[發明專利]氮化物器件及其ESD防護結構和制作方法

有效

• 申請號: 202010543656.3
• 申請日: 2020-06-15
• 公開（公告）號: CN112038336B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 徐寧;蔡文必;劉成;林育賜;葉念慈
• 申請（專利權）人: 湖南三安半導體有限責任公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L29/778;H01L21/335;H01L29/40;H01L29/20
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;陳淑嫻

本發明公開了一種氮化物器件的ESD防護結構，具有該ESD防護結構的氮化物器件及制作方法，氮化物器件的外延結構下至上包括襯底、緩沖層、溝道層和勢壘層，并通過隔離形成有源區和設置于有源區之外的ESD防護結構區；所述有源區上設有源極、漏極、柵極以及場板；所述ESD防護結構區于勢壘層上依次設有第一P型氮化物層和金屬層并形成ESD防護結構；其中金屬層與場板電性連接。本發明的ESD防護結構可以提高氮化物器件制備階段的ESD防護能力，且不額外占用芯片面積。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種氮化物器件的ESD防護結構、具有該防護結構的氮化物器件及其制作方法。

背景技術

靜電是指物體表面的靜止電荷，物體在接觸、摩擦、分離、感應、電解等過程中，發生電子或離子的轉移，正電荷和負電荷在局部范圍內失去平衡，就形成了靜電。帶有靜電的物體稱為帶電體。當帶電體表面附近的靜電場梯度達到一定的程度，超過周圍介質的絕緣擊穿場強時，介質將會發生電離，從而導致帶電體的點和部分的電荷會部分或全部中和，這種現象稱之為靜電放電，英文Electro-Static Discharge，簡稱ESD。在ESD過程中，會產生上升時間極快、持續時間極短的初始大電流脈沖，并產生強烈的電磁輻射，形成ESD電磁脈沖，它的電磁能量往往會造成電子產品和設備的功能紊亂甚至部件損壞。

對于氮化物器件，一般會包含場板結構，場板的存在能有效降低電極附近的電場強度，從而提高器件的擊穿電壓，同時降低溝道中電子受強電場激發進入表面態的幾率，從而起到抑制器件電流崩塌的作用。但是在制備氮化物器件過程中，場板會處于浮空狀態(浮空電極)，同時氮化物器件在制備過程中會處于易產生靜電的環境中，因此處于浮空狀態的場板經常會遭受ESD傷害，甚至導致整個器件的擊穿。但是傳統的ESD方案如電阻分壓、二極管、MOS、寄生BJT等并不能降低該制備過程中的ESD風險，同時會額外占用芯片面積。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的不足，提供一種氮化物器件的ESD防護結構、具有該防護結構的氮化物器件及其制作方法。

為了實現以上目的，本發明的技術方案為：

一種氮化物器件的ESD防護結構，所述ESD防護結構設于所述氮化物器件的有源區之外，包括由下至上依次設置的襯底、緩沖層、溝道層、勢壘層、第一P型氮化物層和金屬層，所述氮化物器件設有場板，所述金屬層與所述場板電性連接。

可選的，所述溝道層可以由GaN、InN或InGaN形成；所述勢壘層可以由AlGaN、AlN、InAlN、AlScN或InAlGaN形成。

可選的，所述第一P型氮化物層的材料為P型GaN材料、P型AlGaN材料或P型InAlGaN材料，摻雜濃度在10¹⁷-10²¹cm^-3之間。

可選的，所述金屬層的材料為Ni、Pd、Au中的至少一種，或包含Ni、Pd、Au中的至少一種的合金或化合物；或，所述金屬層的材料為Ti、Al、W中的至少一種，或包含Ti、Al、W中的至少一種的合金或化合物。

可選的，所述氮化物器件包括不相交設置的多個所述場板，其中所述ESD防護結構為面狀結構，多個所述場板的末端連接至同一所述ESD防護結構；或多個所述ESD防護結構為島狀分立分布，多個所述場板的末端與多個所述ESD防護結構一一對應連接。

一種氮化物器件，所述氮化物器件的外延結構包括由下至上依次設置的襯底、緩沖層、溝道層和勢壘層，并通過隔離形成有源區和設置在有源區外的ESD防護結構區；所述有源區上設有源極、漏極、柵極以及場板；所述ESD防護結構區于勢壘層上依次設有第一P型氮化物層和金屬層并形成權利要求1～6任一項所述的ESD防護結構；其中所述金屬層與所述場板電性連接。

可選的，所述有源區還包括設于所述勢壘層上的第二P型氮化物層，所述柵極設于所述第二P型氮化物層上；所述第二P型氮化物層和所述第一P型氮化物層同層設置。