功率器件及其制作方法与流程

1.本发明涉及半导体器件技术领域，更具体的说，涉及一种功率器件及其制作方法。


背景技术：

2.氮化镓(gan)作为一种宽禁带半导体材料，可以承受更高的工作电压，其功率密度以及可工作温度范围更高，因而gan制备的半导体器件具有高功率密度、低能耗、高频率以及高带宽的优点。
3.gan功率器件是一种常见的gan半导体器件。gan功率器件的工作电压较高，特别容易造成高压击穿，现有的gan半导体器件为了解决高压击穿问题，需要在gan功率器件的上方设置多层绝缘层叠的金属场板层。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明技术方案提供了一种功率器件及其制作方法，具体公开了如下方案：
5.一种功率器件，包括：
6.衬底；
7.设置在所述衬底表面的半导体层；
8.设置在所述半导体层表面的栅极、源极以及漏极，所述栅极位于所述漏极与所述源极之间；
9.覆盖所述栅极以及所述半导体层的栅极保护介质层，所述源极以及所述漏极露出所述栅极保护介质层；
10.覆盖所述栅极保护介质层的隔离绝缘介质层，所述隔离绝缘介质层具有开口，所述开口至少露出覆盖所述栅极的所述栅极保护介质层；在第一方向上，所述开口位于所述栅极与所述漏极之间的侧壁与所述栅极的距离由所述开口的底部至所述开口的顶部逐渐增大；所述第一方向平行于所述衬底；
11.金属场板层，所述金属场板层至少覆盖所述开口位于所述栅极与所述漏极之间的侧壁。
12.优选的，在上述功率器件中，所述半导体层包括：
13.设置在所述衬底表面的gan沟道层；
14.设置在所述gan沟道层表面的algan阻挡层；
15.其中，所述栅极位于所述algan阻挡层表面，所述栅极保护介质层覆盖所述栅极，所述栅极保护介质层具有两个位于所述栅极两侧的开口，两个所述开口露出所述algan阻挡层，分别用于设置所述源极以及所述漏极。
16.优选的，在上述功率器件中，所述源极以及所述漏极由同一导电层制备，所述隔离绝缘介质层的厚度大于所述导电层的厚度。
17.优选的，在上述功率器件中，所述隔离绝缘介质层的厚度范围是
18.优选的，在上述功率器件中，所述隔离绝缘介质层的材料为氧化物、或氮化硅、或氮化铝、或碳掺杂氧化硅。
19.优选的，在上述功率器件中，所述源极与所述金属场板层用于连接设定低电位，所述漏极用于连接设定高电位。
20.优选的，在上述功率器件中，所述金属场板层由所述开口位于所述栅极与所述漏极之间的侧壁延伸到所述开口外部，和/或至少覆盖部分所述漏极。
21.本发明还提供了一种功率器件的制作方法，所述制作方法包括：
22.提供一衬底；
23.在所述衬底表面形成半导体层；
24.在所述半导体层表形成栅极、源极以及漏极，所述栅极位于所述漏极与所述源极之间；所述栅极以及所述半导体层表面覆盖有栅极保护介质层，所述源极以及所述漏极露出所述栅极保护介质层；
25.形成隔离绝缘介质层，所述隔离绝缘介质层覆盖所述源极以及漏极，且具有开口，所述开口至少露出覆盖所述栅极的所述栅极保护介质层；所述开口位于所述栅极与所述漏极之间的侧壁与所述栅极在第一方向上的距离由所述开口的底部至所述开口的顶部逐渐增大；所述第一方向平行于所述衬底；
26.形成金属场板层，所述金属场板层至少覆盖所述开口位于所述栅极与所述漏极之间的侧壁。
27.优选的，在上述制作方法中，所述源极以及所述漏极由同一导电层制备，所述隔离绝缘介质层的厚度大于所述导电层的厚度。
28.优选的，在上述制作方法中，所述隔离绝缘介质层的厚度范围是
29.优选的，在上述制作方法中，所述隔离绝缘介质层的形成方法包括：
30.形成覆盖所述栅极保护介质层、所述源极以及所述漏极的所述隔离绝缘介质层；
31.在所述隔离绝缘介质层形成第一掩膜层；
32.基于所述第一掩膜层，对所述隔离绝缘介质层进行刻蚀，形成所述开口。
33.优选的，在上述制作方法中，所述金属场板层的形成方法包括：
34.形成覆盖所述隔离绝缘介质层、所述开口侧壁以及所述开口底部的所述金属场板层；
35.在所述金属场板层的表面形成第二掩膜层；
36.基于所述第二掩膜层，对所述金属场板层进行刻蚀，形成图案化的所述金属场板层。
37.优选的，在上述制作方法中，图案化的所述金属场板层由所述开口位于所述栅极与所述漏极之间的侧壁延伸到所述开口外部，和/或至少覆盖部分所述漏极。
38.通过上述描述可知，本发明技术方案提供的功率器件及其制作方法中，在栅极保护介质层上形成隔离绝缘介质层，所述隔离绝缘介质层具有开口，所述开口至少露出覆盖所述栅极的所述栅极保护介质层，在所述隔离绝缘介质层表面形成有金属场板层，所述金属场板层至少覆盖所述开口位于所述栅极与所述漏极之间的侧壁。可见，本发明技术方案通过在所述开口侧壁设置金属场板层，可以在栅极和漏极之间形成具有坡度的金属场板层，通过位于开口侧壁的连续的具有坡度的金属场板层代替传统多层场板结构，用于提高
功率器件的电场平衡性，而且无需多次场板制作工艺，使得制作工艺简单，制作成本低。
附图说明
39.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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
40.图1为一种具有多层绝缘层叠的金属场板层的功率器件的结构示意图；
41.图2为本发明实施例提供的一种功率器件的结构示意图；
42.图3-图13为本发明实施例提供的一种功率器件制作方法的工艺流程图。
具体实施方式
43.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，所描述的实施例仅仅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。
44.参考图1，图1为一种具有多层绝缘层叠的金属场板层的功率器件的结构示意图，图1所示功率器件包括：衬底11，设置在衬底11表面的沟道层12，设置在沟道层12表面的阻挡层13，设置在阻挡层13表面的电极结构。电极结构包括：栅极14、源极16以及漏极17，栅极14位于源极16和漏极17之间。栅极14表面覆盖有栅极保护介质层15，栅极保护介质层15在栅极14两侧分别具有开口，该两个开口漏出阻挡层13，分别用于设置源极16和漏极17。栅极保护介质层15上方设置有多层层爹设置的金属场板层19，相邻两金属场板层19之间以及栅极保护介质层15与相邻金属场板层19之间具有绝缘介质层18。
45.图1所示方式的功率器件虽然通过多层层叠设的金属场板层19提高耐压，避免高压击穿问题，但是，该结构的金属场板层对gan功率器件的电场平衡作用较差，而且多层金属场板层的制作工艺复杂，每层金属场板层19均需要单独制作一层绝缘介质层18，以及一层金属层，并通过刻蚀工艺刻蚀金属层形成需要图形结构的金属场板层19，工艺复杂，制作成本高。
46.为了解决上述问题，本发明实施例提供了一种功率器件及其制作方法，通过在隔离绝缘介质层形成特定开口，在所述开口侧壁设置金属场板层，可以在栅极和漏极之间形成具有坡度的金属场板层，通过位于开口侧壁的连续的具有坡度的金属场板层代替传统多层场板结构，在实现提高耐压避免击穿目的的同时，提高功率器件的电场平衡性，而且无需多次场板制作工艺，使得制作工艺简单，制作成本低。
47.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
48.参考图2，图2为本发明实施例提供的一种功率器件的结构示意图，该功率器件包括：衬底21；设置在所述衬底21表面的半导体层20；设置在所述半导体层20表面的栅极24、源极26以及漏极27，所述栅极24位于所述漏极27与所述源极26之间；覆盖所述栅极24以及所述半导体层20的栅极保护介质层25，所述源极26以及所述漏极27露出所述栅极保护介质
层25；覆盖所述栅极保护介质层25的隔离绝缘介质层28，所述隔离绝缘介质层28具有开口k，所述开口k至少露出覆盖所述栅极24的所述栅极保护介质层25；在第一方向x上，所述开口k位于所述栅极24与所述漏极27之间的侧壁与所述栅极24的距离l由所述开口k的底部至所述开口k的顶部逐渐增大；所述第一方向x平行于所述衬底21；金属场板层29，所述金属场板层29至少覆盖所述开口k位于所述栅极24与所述漏极27之间的侧壁。
49.其中，所述开口k位于所述栅极24与所述漏极27之间的侧壁与所述栅极24在第一方向x上的距离l由所述开口k的底部至所述开口k的顶部逐渐增大，具体为，所述距离l在第二方向y上逐渐增大，第二方向y垂直于第一方向x，且由衬底21指向半导体层20。
50.可见，本发明实施例所述功率器件中，通过在隔离绝缘介质层28形成特定开口k，在所述开口k侧壁设置金属场板层29，可以在栅极24和漏极27之间形成具有坡度的金属场板层29，通过位于开口k侧壁的连续的具有坡度的金属场板层29代替传统多层场板结构，在实现提高耐压避免击穿目的的同时，提高功率器件的电场平衡性，而且无需多次场板制作工艺，使得制作工艺简单，制作成本低。
51.可选的，所述半导体层20包括：设置在所述衬底21表面的gan沟道层22；设置在所述gan沟道层22表面的algan阻挡层23；其中，所述栅极24位于所述algan阻挡层23表面，所述栅极保护介质层25覆盖所述栅极24，所述栅极保护介质层25具有两个位于所述栅极24两侧的开口，两个所述开口露出所述algan阻挡层23，分别用于设置所述源极26以及所述漏极27。
52.所述源极26以及所述漏极27由同一导电层制备。所述隔离绝缘介质层28的厚度大于所述导电层的厚度，也就是说，金属场板层29高度大于漏极27的高度，这样当功率器件工作时，漏极27输入高电位时，可以通过位于侧壁上的金属场板层29有效提高电场平衡性。可选的，所述隔离绝缘介质层28的厚度范围是例如可以为或是如是厚度可以有效提高电场平衡性。
53.可选的，所述隔离绝缘介质层28的材料为氧化物、或氮化硅、或氮化铝、或碳掺杂氧化硅。所述栅极保护介质层25的材料为氧化物、或氮化硅、或氮化铝、或碳掺杂氧化硅。可以基于需求设置所述隔离绝缘介质层28和栅极保护介质层25的材料，二者材料可以相同或是不同，本发明实施例对此不做具体限定。
54.所述源极26与所述金属场板层29用于连接设定低电位，所述漏极27用于连接设定高电位。可以通过设置所述源极26以及所述金属场板层29的图形结构，使得二者在开口k外部具有交叠部分，该交叠部分通过通孔电连接，这样可以复用源极24的工作需要的低电位作为金属场板层29的输入电位，避免其电位浮空，从而更好的保证功率器件的电场平衡性。
55.所述金属场板层29由所述开口k位于所述栅极24与所述漏极27之间的侧壁延伸到所述开口k外部，和/或至少覆盖部分所述漏极27。优选的，设置所述金属场板层29由所述开口k位于所述栅极24与所述漏极27之间的侧壁延伸到所述开口k外部，且完全覆盖所述漏极27，这样可以较好的均匀漏极27的电场，大大提高功率器件的电场平衡性。
56.所述金属场板层29延伸至开口k的底部，可以覆盖部分或是完全覆盖栅极24。优选的，设置金属场板层29延伸至开口k的底部，且位于栅极24与漏极27之间，与栅极24不交叠，位于开口k底部的金属场板层29高度小于栅极24，可以有效避免漏极27施加高电位时强电
场对栅极24的影响。
57.可见，本发明实施例所述功率器件中，通过具有坡度的金属场板层29可以代替传统多层场板结构，制作工艺简单，制作成本低，而且无需多层金属场板结构，避免了应力不均衡问题。
58.基于上述功率器件实施例，本发明另一实施例还提供了一种功率器件的制作方法，用于制作上述实施例所述功率器件，所述制作方法如图3-图13所示，图3-图13为本发明实施例提供的一种功率器件制作方法的工艺流程图，该制作方法包括：
59.步骤s11：如图3所示，提供一衬底21。
60.衬底21为半导体衬底，例如，可以为硅衬底或是其他半导体材料衬底。
61.步骤s12：如图4和图5所示，在所述衬底21表面形成半导体层20。
62.该步骤中，形成半导体层20方法包括：首先如图4所示，在衬底21表面形成沟道层22，在沟道层22表面形成阻挡层23。沟道层22为gan沟道层，阻挡层23为algan阻挡层。
63.步骤s13：如图6-图9所示，在所述半导体层表形成栅极24、源极26以及漏极27。
64.所述栅极24位于所述漏极27与所述源极26之间；所述栅极24以及所述半导体层20表面覆盖有栅极保护介质层25，所述源极26以及所述漏极27露出所述栅极保护介质层25。
65.该步骤中，首先，如图6所示，在半导体层20表面形成预设图形结构的栅极24，可以通过沉积和刻蚀工艺形成需要图形结构的栅极24，或是直接通过掩膜版蒸镀形成需要图形结构的栅极24。然后，如图7所示，形成覆盖栅极24以及半导体层20的栅极保护介质层25，再在栅极保护介质层25表面形成两个开口，该两个开口分别用于栅极24两侧，露出底部的阻挡层23，最后基于该两个开口形成源极26和漏极27，可以通过沉积和刻蚀工艺形成需要图形结构的源极26和漏极27，或是直接通过掩膜版蒸镀形成需要图形结构的源极26和漏极27。
66.步骤s14：如图10-图11所示，形成隔离绝缘介质层28，所述隔离绝缘介质层28覆盖所述源极26以及漏极27，且具有开口k，所述开口k至少露出覆盖所述栅极24的所述栅极保护介质层25；所述开口k位于所述栅极24与所述漏极27之间的侧壁与所述栅极24在第一方向x上的距离l由所述开口k的底部至所述开口k的顶部逐渐增大；所述第一方向x平行于所述衬底。
67.该步骤中，所述隔离绝缘介质层28的形成方法包括：
68.首先，如图10所示，形成覆盖所述栅极保护介质层25、所述源极26以及所述漏极27的所述隔离绝缘介质层28。然后，在所述隔离绝缘介质层28形成第一掩膜层；该第一掩膜层可以为光刻胶层。再基于所述第一掩膜层，对所述隔离绝缘介质层28进行刻蚀，形成所述开口k，如图11所示。
69.步骤s15：如图12和图13所示，形成金属场板层29，所述金属场板层29至少覆盖所述开口k位于所述栅极24与所述漏极27之间的侧壁。
70.该步骤中，所述金属场板层29的形成方法包括：首先，如图12所示，形成覆盖所述隔离绝缘介质层28、所述开口k侧壁以及所述开口k底部的所述金属场板层29；然后，如图13所示，在所述金属场板层29的表面形成第二掩膜层，可以为光刻胶层；最后，基于所述第二掩膜层，对所述金属场板层29进行刻蚀，形成图案化的所述金属场板层29，去除第二掩膜层，最终功率器件结构如图2所示。
71.可选的，图案化的所述金属场板层29由所述开口k位于所述栅极24与所述漏极27之间的侧壁延伸到所述开口k外部，和/或至少覆盖部分所述漏极层27。所述源极26以及所述漏极27由同一导电层制备，所述隔离绝缘介质层28的厚度大于所述导电层的厚度。所述隔离绝缘介质层28的厚度范围是
72.金属场板层29还包括位于所述开口k底部的部分，该部分金属场板层29可以位于栅极24和漏极27之间，或是该部分金属场板层29覆盖栅极24或是完全覆盖栅极24。该部分金属场板层29与栅极24和源极26之间的开口侧壁无交叠。优选设置该部分金属场板层29位于栅极24和漏极27之间，且未与栅极24无交叠，这样，该部分金属场板层29高度小于栅极24高度，可以较好的避免漏极27施加高电位时强电场对栅极24的影响。
73.本发明实施例中，各个刻蚀工艺以采用光刻胶为掩膜进行刻蚀为例进行说明，刻蚀工艺可以是干法刻蚀或是湿法刻蚀。其他方式中，还可以通过等离子体刻蚀或是激光刻蚀。
74.如可以通过能够控制刻蚀方向性的等离子体刻蚀或是激光刻蚀形成开口k，这样可以使得开口k的侧壁与隔离绝缘介质层28顶面之间曲面连接，使得开口k的侧壁和底部之间曲面连接，从而可以使得形成的金属场板29在开口k的侧壁与隔离绝缘介质层28顶面的交界位置为平滑曲面结构，在开口k的侧壁和底部的交界位置为平滑曲面结构，避免存在尖端结构，从而更好的保证电场均匀性，更好的提高电场平衡性。
75.本发明实施例所述制作方法，通过具有坡度的金属场板层29代替传统多层层叠场板结构，制作工艺简单，制作成本低，而且避免了多层场板结构的应力不均匀问题。
76.本说明书中各个实施例采用递进、或并行、或递进和并行结合的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的制作方法而言，由于其与实施例公开的功率器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见功率器件对应部分说明即可。
77.还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
78.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。