介質(zhì)層12及半導(dǎo)體有源層11一起形成高電子遷移率晶體管的主要結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例中，功率半導(dǎo)體器件還可以為肖特基二極管，如圖3所示，上述實(shí)施例中的電極13為陰極。且功率半導(dǎo)體器件還包括：穿過(guò)第一介質(zhì)層12，且與半導(dǎo)體有源層11接觸的陽(yáng)極62，以及覆蓋在陰極13、陽(yáng)極31上的第三介質(zhì)層63。由此，陰極13、陽(yáng)極62、第一介質(zhì)層12及半導(dǎo)體有源層11一起形成肖特基二極管的主要結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例提供的功率半導(dǎo)體器件中，與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極的材料包括自下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層，實(shí)驗(yàn)表明其中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小，而且，由于電極材料中不含金，因此能顯著降低電極的制作成本。

實(shí)施例二

圖4為實(shí)施例二提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法的流程圖。如圖4所示，該方法包括如下步驟。

步驟401、形成半導(dǎo)體有源層。

步驟402、在半導(dǎo)體有源層上形成第一介質(zhì)層。

步驟403、形成穿過(guò)第一介質(zhì)層，且與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極，電極包括自下而上依次形成的第一ti層、al層、第二ti層和tin層。

其中，半導(dǎo)體有源層、第一介質(zhì)層的具體組成如實(shí)施一中所述，在此不再贅述。

本實(shí)施例提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法中，形成了功率半導(dǎo)體器件，該器件中與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極的材料包括自下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層，實(shí)驗(yàn)表明其中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小，而且，由于電極材料中不含金，因此能顯著降低電極的制作成本。

實(shí)施例三

圖5a～圖5g為本發(fā)明實(shí)施例三提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法中各步驟形成的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5a～圖5g所示，該方法形成的功率半導(dǎo)體器件為圖2所示的高電子遷移率晶體管，電極包括源電極和漏電極，該方法包括如下步驟。

步驟501、形成半導(dǎo)體有源層11。

如圖5a所示，該半導(dǎo)體有源層11包括自下而上依次形成的襯底111、gan層112和algan層113。

步驟502、在半導(dǎo)體有源層11上形成第一介質(zhì)層12。

如圖5b所示，該第一介質(zhì)層12包括自下而上依次形成的si3n4層121和peteos層122。

步驟503、利用光刻工藝對(duì)第一介質(zhì)層12進(jìn)行刻蝕，在第一介質(zhì)層12上形成暴露半導(dǎo)體有源層11的第一接觸孔51和第二接觸孔52。

該步驟如圖5c所示，其中的光刻工藝為現(xiàn)有技術(shù)，包括光刻膠涂覆、曝光、顯影、刻蝕、除膠等步驟，在此不再贅述。其中的刻蝕步驟優(yōu)選采用干法刻蝕。

其中，在使用光刻工藝形成接觸孔時(shí)，除了在第一介質(zhì)層12中進(jìn)行刻蝕外，還可以繼續(xù)在半導(dǎo)體有源層11中進(jìn)行刻蝕，當(dāng)半導(dǎo)體有源層11包括自下而上依次形成的襯底111、gan層112和algan層113時(shí)，在半導(dǎo)體有源層11中進(jìn)行刻蝕后，去除部分最上層的algan層113，這樣可以使后續(xù)步驟中形成的源電極21和漏電極22的底部嵌入在該半導(dǎo)體有源層11中。以此來(lái)提高源電極21和漏電極22的導(dǎo)電性。

步驟504、依次用氫氟酸、第一清洗液及第二清洗液對(duì)暴露的表面進(jìn)行清洗；第一清洗液包括氨水和雙氧水，第二清洗液包括鹽酸和雙氧水。

具體地，用氫氟酸對(duì)暴露的表面進(jìn)行清洗的目的是去除暴露的si材料表面的自然氧化膜，而附著在自然氧化膜上的金屬也被溶解到氫氟酸中，同時(shí)氫氟酸抑制了氧化膜的形成，此過(guò)程產(chǎn)生氟化氫和廢氫氟酸。包括氨水和雙氧水的第一清洗液通常被稱為sc1清洗液，它用來(lái)去除si材料表面的顆粒。包括鹽酸和雙氧水的第二清洗液通常被稱為sc2清洗液，它用來(lái)去除暴露表面的雜質(zhì)粒子。

步驟505、在第一介質(zhì)層12上形成第一金屬層53，第一金屬層53包括自下而上依次形成的第一ti層、al層、第二ti層和tin層。

該步驟如圖5d所示，可采用現(xiàn)有的磁控濺射鍍膜工藝。

步驟506、利用光刻工藝對(duì)第一金屬層53進(jìn)行刻蝕，形成源電極21和漏電極22，該源電極21在第一接觸孔51中與半導(dǎo)體有源層11接觸，該漏電極22在第二接觸孔52中與半導(dǎo)體有源層11接觸。

該步驟如圖5e所示，其中使用的電極材料中不含金，實(shí)驗(yàn)表明，用該材料形成的電極中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小。

步驟507、在840℃的條件下，在n2氛圍內(nèi)對(duì)已形成的源電極21和漏電極22退火30秒。

退火操作的目的是使用于形成源電極21和漏電極22的金屬層形成合金，從而使導(dǎo)電性能進(jìn)一步提升。

步驟508、形成穿過(guò)第一介質(zhì)層12，且與半導(dǎo)體有源層11接觸的柵電極23。

如圖5f所示，形成柵電極23的步驟與形成源電極21和漏電極22的步驟類似，都需要用到兩次光刻工藝，第一次光刻工藝在第一介質(zhì)層12上形成柵電極接觸孔，形成柵電極金屬層后，利用第二次光刻工藝去掉不用的柵電極金屬層后形成柵電極23。

步驟509、在第一介質(zhì)層12、源電極21、漏電極22、柵電極23上形成第二介質(zhì)層54。

如圖5g所示，該第二介質(zhì)層54包括si3n4層。

由本實(shí)施例所述方法制作而成的功率半導(dǎo)體器件為高電子遷移率晶體管，其中，與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極的材料包括自下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層，實(shí)驗(yàn)表明其中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小，而且，由于電極材料中不含金，因此能顯著降低電極的制作成本。

實(shí)施例四

圖6a～圖6g為本發(fā)明實(shí)施例四提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法中各步驟形成的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6a～圖6g所示，該方法形成的功率半導(dǎo)體器件為圖3所示的肖特基二極管，電極為陰極，該方法包括如下步驟。

步驟601、形成半導(dǎo)體有源層11。

如圖6a所示，該半導(dǎo)體有源層11包括自下而上依次形成的襯底111、gan層112和algan層113。

步驟602、在半導(dǎo)體有源層11上形成第一介質(zhì)層12。

如圖6b所示，該第一介質(zhì)層12包括自下而上依次形成的si3n4層121和peteos層122。

步驟603、利用光刻工藝對(duì)第一介質(zhì)層12進(jìn)行刻蝕，在第一介質(zhì)層12上形成暴露半導(dǎo)體有源層11的第一接觸孔61。

該步驟如圖6c所示，其中的光刻工藝為現(xiàn)有技術(shù)，包括光刻膠涂覆、曝光、顯影、刻蝕、除膠等步驟，在此不再贅述。

其中，在使用光刻工藝形成接觸孔時(shí)，除了在第一介質(zhì)層中進(jìn)行刻蝕外，還可以繼續(xù)在半導(dǎo)體有源層11中進(jìn)行刻蝕，當(dāng)半導(dǎo)體有源層11包括自下而上依次形成的襯底111、gan層112和algan層113時(shí)，在半導(dǎo)體有源層11中進(jìn)行刻蝕后，去除部分最上層的algan層113，這樣可以使后續(xù)步驟中形成的陰極13的底部嵌入在該半導(dǎo)體有源層11中。以此來(lái)提高陰極13的導(dǎo)電性。

步驟604、依次用氫氟酸、第一清洗液及第二清洗液對(duì)暴露的表面進(jìn)行清洗；第一清洗液包括氨水和雙氧水，第二清洗液包括鹽酸和雙氧水。

具體地，用氫氟酸對(duì)暴露的表面進(jìn)行清洗的目的是去除暴露的si材料表面的自然氧化膜，而附著在自然氧化膜上的金屬也被溶解到氫氟酸中，同時(shí) 氫氟酸抑制了氧化膜的形成，此過(guò)程產(chǎn)生氟化氫和廢氫氟酸。包括氨水和雙氧水的第一清洗液通常被稱為sc1清洗液，它用來(lái)去除si材料表面的顆粒。包括鹽酸和雙氧水的第二清洗液通常被稱為sc2清洗液，它用來(lái)去除暴露表面的雜質(zhì)粒子。

步驟605、在第一介質(zhì)層12上形成第一金屬層53，第一金屬層53包括自下而上依次形成的第一ti層、al層、第二ti層和tin層。

該步驟如圖6d所示，可采用現(xiàn)有磁控濺射鍍膜工藝。

步驟606、利用光刻工藝對(duì)第一金屬層53進(jìn)行刻蝕，形成陰極13，該陰極13在第一接觸孔61中與半導(dǎo)體有源層11接觸。

該步驟如圖6e所示，其中使用的電極材料中不含金，實(shí)驗(yàn)表明，用該材料形成的電極中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小。

步驟607、在840℃的條件下，在n2氛圍內(nèi)對(duì)已形成的源電極21和漏電極22退火30秒。

退火操作的目的是使用于形成陰極13的金屬層形成合金，從而使導(dǎo)電性能進(jìn)一步提升。

步驟608、形成穿過(guò)第一介質(zhì)層12，且與半導(dǎo)體有源層11接觸的陽(yáng)極62。

如圖6f所示，形成陽(yáng)極61的步驟與形成陰極13的步驟類似，都需要用到兩次光刻工藝，第一次光刻工藝在第一介質(zhì)層12上形成陽(yáng)極接觸孔，形成陽(yáng)極金屬層后，利用第二次光刻工藝去掉不用的陽(yáng)極金屬層后形成陽(yáng)極62。

步驟609、在第一介質(zhì)層12、陰極13、陽(yáng)極61上形成第二介質(zhì)層63。

如圖5g所示，該第二介質(zhì)層63包括si3n4層。

由本實(shí)施例所述方法制作而成的功率半導(dǎo)體器件為肖特基二極管，其中，與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極的材料包括自下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層，實(shí)驗(yàn)表明其中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小，而且，由于電極材料中不含金，因此能顯著降低電極的制作成本。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。