半导体器件和半导体器件的制备方法转让专利
申请号 : CN202210117144.X
文献号 : CN114141737B
文献日 : 2022-04-12
发明人 : 许建华 , 乐伶聪 , 杨天应
申请人 : 深圳市时代速信科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种半导体器件,其特征在于,包括:衬底;
设置在所述衬底一侧的半导体外延层;
设置在所述半导体外延层远离所述衬底一侧的源极、栅极和漏极;
设置在所述半导体外延层远离所述衬底的一侧,并位于所述源极和所述漏极之间的源场板;
其中,所述源场板的一端设置有第一欧姆金属,所述第一欧姆金属与所述源场板电学连接,并与所述源极间隔设置,且所述半导体外延层上具有分别延伸至所述第一欧姆金属和所述源极的第一电阻区,所述第一电阻区由非金属构成,并具有导电性,且所述第一欧姆金属与所述源极通过所述第一电阻区电学连接。
2.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述源场板为多个,多个所述源场板间隔设置,每个所述源场板远离所述第一欧姆金属的一端设置有第二欧姆金属,所述第二欧姆金属与所述源场板电学连接,且所述半导体外延层上还具有分别延伸至相邻两个所述第二欧姆金属的第二电阻区,所述第二电阻区由非金属构成,并具有导电性,相邻的所述第二欧姆金属通过所述第二电阻区电学连接。
3.根据权利要求2所述的半导体器件,其特征在于,所述第一电阻区对应的所述半导体外延层内形成有第一二维电子气,所述第一欧姆金属与所述源极通过所述第一二维电子气电学连接;
所述第二电阻区对应的所述半导体外延层内形成有第二二维电子气,相邻的所述第二欧姆金属通过所述第二二维电子气电学连接。
4.根据权利要求2所述的半导体器件,其特征在于,所述第一电阻区和所述第二电阻区对应的所述半导体外延层内掺杂形成有半导体导电材料。
5.根据权利要求2‑4任一项所述的半导体器件,其特征在于,所述半导体外延层上还具有绝缘区和电极区,所述栅极、所述源极和所述漏极均位于所述电极区,所述第一电阻区和所述第二电阻区均位于所述电极区之外,所述绝缘区设置于所述第一电阻区、所述第二电阻区和所述电极区周围,所述绝缘区对应的所述半导体外延层的阻值大于所述第一电阻区、所述第二电阻区以及所述电极区对应的所述半导体外延层的阻值。
6.根据权利要求5所述的半导体器件,其特征在于,所述半导体外延层包括第一半导体层和第二半导体层,所述第一半导体层设置在所述衬底上,所述第二半导体层设置在所述第一半导体层上,所述源极、所述漏极和所述栅极均设置在所述第二半导体层上,所述第一欧姆层设置在所述第一电阻区对应的所述第二半导体层上,所述第二欧姆层设置在所述第二电阻区对应的所述第二半导体层上。
7.根据权利要求4所述的半导体器件,其特征在于,所述第二电阻区和所述第一电阻区均与所述漏极间隔设置。
8.一种半导体器件的制备方法,用于制备如权利要求1‑7任一项所述的半导体器件,其特征在于,包括:
在衬底的一侧形成半导体外延层;
在所述半导体外延层上分区设置,以形成第一电阻区、电极区和绝缘区;
在所述半导体外延层远离所述衬底的一侧形成第一欧姆金属;
在所述半导体外延层远离所述衬底的一侧形成源极、漏极和栅极;
在所述半导体外延层远离所述衬底的一侧形成位于所述源极和所述漏极之间的源场板;
其中,所述第一欧姆金属位于所述源场板的一端,并与所述源极间隔设置,且所述第一欧姆金属与所述源场板电学连接,所述第一电阻区分别延伸至所述第一欧姆金属和所述源极,所述第一电阻区由非金属构成,并具有导电性,且所述第一欧姆金属与所述源极通过所述第一电阻区电学连接。
9.根据权利要求8所述的半导体器件的制备方法,其特征在于,在所述半导体外延层远离所述衬底的一侧形成源极、漏极和栅极的步骤之前,所述方法还包括:在所述半导体外延层上分区设置,以形成第二电阻区;
在所述半导体外延层远离所述衬底的一侧形成第二欧姆金属;
其中,所述第二欧姆金属位于所述源场板远离所述第一欧姆金属的一端,并与所述源场板电学连接,且所述第二电阻区分别延伸至相邻两个所述第二欧姆金属,所述第二电阻区由非金属构成,并具有导电性,相邻的所述第二欧姆金属通过所述第二电阻区电学连接。
10.根据权利要求9所述的半导体器件的制备方法,其特征在于,在所述半导体外延层上分区设置,以形成第一电阻区、第二电阻区、电极区和绝缘区的步骤,具体包括:在所述半导体外延层上通过离子注入隔离或台面刻蚀隔离工艺形成局部未注入区域或局部未刻蚀区域,以形成所述第一电阻区、所述第二电阻区、所述绝缘区和所述电极区。
说明书 :
半导体器件和半导体器件的制备方法
技术领域
背景技术
极泄漏电流增大,这种局部区域的高电场很容易引起器件因发生雪崩击穿而失效,从而降
低器件的击穿电压。同时,随着时间的增加,高电场也会引起器件表面介质层或半导体材料
层退化、变性,进而影响器件工作可靠性,降低器件寿命。
高了耗尽区的耐压,并且该场板对栅极近漏端边缘的密集电场线进行了调制,使得电场线
分布更加均匀,降低了栅极近漏端边缘的电场,减小了栅极泄露电流,提高了器件击穿电
压。而常规的场板结构,源极场板金属与其紧邻的源极电极之间,通常是通过跨过栅极金属
的连接金属桥实现电学连接。这种金属桥连接方式,会使得连接金属桥与栅极之间产生栅
极‑源极寄生电容Cgs,影响器件性能,同时,连接金属桥立体结构处介质层覆盖不良、应力
集中,这些部位器件抗湿气能力差,容易导致HAST(Highly Accelerated Stress Test)失
效。
发明内容
应力集中的问题。
金属和所述源极的第一电阻区,所述第一电阻区由非金属构成,并具有导电性,且所述第一
欧姆金属与所述源极通过所述第一电阻区电学连接。
且所述半导体外延层上还具有分别延伸至相邻两个所述第二欧姆金属的第二电阻区,所述
第二电阻区由非金属构成,并具有导电性,相邻的所述第二欧姆金属通过所述第二电阻区
电学连接。
述绝缘区设置于所述第一电阻区、所述第二电阻区和所述电极区周围,所述绝缘区对应的
所述半导体外延层的阻值大于所述第一电阻区、所述第二电阻区以及所述电极区对应的所
述半导体外延层的阻值。
极和所述栅极均设置在所述第二半导体层上,所述第一欧姆层设置在所述第一电阻区对应
的所述第二半导体层上,所述第二欧姆层设置在所述第二电阻区对应的所述第二半导体层
上。
述源极,所述第一电阻区由非金属构成,并具有导电性,且所述第一欧姆金属与所述源极通
过所述第一电阻区电学连接。
电阻区由非金属构成,并具有导电性,相邻的所述第二欧姆金属通过所述第二电阻区电学
连接。
区。
形成源极、栅极和漏极,并在半导体外延层上形成位于源极和漏极之间的源场板,其中,源
场板的一端设置有第一欧姆金属,第一欧姆金属与源场板电学连接,并与源极间隔设置,在
半导体外延层上还形成有第一电阻区,第一电阻区由非金属构成,并具有导电性,第一欧姆
金属与源极通过第一电阻区电学连接。相较于现有技术,本发明通过额外设置第一欧姆金
属,并形成第一电阻区,使得第一欧姆金属与源极通过第一电阻区电学连接,从而实现了源
场板和源极之间的电学连接,栅极顶部无需额外设置连接金属桥结构,避免了连接金属桥
部分产生栅极‑源极寄生电容,同时由于栅极顶部表面并未额外设置金属桥、器件表面更加
平整,使得介质层覆盖能够更加完整、均匀,并避免了应力集中的问题,提升了器件的抗湿
气能力。
附图说明
范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这
些附图获得其他相关的附图。
姆金属;135‑源互连金属;140‑漏极;141‑漏焊盘;143‑漏欧姆金属;145‑漏互连金属;150‑
栅极;151‑栅焊盘;160‑源场板;170‑第一电阻区;171‑第一欧姆金属;173‑第一二维电子
气;180‑第二电阻区;181‑第二欧姆金属;183‑第二二维电子气。
具体实施方式
本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施
例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范
围。
位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元
件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
连接方式一方面使得正面结构过多,跨过栅极金属的源极金属连接桥容易造成栅极‑源极
寄生电容,影响器件性能,另一方面,连接金属桥立体结构处更加不平整、介质层覆盖不良、
应力集中,导致这些位置抗湿气能力差,容易导致HAST失效。
未直接电连接,导致其无法及时进行器件的CP测试,不能及时发现制程异常,导致浪费。
决了金属连接桥带来的一系列问题,并且能够实现多个源极电连接为一体,从而使得其能
够进行CP测试,能够及时发现制程异常、避免浪费。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发
明的实施例中的特征可以相互结合。
题。此外,其还能够在无背面通孔时即进行关态的CP测试,有利于及时发现制程异常、避免
浪费。
侧,源极130、漏极140和栅极150均设置在半导体外延层120远离衬底110的一侧,且源场板
160也设置在半导体外延层120远离衬底110的一侧,并位于源极130和漏极140之间,其中,
源场板160的一端设置有第一欧姆金属171,第一欧姆金属171与源场板160电学连接,并与
源极130间隔设置,且半导体外延层120上具有分别延伸至第一欧姆金属171和源极130的第
一电阻区170,第一电阻区170由非金属构成,并具有导电性,且第一欧姆金属171与源极130
通过第一电阻区170电学连接,具体地,第一电阻区170对应的半导体外延层120内形成有第
一二维电子气173,第一欧姆金属171与源极130通过第一二维电子气173电学连接。
晶硅等非金属导电材料,从而使得第一电阻区170实现了导电性。
姆金属171,并形成第一电阻区170,使得第一欧姆金属171与源极130通过第一二维电子气
173电学连接,从而实现了源场板160和源极130之间的电学连接,无需额外设置连接金属桥
结构,避免了连接金属桥部分产生栅极150‑源极130寄生电容,同时由于第一电阻区170所
在的半导体外延层120的表面并未额外设置金属桥,使得介质层125覆盖能够更加完整,并
避免了应力集中的问题,提升了器件的抗湿气能力。
知的任何其他能够生长半导体外延层120的材料。优选地,本实施例中衬底110采用蓝宝石。
同时,半导体外延层120均采用III‑V族氮化物制成,例如采用GaN、AlGaN、InAlN或AlN中的
一种或多种。
接,且半导体外延层120上还具有分别延伸至相邻两个第二欧姆金属181的第二电阻区180,
第二电阻区180对应的半导体外延层120内形成有第二二维电子气183,相邻的第二欧姆金
属181通过第二二维电子气183电学连接。具体地,源极130为三个、漏极140为两个,源极130
和漏极140交错设置,同时每个源极130与相邻的漏极140之间均设置有栅极150,源场板160
为4个,并分布在源极130和漏极140间的沟道中,每个源场板160的一端设置有第一欧姆金
属171,第一欧姆金属171通过第一二维电子气173实现与相邻源极130之间的电学连接,另
一端设置有第二欧姆金属181,两个相邻的第二欧姆金属181通过第二二维电子气183实现
电学连接,使得4个源场板160能够通过二维电子气有效地电学连接为一体,进而使得3个源
极130也能够电学连接为一体,使得其在不做背面通孔的情况下,同样能够实现CP测试。当
然,此处对于源极130、漏极140、栅极150以及源场板160的数量仅仅是举例说明,并不起到
限定作用。
区120b设置于第一电阻区170、第二电阻区180和电极区120a周围,绝缘区120b对应的半导
体外延层120的阻值大于第一电阻区170、第二电阻区180以及电极区120a对应的半导体外
延层120的阻值。具体地,电极区120a用于容纳金属电极和源场板160,且源场板160的两端
部分伸出电极区120a,第一电阻区170由源场板160的一端延伸至相邻的源极130边缘,第二
电阻区180由源场板160的另一端延伸至相邻的源场板160,在器件制备时,可以在形成源场
板160之前先在预定位置制备第一欧姆金属171和第二欧姆金属181,然后形成源场板160,
在制备第一欧姆金属171和第二欧姆金属181之前,可以通过离子注入隔离工艺或台面刻蚀
工艺形成绝缘区120b、第一电阻区170和第二电阻区180,其中,第一电阻区170和第二电阻
区180均为局部未注入区域或未被刻蚀区域,其能够保证对应位置的半导体外延层120内具
有二维电子气或具有掺杂导电性。
焊盘141和栅焊盘151分别位于电极区120a的两侧,漏焊盘141与漏极140连接,栅焊盘151与
栅极150连接,其分布情况与常规的器件一致。
Transistor,简称HEMT)、绝缘衬底110上的硅(Silicon‑On‑Insulator,简称SOI)结构的晶
体管、砷化镓(GaAs)基的晶体管以及金属氧化层半导体场效应晶体管(Metal‑Oxide‑
Semiconductor Field‑Effect Transistor,简称MOSFET)、金属绝缘层半导体场效应晶体
管(Metal‑Semiconductor Field‑Effect Transistor,简称MISFET)、双异质结场效应晶体
管(Double Heterojunction Field‑Effect Transistor,简称DHFET)、结型场效应晶体管
(Junction Field‑Effect Transistor ,简称JFET),金属半导体场效应晶体管(Metal‑
Semiconductor Field‑Effect Transistor,简称 MESFET),金属绝缘层半导体异质结场效
应晶体管(Metal‑Semiconductor Heterojunction Field‑Effect Transistor ,简称
MISHFET)或者其他场效应晶体管。
极140和栅极150均设置在第二半导体层123上,第一欧姆层设置在第一电阻区170对应的第
二半导体层123上,且第一电阻区170对应的第一半导体层121和第二半导体层123形成异质
结结构,并在界面处形成有第一二维电子气173,第二欧姆层设置在第二电阻区180对应的
第二半导体层123上,第二电阻区180对应的第一半导体层121和第二半导体层123形成异质
结结构,并在界面处形成有第二二维电子气183。具体地,电极区120a、第一电阻区170和第
二电阻区180均为未注入区域,未注入区域内的第一半导体层121构成了沟道层,第二半导
体层123构成了势垒层,沟道层和势垒层的界面处形成有二维电子气,其中第一电阻区170
内形成第一二维电子气173,第二电阻区180内形成第二二维电子气183,第一二维电子气
173和第二二维电子气183均构成电阻结构,以在通电状态下分别实现源极130和源场板160
之间、相邻的源场板160之间的电学连接。
分别与第一欧姆金属171和第二欧姆金属181电接触。具体地,在制备时,首先在预定位置形
成第一欧姆金属171和第二欧姆金属181,然后在器件正面整体覆盖形成介质层125,再开口
出电极开口和欧姆金属开口,从而依次形成完整的金属电极和源场板160,使得源场板160
的两端分别与第一欧姆金属171和第二欧姆金属181电接触。
电阻区180均避开了漏极140的区域,从而避免了漏极140与第一欧姆金属171或第二欧姆金
属181电学连接。需要说明的是,本实施例中对于第一电阻区170和第二电阻区180的具体形
状、尺寸均不作具体限定,优选地,第一电阻区170和第二电阻区180均为矩形,矩形可以延
伸至第一欧姆金属171和第二欧姆金属181,且第一电阻区170延伸至源极130的边缘。
至源欧姆金属133,以使第一欧姆金属171通过第一二维电子气173与源欧姆金属电学连接。
漏极140包括漏欧姆金属143和漏互连金属145,漏欧姆金属143设置在半导体外延层120上,
漏互连金属145设置在漏欧姆金属143上,漏欧姆金属143与第一电阻区170间隔设置。具体
地,源极130欧姆金属也可以直接形成在第二半导体层123上,然后覆盖介质层125,并后续
开口后形成源互连金属135,且源欧姆金属所在位置处的半导体外延层120内部也具有二维
电子气,该二维电子气延伸至第一电阻区170对应位置,从而使得第一欧姆金属171能够通
过第一二维电子气173与源欧姆金属电学连接。
底110上形成半导体外延层120,在半导体外延层120上形成源极130、栅极150和漏极140,并
在半导体外延层120上形成位于源极130和漏极140之间的源场板160,其中,源场板160的两
端分别设置有第一欧姆金属171和第二欧姆金属181,第一欧姆金属171和第二欧姆金属181
均与源场板160电学连接,并与源极130间隔设置,在半导体外延层120上还形成有第一电阻
区170和第二电阻区180,第一电阻区170对应位置处的半导体外延层120内形成有第一二维
电子气173,第二电阻区180对应位置处的半导体外延层120内形成有第二二维电子气183,
第一欧姆金属171与源极130通过第一二维电子气173电学连接。相较于现有技术,本实施例
通过额外设置第一欧姆金属171,并形成第一电阻区170,使得第一欧姆金属171与源极130
通过第一二维电子气173电学连接,从而实现了源场板160和源极130之间的电学连接,无需
额外设置连接金属桥结构,避免了连接金属桥部分产生栅极150‑源极130寄生电容,同时由
于栅极150表面并未额外设置金属桥,使得栅极150顶部更加平整,介质层125覆盖能够更加
完整,并避免了应力集中的问题,提升了器件的抗湿气能力。同时由于通过第二二维电子气
183实现了相邻源场板160的电学连接,进而能够使得多个源极130电连接为一体,在未做背
面通孔的情况下,也能够实现CP测试。
顶部结构处介质层125覆盖不良、应力集中的问题。此外,其还能够在无背面通孔时即进行
关态的CP测试,有利于及时发现制程异常、避免浪费。该方法包括以下步骤:
气相沉积)、VPE(Vapour Phase Epitaxy,气相外延)、MOCVD(Metal‑organic Chemical
Vapor Deposition,金属有机化合物化学气相沉积)、LPCVD(Low Pressure Chemical
Vapor Deposition,低压力化学气相沉积)、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor
Deposition,等离子体增强化学气相沉积)、PLD(Pulsed Laser Deposition,脉冲激光沉
积)、原子层外延、MBE(Molecular Beam Epitaxy,分子束外延)等。
第一电阻区170和第二电阻区180。
180、电极区120a。当然,此处也可以采用台面刻蚀工艺,未刻蚀区域则形成了第一电阻区
170、第二电阻区180、电极区120a。第一电阻区170和第二电阻区180内的第一半导体层121
构成了沟道层,第二半导体层123构成了势垒层,并在界面处形成二维电子气,从而形成了
第一二维电子气173、第二二维电子气183,同时在电极区120a内形成二维电子气。
姆金属143均设置在预设位置处,其中欧姆金属均可以采用Ti/Al/Ni/Au材料,使得在半导
体外延层120与欧姆金属界面处形成良好的欧姆接触。
去除介质层125,形成开口,然后在开口处和栅极顶部预设位置处完成源互连金属135、漏互
连金属145和源场板160的制备,实现源场板160与第一欧姆金属171电学连接、源场板160与
第二欧姆金属181电学连接、源互连金属135与源欧姆金属133电学连接、漏互连金属145与
漏欧姆金属143电学连接。
金属181分别设置在源场板160的两端。
140间隔设置,且第二欧姆金属181与源场板160电学连接。
第一二维电子气173,第一欧姆金属171与源极130通过第一二维电子气173电学连接。同时
在半导体外延层120上形成分别延伸至相邻两个第二欧姆金属181的第二电阻区180,第二
电阻区180对应的半导体外延层120内形成有第二二维电子气183,相邻的第二欧姆金属181
通过第二二维电子气183电学连接。
层120上形成源极130、栅极150和漏极140,并在半导体外延层120上形成位于源极130和漏
极140之间的源场板160,其中,源场板160的一端设置有第一欧姆金属171,第一欧姆金属
171与源场板160电学连接,并与源极130间隔设置,在半导体外延层120上还形成有第一电
阻区170,第一电阻区170对应位置处的半导体外延层120内形成有第一二维电子气173,第
一欧姆金属171与源极130通过第一二维电子气173电学连接。本实施例通过额外设置第一
欧姆金属171,并形成第一电阻区170,使得第一欧姆金属171与源极130通过第一二维电子
气173电学连接,从而实现了源场板160和源极130之间的电学连接,无需额外设置连接金属
桥结构,避免了连接金属桥部分产生栅极150‑源极130寄生电容,同时由于栅极150的顶部
表面并未额外设置金属桥,使得介质层125覆盖能够更加完整,并避免了应力集中的问题,
提升了器件的抗湿气能力。
涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为
准。