[發明專利]氮化物高壓器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201310049853.X
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN103117294A
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 程凱
• 申請（專利權）人: 蘇州晶湛半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778;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

本發明涉及微電子技術領域，特別是涉及一種氮化物高壓器件及其制造方法。

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，尤其是氮化物高壓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。

目前在硅襯底上生長氮化物外延層制作氮化物高壓器件的技術正日趨成熟，因為其成本較低，極大的促進了氮化物高壓器件的市場化。

由于硅材料本身具有導電性且擊穿電場比較小，在外加高電壓條件下，硅襯底相當于低阻區，不能有效阻止器件漏電；當外加電壓足夠高，達到硅的臨界擊穿電場時硅襯底首先擊穿，繼而引起外延層縱向擊穿，使得硅襯底氮化物高壓器件的擊穿基本上都是通過硅襯底的縱向擊穿，尤其是當硅襯底接地時擊穿電壓相比未接地時要減少一半。雖然硅襯底氮化物高壓器件的擊穿電壓主要跟外延層的厚度有關，但硅襯底氮化物外延層厚度一般比較小，比如說2μm至7μm左右，所以硅襯底上氮化物高壓器件的最高擊穿電壓一般不超過2000V，遠遠小于藍寶石或碳化硅襯底上的氮化物高壓器件的最高擊穿電壓。

為了提高硅襯底氮化物高壓器件的擊穿電壓可以通過增加氮化物外延層的厚度和提高硅襯底的耐壓性來實現。目前的生長技術可以解決硅材料和氮化物之間巨大的晶格失配和熱失配，但其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2μm至4μm左右，生長更厚的外延層會需要更多的原材料、更長的生長時間，會大大提高成本、降低產能，并且隨著厚度的增加，外延層內存在包括位錯在內的大量缺陷，隨著工作電壓的提高漏電流也會增加。

人們也發現剝離掉硅襯底可以消除硅襯底對擊穿電壓的影響，極大的提高器件的擊穿電壓，但是用于生長氮化物的硅襯底的厚度都是幾百微米甚至超過1個毫米，背部的襯底剝離工藝相對比較繁瑣，因此需要考慮通過其他方式來提高硅襯底的耐壓性。

外加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，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，硅襯底也是在此區域最容易擊穿。因此，針對上述技術問題，有必要提供一種氮化物高壓器件及其制造方法。

發明內容

有鑒于此，如果能夠去除柵漏區域氮化物外延層下方的部分硅襯底，將該區域擊穿電場較高的氮化物外延層與容易擊穿的硅襯底用空氣進行隔離，或者進一步添加其他高臨界電場材料，避免此區域硅襯底的過早擊穿，就可以大幅提高器件的擊穿電壓。另外，對隔離區域內的硅材料進行氧化形成二氧化硅層也可以進一步提高器件擊穿電壓。隔離區域可以通過濕法腐蝕和/或干法刻蝕的方式來實現，為了實現結構可控的空間隔離區域，可以使用選擇性腐蝕工藝和/或干法刻蝕工藝，提高硅襯底側向的腐蝕/刻蝕速度，提高隔離效果。形成此空間隔離區域后，器件不容易發生縱向擊穿，主要是通過氮化物外延層的橫向擊穿，因此氮化物外延層的厚度不需要生長太厚，較薄的外延層也可以實現高擊穿電壓，并且在外延層厚度很薄的情況下正面氮化物外延層開孔刻蝕工藝也容易控制，大大提高了生產效率及工藝可控性。

本發明的目的在于提供一種通過局部去除柵極和漏極之間氮化物外延層下方的部分硅襯底，將該區域擊穿電場較高的氮化物外延層與容易擊穿的硅襯底用空氣等物質進行隔離，避免通過硅襯底可能引起的擊穿，從而實現可以耐高擊穿電壓的器件。柵極和漏極之間的區域是高電壓的主要承載區，擊穿主要發生在這個區域的硅襯底上。通過選擇性腐蝕和/或刻蝕工藝選擇性去除柵極和漏極之間氮化物外延層下方的部分硅襯底，實現柵極和漏極之間可承受高電壓的氮化物外延層區與容易擊穿的導電硅襯底之間的局部空間隔離，阻斷通過硅襯底的導電通路和擊穿路徑，使得器件的擊穿不再是通過硅襯底的擊穿，而只能是在氮化物外延層上的橫向擊穿。因為氮化物外延層的擊穿電場較高且柵漏間距一般比較大，所以器件的擊穿電壓大幅提高，即使襯底接地也不影響器件的擊穿電壓，還可以在此隔離區域內填充擊穿電場更高的材料來提高器件的擊穿電壓，對隔離區域內的硅材料進行氧化形成二氧化硅層也可以進一步提高器件擊穿電壓。