具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件的制作方法

本发明涉及一种半导体元件，特别是涉及一种具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件。

背景技术：

参阅图1，现有的水平式半导体元件1包含一基板11、一设置于该基板11上的绝缘缓冲层12、一形成于该绝缘缓冲层12上并包括一第一氮化物半导体层131与一第二氮化物半导体层132的磊晶单元13、两相间隔地设置于该磊晶单元13上的第一电极14与第二电极15、一覆盖该第一电极14与该第二电极15的绝缘层16，及两贯穿该绝缘层16而分别与该第一电极14及该第二电极15电连接的第一接触电极17与第二接触电极18。

一般而言，该第一接触电极17与该第二接触电极18的面积通常会大于该第一电极14与该第二电极15，用于方便后续将该水平式半导体元件1电连接于其它元件或装置。

然而，目前电子装置日趋轻薄短小，就商业上的考量而言，以现有的该水平式半导体元件1应用于电子装置时，仍会因该第一接触电极17与该第二接触电极18的设置位置及面积大小，而具有制作耗面积及制程繁复的缺点。因此，改良现有的该水平式半导体元件1的结构，是本领域技术人员所待解决的课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件。

本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件，包含：一个基板、一层绝缘缓冲层、一个磊晶单元、一个第一电极，及一个第二电极。该基板具有导电性并包括一个第一表面。该绝缘缓冲层设置于该基板的该第一表面。该磊晶单元设置于该绝缘缓冲层上。该第一电极设置于该磊晶单元上。该第二电极包括一个与该第一电极间隔设置并位于该磊晶单元上的第一电极部，及一个自该第一电极部延伸而与该基板的该第一表面相接触的第二电极部。

本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件，该基板还包括一个相反该第一表面的第二表面，该第二电极还包括一个设置于该基板的该第二表面的第三电极部。

本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件，还包含一层设置于该磊晶单元上而位于该第一电极与该第一电极部之间的表面钝化层，及一个贯穿该表面钝化层而与该磊晶单元相接触的第三电极。

本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件，该基板选自n型半导体基板与p型半导体基板其中一者。

本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件，该第二电极部是自该磊晶单元的边缘向下延伸至该基板的该第一表面，该具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件还包含一绝缘部，该绝缘部设置于该磊晶单元与该第二电极部之间。

本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件，该第二电极部是贯穿该磊晶单元及该绝缘缓冲层而与该基板的该第一表面接触。

本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件，该磊晶单元包括一形成于该绝缘缓冲层上的第一氮化物半导体层，及一形成于该第一氮化物半导体层上的第二氮化物半导体层。

本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件，该第一氮化物半导体层选自氮化镓，该第二氮化物半导体层选自氮化铝镓。

本发明的有益效果在于：通过自该第一电极部延伸而与该基板相接触的第二电极部，使第二电极延伸至基板，而让该水平式半导体元件的两电极位于基板的两相反面，从而减少元件面积的使用，并同时降低制作接触电极的复杂程度。

附图说明

图1是一示意图，说明现有一水平式半导体元件的结构；

图2是一示意图，说明本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件的一第一实施例；

图3是一示意图，说明本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件的一第二实施例；

图4是一示意图，说明本发明该第二实施例的另一实施态样；

图5是一示意图，说明本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件的一第三实施例；

图6是一示意图，说明于本发明该第一实施例上设置一绝缘层及一接触电极；

图7是一电流密度对正向电压关系图，说明该第一实施例与现有水平式半导体元件的导通特性；

图8是一电流密度对正向电压关系图，说明该第一实施例与现有水平式半导体元件导通特性；及

图9是一电流密度对逆向电压关系图，说明该第一实施例与现有水平式半导体元件的崩溃电压特性曲线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图2，本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件2的一第一实施例，包含一基板21、一绝缘缓冲层22、一磊晶单元23、一第一电极24、一第二电极25，及一表面钝化层26。

具体地说，该基板21具有导电性，并包括一第一表面211，及一相反该第一表面211的第二表面212，该绝缘缓冲层22设置于该基板21的该第一表面211，该磊晶单元23设置于该绝缘缓冲层22上，并包括一形成于该绝缘缓冲层22上的第一氮化物半导体层231，及一形成于该第一氮化物半导体层231上的第二氮化物半导体层232。该第一电极24设置于该磊晶单元23上，该第二电极25包括一与该第一电极24间隔设置并位于该磊晶单元23上的第一电极部251、一自该第一电极部251延伸而与该基板21的该第一表面211相接触的第二电极部252，及一设置于该基板21的该第二表面212的第三电极部253。该表面钝化层26设置于该磊晶单元23上而位于该第一电极24与该第一电极部251之间。其中，于本实施例中，该第一电极24为肖特基接触，而该第一电极部251与该第二电极部252则为欧姆接触，但不以此为限。

本实施例通过将该第一电极部251自该磊晶单元23的边缘向下延伸出该第二电极部252与具有导电性的基板21相接触，而能于该基板21的该第二表面212设置该第三电极部253，从而让该第一电极部251经由该基板21延伸导通至该第三电极部253而作为与外界电连接的电极，也就是说，本实施例的结构设计是将现有的水平式半导体元件1(见图1)的其中一个接触电极制作于该基板21的背面，而能减少元件整体的晶片尺寸。

适用于该第一实施例的该基板21的材料选用并无特别限制，只要具有导电性便可，较佳地，该基板21可选自具重掺杂的n型半导体材料或p型半导体材料，更佳地，可选用n型硅(si)基板或p型硅(si)基板。该绝缘缓冲层22与该表面钝化层26的材料选用也无特别限制，只要具有绝缘特性的材料便可，较佳地，于本实施例中，该绝缘缓冲层22的材料是使用碳或铁掺杂的氮化镓/氮化铝镓复合结构，而该表面钝化层26则是使用二氧化硅为例作说明。此外，该磊晶单元23的该第一氮化物半导体层231与该第二氮化物半导体层232是分别选用氮化镓(gan)及氮化铝镓(algan)为例作说明，其中，以氮化镓与氮化铝镓构成的半导体元件所具有的特性为本领域技术人员所周知，于此不加以赘述。

参阅图3与图4，本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件2的一第二实施例的结构大致相同于该第一实施例，其不同处在于，该第二实施例还包含一设置于该磊晶单元23与该第二电极部252之间的绝缘部27，而该第一电极24为欧姆接触，该第一电极部251与该第二电极部252则为肖特基接触，但不以此为限，该第一电极24及该第一电极部251与该第二电极部252的接触特性也可相互置换。详细地说，该第二实施例是于该基板21上形成该绝缘缓冲层22与该磊晶单元23，并在形成该第一电极部251与该第二电极部252前，会先将该绝缘部27视情况地形成如图3或图4的态样，选择性地于该磊晶单元23与该绝缘缓冲层22的侧壁形成该绝缘部27后，再形成该第一电极部251与该第二电极部252，借此抑制从该磊晶单元23及该绝缘缓冲层22流至该第一电极部251与该第二电极部252任何不被预期的漏电流，从而提升元件的可靠度。

参阅图5，本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件2的一第三实施例的结构大致相同于该第一实施例，其不同处在于，该第三实施例还包含一贯穿该表面钝化层26而与该磊晶单元23相接触并位于该第一电极24与该第一电极部251之间的第三电极28。详细地说，当形成该第三电极28时，本实施例的该半导体元件实质上等同于一高电子迁移率场效电晶体(hemt)元件，从而可将该第一电极24与该第二电极25分别视为源极或漏极，而将该第三电极28视为栅极；当该第一电极24为源极时，该第二电极25则为漏极而实质的位于该基板21的第二表面212；而当该第一电极24为漏极时，该第二电极25则为源极而实质的位于该基板21的第二表面212。要说明的是，该第三电极28能以各种结构与该磊晶单元23相接触而无特别限制，可为任何适用于高电子迁移率场效电晶体(hemt)元件的栅极结构。于本实施例中，是以贯穿该表面钝化层26而于该磊晶单元23的该第二氮化物半导体层232上先形成一第三氮化物半导体层281，再于该第三氮化物半导体层281上形成一金属层282，从而构成该第三电极28为例作说明，其中，本实施例的该第三氮化物半导体层281是以p型氮化镓为例作说明。

参阅图6，以该第一实施例的水平式半导体元件2为例作说明，为了元件的后续应用，会于该水平式半导体元件2上形成一覆盖该磊晶单元23、该第一电极24与该第一电极部251的绝缘层29，再形成一设置于该绝缘层29上并贯穿该绝缘层29而与该第一电极24相接触的接触电极30。要说明的是，该第二电极25的该第二电极部252实际上可透过深蚀刻方式来贯穿该磊晶单元23与该绝缘缓冲层22而电连接至该基板21的该第一表面211。

详细地说，通过设置该绝缘层29以保护该水平式半导体元件2，并透过将该接触电极30贯穿该绝缘层29而与该第一电极24相接触且将形成于该绝缘层29上的部分接触电极30面积延伸扩大，从而让该水平式半导体元件2于后续应用能易于与外界电连接。此外，由于本发明的该水平式半导体元件2具有垂直型跨接结构电极，通过将该第一电极部251透过该基板21导通至该第二电极部252，从而使本发明该水平式半导体元件2与外界电连接的两电极(该接触电极30与该第三电极部253)为分别位于该基板21的两相反侧，而能减少整体元件面积使用与缩小元件体积，并同时降低制作与外界电连接的电极的复杂程度。因此，如图6所示，该绝缘层29可完全覆盖该第一电极部251，而无需再制作另一个贯穿该绝缘层29而与该第一电极部251接触的接触电极。

配合地参阅图7至图9，以该第一实施例的该水平式半导体元件2为例，并以该第一电极24与该第三电极部253作为电连接的电极，进行元件导通特性及崩溃电压特性的量测。由图7可知，与现有的水平式半导体元件1相较，其整体特性仍具有稳定的导通特性，由图8则可知，在反向偏压的漏电流特性相当，并不会导致漏电流上升。由图9则可知，以本发明该第一实施例进行崩溃电压特性测试时，本发明的该水平式半导体元件2的结构与现有的该水平式半导体元件1的崩溃电压特性相当。由此可知，本发明的结构改变除了有效减小元件的制作体积之外，还能维持元件的导通特性与崩溃电压特性。

综上所述，本发明具有垂直型跨接结构电极的水平式半导体元件，通过将该第一电极部251延伸出与具有导电性的该基板21相接触的该第二电极部252，从而将该第一电极部251导通至该基板21的该第二表面212并形成该第三电极部253，而作为与外界电连接的电极，此结构设计能让该水平式半导体元件2与外界电连接的两电极(该第一电极24与该第三电极部253)分别位于该基板21的两相反侧，从而减少元件面积的使用，并同时降低制作电极的复杂程度，故确实能达成本发明的目的。