[發明專利]半導體器件及制造方法

在審

• 申請號: 201610178257.5
• 申請日: 2016-03-25
• 公開（公告）號: CN107230718A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 劉美華;孫輝;林信南;陳建國
• 申請（專利權）人: 北京大學;北大方正集團有限公司;深圳方正微電子有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 北京同立鈞成知識產權代理有限公司11205
• 代理人: 陶敏,劉芳

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，尤其涉及一種半導體器件及制造方法。

背景技術

隨著高效完備的功率轉換電路和系統需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件最近吸引了很多關注。氮化鎵(GaN)作為一種第三代寬禁帶半導體材料，由于其具有大禁帶寬度(3.4eV)、高電子飽和速率(2×10⁷cm/s)、高擊穿電場(1×10¹⁰--3×10¹⁰V/cm)，較高熱導率，耐腐蝕和抗輻射性能，在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環境條件下具有較強的優勢，被認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。

尤其是GaN基氮化鎵鋁(AlGaN)/GaN高遷移率晶體管成為功率器件中的研究熱點。AlGaN/GaN抑制結處能夠形成高濃度、高遷移率的二維電子氣(2DEG)，同時異質結對2DEG具有良好的調節作用。但是通常，GaN高遷移率晶體管容易產生較大的熱量，影響器件的電學特性和可靠性。

發明內容

本發明提供一種半導體器件及制造方法，用于解決現有的GaN高遷移率晶體管的散熱問題。

本發明的第一方面提供一種半導體器件，包括：襯底、位于所述襯底上的氮化鎵GaN層、位于所述GaN層上的氮化鎵鋁AlGaN層、開設有柵極接觸孔、源極接觸孔和漏極接觸孔的介質層、柵極、源極、以及漏極；所述介質層位于AlGaN層的表面上，所述柵極接觸孔位于所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔之間；所述源極和所述漏極分別包括填充所述源極接觸孔和所述漏極接觸孔的第一金屬層，所述柵極包括填充所述柵極接觸孔的第二金屬層；所述襯底開設有通孔，所述通孔中填充銅。

本發明的第二方面提供一種半導體器件制造方法，包括：在襯底上自下向上依次形成氮化鎵GaN層、氮化鎵鋁AlGaN層和介質層；去除預設區域內的介質層，直至露出所述AlGaN層的表面，形成源極接觸孔和漏極接觸孔；在器件表面沉積第一金屬層，對所述第一金屬層進行刻蝕，直至露出所述介質層的表面，形成源極和漏極；對位于所述源極和所述漏極之間的部分介質層進行刻蝕，形成柵極接觸孔；在所述柵極接觸孔內填充第二金屬層，形成柵極；在所述襯底的背面打孔，形成通孔，并在所述通孔中填充銅。

本發明提供的半導體器件及制造方法中，在襯底上依次形成GaN層、AlGaN層和介質層，介質層開設有柵極接觸孔、源極接觸孔和漏極接觸孔，填充柵極接觸孔的金屬層形成柵極，填充源極接觸孔的金屬層形成源極，填充漏極接觸孔的金屬層形成漏極，其中襯底開設有通孔，通孔中填充銅，本方案中在襯底上打孔，并在通孔中填充便于導熱的銅，可以增強器件的熱消散，有效解決散熱問題，提高器件的擊穿特性和可靠性。

附圖說明

圖1為本發明實施例一提供的半導體器件的剖面結構示意圖；

圖2A為本發明實施例二提供的一種半導體器件制造方法的流程示意圖；

圖2B為本發明實施例二中形成柵極接觸孔的流程示意圖；

圖2C為本發明實施例二中沉積第一金屬層的流程示意圖；

圖2D為本發明實施例二中形成柵極的流程示意圖；

圖2E為本發明實施例二提供的另一種半導體器件制造方法的流程示意圖；

圖2F為本發明實施例二提供的又一種半導體器件制造方法的流程示意圖；

圖3A為本發明實施例二中形成GaN層、AlGaN層和介質層之后的所述半導體器件的剖面結構示意圖；

圖3B為本發明實施例二中形成源極接觸孔和漏極接觸孔之后的所述半導體器件的剖面結構示意圖；

圖3C為本發明實施例二中在器件表面沉積第一金屬層之后的所述半導體器件的剖面結構示意圖；

圖3D為本發明實施例二中對第一金屬層進行刻蝕之后的所述半導體器件的剖面結構示意圖；

圖3E為本發明實施例二中形成柵極接觸孔之后的所述半導體器件的剖面結構示意圖；

圖3F為本發明實施例二中填充第二金屬層之后的所述半導體器件的剖面結構示意圖；

圖3G為本發明實施例二中在襯底的背面打孔之后的所述半導體器件的剖面結構示意圖。

附圖標記：

11-襯底； 111-通孔；112-銅；

12-GaN層；13-AlGaN層；14-介質層；

141-柵極接觸孔；142-源極接觸孔；143-漏極接觸孔；

15-柵極； 16-源極； 17-漏極；

18-第一金屬層； 19-第二金屬層.

具體實施方式