[發明專利]硅襯底上氮化物高壓器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201210432220.2
• 申請日: 2012-11-02
• 公開（公告）號: CN102916046A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 程凱
• 申請（專利權）人: 程凱
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/10;H01L21/335
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，尤其涉及一種硅襯底上氮化物高壓器件，以及該氮化物高壓器件的制造方法。

背景技術

寬禁帶化合物半導體材料由于具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、擊穿場強高、導熱性能好等特點，在高頻、高溫、大功率等領域顯示出極大的潛力，尤其是氮化鎵高電子遷移率器件更以其優越的性能和巨大的發展潛力而備受全世界眾多研究者的關注。

以往氮化鎵功率器件都是在藍寶石或碳化硅襯底上制成的，這類襯底材料比較貴且難以實現大尺寸的襯底材料和外延層，所以氮化鎵功率器件成本很高，限制了其市場化。目前在硅襯底上生長氮化鎵外延層制作氮化鎵功率器件的技術正日趨成熟，因為其成本較低，極大的促進了氮化鎵功率器件的市場化。

對于半導體器件來說，其擊穿電壓由陽極和陰極或者柵極和漏極之間的距離決定。對于垂直結構的半導體器件來說，擊穿電壓是由漂移區的厚度決定；而水平結構的半導體器件，如LDMOS，其擊穿電壓由柵極和漏極之間的漂移區的長度決定。

當氮化物高壓器件的襯底變為硅材料時，由于硅材料的導電性以及較低的擊穿電場，硅襯底可承受的壓降要小很多，大部分壓降都集中在氮化物外延層上。而氮化物外延層的厚度一般是比較薄的，比柵漏間距小很多，器件很容易在縱向上擊穿，器件的擊穿電壓主要取決于漏極與硅襯底之間氮化物外延層的縱向耐壓加上柵極與硅襯底之間氮化物外延層的縱向耐壓。尤其是當硅襯底接地時，高電壓主要落在漏極與硅襯底電極之間的縱向區域，擊穿電壓相比襯底不接地情況要減少一半。

通過增加外延層厚度的方法可以提高硅襯底氮化物高壓器件的縱向區域擊穿電壓，在現有的結構中，為了提高硅襯底氮化物高壓器件的擊穿電壓，需要將硅襯底上的氮化物外延層做厚，外延層主要包括氮化物勢壘層、溝道層、緩沖層，以及其他一些為優化器件特性或外延層材料質量而引入的氮化物層，其中器件的溝道層和勢壘層受電學性質的影響一般結構比較固定，厚度變化不大，對整個外延層厚度的限制較大，因此通常將緩沖層做的比較厚。

盡管目前在硅材料上生長氮化物外延層的技術正日趨成熟，但是因為硅材料和氮化物之間存在巨大的晶格失配和熱失配，生長的氮化物外延層厚度受到極大的限制，一般來說大約在2微米至4微米左右，生長過厚的氮化物外延層不僅會需要更長的時間，提高成本、降低產能，而且外延層的質量會變差，容易翹曲或龜裂，增加工藝難度，降低成品率等等。

發明內容

有鑒于此，本發明根據現有結構的不足，提供了一種通過在硅襯底上氮化物高壓器件的漏極區域引入高電壓耐受層，局部增加外延層的厚度來承擔較高的壓降，從而實現可以耐高擊穿電壓的器件。通過這種局部生長方法，不僅可以實現耐高擊穿電壓的器件，也可以增大生長速度，減少外延時間，提高產量。另外，本發明的另一目的在于還提出了上述器件的制造方法。

高電壓一般是加載在器件的漏極上，柵漏區域是高電壓的主要耐受區域，在柵漏間距離比較大的情況下，漏極區域外延層的厚度便是影響器件耐壓的主要因素，尤其是在硅襯底接地情況下，電壓主要落在漏極和硅襯底電極之間區域，提高此區域耐壓可以提高器件總的擊穿電壓，而加厚局部區域外延層厚度技術上很容易實現，因此不需要加厚整個氮化物外延層，只需要加厚主要承擔高電壓的漏極區域外延層厚度，這種局部增厚外延層的方法不僅可以提高器件縱向耐壓，還可以避免整體外延層材料過厚帶來的氮化物外延層翹曲龜裂問題，可以保證材料生長質量，并且提高材料生長效率，降低成本。

根據本發明的一個方面，提供了一種硅襯底上氮化物高壓器件，其特征在于包括：硅襯底；形成于所述硅襯底上的氮化物多層外延結構；所述外延多層結構從襯底方向依次包括氮化物緩沖層、氮化物溝道層、氮化物勢壘層，以及在所述勢壘層上有選擇地在部分區域形成的高電壓耐受層；所述氮化物溝道層和勢壘層組成了半導體異質結，并在結面處形成二維電子氣；與上述高電壓耐受層相接觸的漏極；

在上述勢壘層上形成的與上述半導體異質結中的二維電子氣形成接觸的源極；

在上述勢壘層上形成的，位于該漏極和源極間的柵極。

優選的，所述高電壓耐受層為半導體，其材質為氮化物、氧化物、金剛石、多晶硅、化合物半導體、鍺硅或其任意組合。

優選的，高電壓耐受層的半導體可以是n型、p型摻雜或者非故意摻雜。

優選的氮化物勢壘層上還設有介質層。

優選的，所述高電壓耐受層形成在勢壘層上或者與溝道層直接接觸。

優選的，所述介質層包括SiN、SiO2、SiON、Al2O3、HfO2、HfAlOx中的一種，或者是其任意組合。