功率半导体器件及其制作方法与流程

本发明涉及半导体元器件技术，尤其涉及一种功率半导体器件及其制作方法。

背景技术：

随着高效完备的功率转换电路和系统需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件越来越受到业界的关注。

gan(氮化镓)是第三代宽禁带半导体材料，由于其具有大禁带宽度、高电子饱和速率、高击穿电场，较高热导率，耐腐蚀和抗辐射性能，在高压、高频、高温、大功率和抗辐照环境条件下具有较强的优势，被认为是研究短波光电子器件和高压高频率大功率器件的最佳材料。gan基algan/gan(algan为氮化镓铝)材料的大功率半导体器件是研究的热点，这是因为algan/gan异质结处能形成高浓度、高迁移率的2deg(two-dimensionalelectrongas，二维电子气),同时异质结对2deg具有良好的调节作用。

目前，大部分功率半导体器件使用贵重的金作为电极材料，导致制作成本较高。例如，在制作algan/gan高电子迁移率晶体管的源/漏电极时，通常先形成ti(钛)/al(铝)/x/au(金，x通常是ni,ta,ti等)的复合层，再进行光刻获得图案化的源/漏电极，之后需要进行快速退火工艺以形成导电性能优良的合金电极。位于最上层的金能防止退火过程中电极被氧化。

技术实现要素：

本发明提供一种功率半导体器件及其制作方法，解决了在制作电极的过程中为了防止退火时电极被氧化而采用含金的材料导致制作成本较高的问题。

本发明实施例一方面提供一种功率半导体器件，包括：

半导体有源层、覆盖在所述半导体有源层上的第一介质层；

穿过所述第一介质层，且与所述半导体有源层欧姆接触的电极，所述电极包括自下而上依次形成的第一ti层、al层、第二ti层和tin层。

本发明实施例另一方面提供一种功率半导体器件的制作方法，包括：

形成半导体有源层；

在所述半导体有源层上形成第一介质层；

形成穿过所述第一介质层，且与所述半导体有源层欧姆接触的电极，所述电极包括自下而上依次形成的第一ti层、al层、第二ti层和tin层。

本发明提供的功率半导体器件中，与半导体有源层欧姆接触的电极的材料包括自下而上依次形成的ti层、al层、ti层和tin层，实验表明其中最外层的tin层的表面形貌比较好，且形成的电极接触电阻比较小，而且，由于电极材料中不含金，因此能显著降低电极的制作成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例一提供的一种功率半导体器件的剖面示意图；

图2为实施例一提供的另一种功率半导体器件的剖面示意图；

图3为实施例一提供的又一种功率半导体器件的剖面示意图；

图4为实施例二提供的功率半导体器件的制作方法的流程图；

图5a～图5g为本发明实施例三提供的功率半导体器件的制作方法中各步骤形成的结构示意图；

图6a～图6g为本发明实施例四提供的功率半导体器件的制作方法中各步骤形成的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

实施例一

图1为实施例一提供的一种功率半导体器件的剖面示意图；图2为实施例一提供的另一种功率半导体器件的剖面示意图；图3为实施例一提供的又一种功率半导体器件的剖面示意图。

如图1所示，功率半导体器件包括半导体有源层11和覆盖在半导体有源层11上的第一介质层12。该功率半导体器件还包括穿过第一介质层12，且与半导体有源层11欧姆接触的电极13，该电极13包括自下而上依次形成的第一ti层131、al层132、第二ti层133和tin(氮化钛)层134。

欧姆接触是指金属与半导体的接触，而其接触面的电阻值远小于半导体本身的电阻，使得形成有该欧姆接触的器件在操作时，大部分的电压降在金属和半导体内的有源区(activeregion)，而不在接触面。

上述实施中的电极13的材料中不含金，实验表明，用该材料形成的电极中最外层的tin层的表面形貌比较好，且形成的电极接触电阻比较小。

上述实施例中，半导体有源层11可以包括自下而上依次形成的衬底111、gan层112和algan层113，电极13与algan层113接触。衬底可以包括但不限于sic、si或者蓝宝石。作为功率半导体器件(如高电子迁移率晶体管、肖特基二极管)的半导体有源层11，其中在衬底11和gan层112之间还可以形成一个成核层(图中未示出)，该成核层的材料一般为aln，gan层112通常被称为缓冲层，该层还可以是algan与gan的复合层。algan层113通常被称为势垒层，该层还可以是包括aln插入层的algan层，也可以包括gan盖帽层。在gan层112和algan层113之间的界面处存在一个二维形态的薄电子层称之为二维电子气(2deg)，该二维电子气表现出较高的电子迁移率特性，因此由具有gan层112和algan层113的半导体有源层11形成的功率半导体器件具备高电子迁移率的特征。

上述实施例中，第一介质层12可以包括自下而上依次形成的si3n4层121和peteos(plasma-enhancedtetraethy-lortho-silicate，四乙氧基硅烷的等离子增强沉积)层122，以保证电极13与其它导电组件(图中未示出)之间可靠的电绝缘。

上述实施例中，电极13的底部可以嵌入在半导体有源层11中(图中未示出)，使得电极13与半导体有源层11的接触面积增大，从而降低了接触电阻。

上述实施例中，第一ti层的厚度可以为200埃，al层的厚度可以为1200埃，第二ti层的厚度可以为200埃，tin层的厚度为可以200埃，以此材料形成的电极13兼顾了低廉的成本与优异的导电性能。

本实施例中，功率半导体器件可以为的高电子迁移率晶体管，如图2所示，上述实施例中的电极13包括源电极21和漏电极22.且该功率半导体器件还包括穿过第一介质层12，且与半导体有源层11接触的栅电极23，以及覆盖在栅电极23、源电极21和漏电极22上的第二介质层54。其中，栅电极23位于源电极21和漏电极22之间。由此，栅电极23、源电极21、漏电极22、第一介质层12及半导体有源层11一起形成高电子迁移率晶体管的主要结构。

本实施例中，功率半导体器件还可以为肖特基二极管，如图3所示，上述实施例中的电极13为阴极。且功率半导体器件还包括：穿过第一介质层12，且与半导体有源层11接触的阳极62，以及覆盖在阴极13、阳极31上的第三介质层63。由此，阴极13、阳极62、第一介质层12及半导体有源层11一起形成肖特基二极管的主要结构。

本实施例提供的功率半导体器件中，与半导体有源层欧姆接触的电极的材料包括自下而上依次形成的ti层、al层、ti层和tin层，实验表明其中最外层的tin层的表面形貌比较好，且形成的电极接触电阻比较小，而且，由于电极材料中不含金，因此能显著降低电极的制作成本。

实施例二

图4为实施例二提供的功率半导体器件的制作方法的流程图。如图4所示，该方法包括如下步骤。

步骤401、形成半导体有源层。

步骤402、在半导体有源层上形成第一介质层。

步骤403、形成穿过第一介质层，且与半导体有源层欧姆接触的电极，电极包括自下而上依次形成的第一ti层、al层、第二ti层和tin层。

其中，半导体有源层、第一介质层的具体组成如实施一中所述，在此不再赘述。

本实施例提供的功率半导体器件的制作方法中，形成了功率半导体器件，该器件中与半导体有源层欧姆接触的电极的材料包括自下而上依次形成的ti层、al层、ti层和tin层，实验表明其中最外层的tin层的表面形貌比较好，且形成的电极接触电阻比较小，而且，由于电极材料中不含金，因此能显著降低电极的制作成本。

实施例三

图5a～图5g为本发明实施例三提供的功率半导体器件的制作方法中各步骤形成的结构示意图。如图5a～图5g所示，该方法形成的功率半导体器件为图2所示的高电子迁移率晶体管，电极包括源电极和漏电极，该方法包括如下步骤。

步骤501、形成半导体有源层11。

如图5a所示，该半导体有源层11包括自下而上依次形成的衬底111、gan层112和algan层113。

步骤502、在半导体有源层11上形成第一介质层12。

如图5b所示，该第一介质层12包括自下而上依次形成的si3n4层121和peteos层122。

步骤503、利用光刻工艺对第一介质层12进行刻蚀，在第一介质层12上形成暴露半导体有源层11的第一接触孔51和第二接触孔52。

该步骤如图5c所示，其中的光刻工艺为现有技术，包括光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀、除胶等步骤，在此不再赘述。其中的刻蚀步骤优选采用干法刻蚀。

其中，在使用光刻工艺形成接触孔时，除了在第一介质层12中进行刻蚀外，还可以继续在半导体有源层11中进行刻蚀，当半导体有源层11包括自下而上依次形成的衬底111、gan层112和algan层113时，在半导体有源层11中进行刻蚀后，去除部分最上层的algan层113，这样可以使后续步骤中形成的源电极21和漏电极22的底部嵌入在该半导体有源层11中。以此来提高源电极21和漏电极22的导电性。

步骤504、依次用氢氟酸、第一清洗液及第二清洗液对暴露的表面进行清洗；第一清洗液包括氨水和双氧水，第二清洗液包括盐酸和双氧水。

具体地，用氢氟酸对暴露的表面进行清洗的目的是去除暴露的si材料表面的自然氧化膜，而附着在自然氧化膜上的金属也被溶解到氢氟酸中，同时氢氟酸抑制了氧化膜的形成，此过程产生氟化氢和废氢氟酸。包括氨水和双氧水的第一清洗液通常被称为sc1清洗液，它用来去除si材料表面的颗粒。包括盐酸和双氧水的第二清洗液通常被称为sc2清洗液，它用来去除暴露表面的杂质粒子。

步骤505、在第一介质层12上形成第一金属层53，第一金属层53包括自下而上依次形成的第一ti层、al层、第二ti层和tin层。

该步骤如图5d所示，可采用现有的磁控溅射镀膜工艺。

步骤506、利用光刻工艺对第一金属层53进行刻蚀，形成源电极21和漏电极22，该源电极21在第一接触孔51中与半导体有源层11接触，该漏电极22在第二接触孔52中与半导体有源层11接触。

该步骤如图5e所示，其中使用的电极材料中不含金，实验表明，用该材料形成的电极中最外层的tin层的表面形貌比较好，且形成的电极接触电阻比较小。

步骤507、在840℃的条件下，在n2氛围内对已形成的源电极21和漏电极22退火30秒。

退火操作的目的是使用于形成源电极21和漏电极22的金属层形成合金，从而使导电性能进一步提升。

步骤508、形成穿过第一介质层12，且与半导体有源层11接触的栅电极23。

如图5f所示，形成栅电极23的步骤与形成源电极21和漏电极22的步骤类似，都需要用到两次光刻工艺，第一次光刻工艺在第一介质层12上形成栅电极接触孔，形成栅电极金属层后，利用第二次光刻工艺去掉不用的栅电极金属层后形成栅电极23。

步骤509、在第一介质层12、源电极21、漏电极22、栅电极23上形成第二介质层54。

如图5g所示，该第二介质层54包括si3n4层。

由本实施例所述方法制作而成的功率半导体器件为高电子迁移率晶体管，其中，与半导体有源层欧姆接触的电极的材料包括自下而上依次形成的ti层、al层、ti层和tin层，实验表明其中最外层的tin层的表面形貌比较好，且形成的电极接触电阻比较小，而且，由于电极材料中不含金，因此能显著降低电极的制作成本。

实施例四

图6a～图6g为本发明实施例四提供的功率半导体器件的制作方法中各步骤形成的结构示意图。如图6a～图6g所示，该方法形成的功率半导体器件为图3所示的肖特基二极管，电极为阴极，该方法包括如下步骤。

步骤601、形成半导体有源层11。

如图6a所示，该半导体有源层11包括自下而上依次形成的衬底111、gan层112和algan层113。

步骤602、在半导体有源层11上形成第一介质层12。

如图6b所示，该第一介质层12包括自下而上依次形成的si3n4层121和peteos层122。

步骤603、利用光刻工艺对第一介质层12进行刻蚀，在第一介质层12上形成暴露半导体有源层11的第一接触孔61。

该步骤如图6c所示，其中的光刻工艺为现有技术，包括光刻胶涂覆、曝光、显影、刻蚀、除胶等步骤，在此不再赘述。

其中，在使用光刻工艺形成接触孔时，除了在第一介质层中进行刻蚀外，还可以继续在半导体有源层11中进行刻蚀，当半导体有源层11包括自下而上依次形成的衬底111、gan层112和algan层113时，在半导体有源层11中进行刻蚀后，去除部分最上层的algan层113，这样可以使后续步骤中形成的阴极13的底部嵌入在该半导体有源层11中。以此来提高阴极13的导电性。

步骤604、依次用氢氟酸、第一清洗液及第二清洗液对暴露的表面进行清洗；第一清洗液包括氨水和双氧水，第二清洗液包括盐酸和双氧水。

具体地，用氢氟酸对暴露的表面进行清洗的目的是去除暴露的si材料表面的自然氧化膜，而附着在自然氧化膜上的金属也被溶解到氢氟酸中，同时 氢氟酸抑制了氧化膜的形成，此过程产生氟化氢和废氢氟酸。包括氨水和双氧水的第一清洗液通常被称为sc1清洗液，它用来去除si材料表面的颗粒。包括盐酸和双氧水的第二清洗液通常被称为sc2清洗液，它用来去除暴露表面的杂质粒子。

步骤605、在第一介质层12上形成第一金属层53，第一金属层53包括自下而上依次形成的第一ti层、al层、第二ti层和tin层。

该步骤如图6d所示，可采用现有磁控溅射镀膜工艺。

步骤606、利用光刻工艺对第一金属层53进行刻蚀，形成阴极13，该阴极13在第一接触孔61中与半导体有源层11接触。

该步骤如图6e所示，其中使用的电极材料中不含金，实验表明，用该材料形成的电极中最外层的tin层的表面形貌比较好，且形成的电极接触电阻比较小。

步骤607、在840℃的条件下，在n2氛围内对已形成的源电极21和漏电极22退火30秒。

退火操作的目的是使用于形成阴极13的金属层形成合金，从而使导电性能进一步提升。

步骤608、形成穿过第一介质层12，且与半导体有源层11接触的阳极62。

如图6f所示，形成阳极61的步骤与形成阴极13的步骤类似，都需要用到两次光刻工艺，第一次光刻工艺在第一介质层12上形成阳极接触孔，形成阳极金属层后，利用第二次光刻工艺去掉不用的阳极金属层后形成阳极62。

步骤609、在第一介质层12、阴极13、阳极61上形成第二介质层63。

如图5g所示，该第二介质层63包括si3n4层。

由本实施例所述方法制作而成的功率半导体器件为肖特基二极管，其中，与半导体有源层欧姆接触的电极的材料包括自下而上依次形成的ti层、al层、ti层和tin层，实验表明其中最外层的tin层的表面形貌比较好，且形成的电极接触电阻比较小，而且，由于电极材料中不含金，因此能显著降低电极的制作成本。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。