氮化镓双向TVS器件及制备方法与流程

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种氮化镓双向tvs器件及制备方法。

背景技术：

1、瞬态电压抑制(transient voltage suppression，tvs)二极管器件具有响应速度快、吸收功耗大、漏电流小以及嵌位电压稳定等优点，该类型器件能够对雷电、整机开关、电磁脉冲以及静电等原因形成的瞬态电压和浪涌进行钳制，以减少造成整机与系统中的半导体器件的烧毁或者击穿的情况的发生，从而为电子线路和精密器件的可靠性工作提供保障。

2、现有技术中，最普遍采用的高效瞬态电压保护器件包括单向tvs器件和双向tvs器件。单向tvs器件一般包括一个工作在雪崩击穿模型下的二极管，可以提供一个单一方向的保护。双向tvs器件一般由两个背靠背的雪崩二极管实现，能够在正反两个方向都提供保护。与单向tvs器件相比，双向tvs器件的结构更复杂，工艺要求也更严格，更考验半导体材料的特性。现有技术中tvs二极管器件主要采用硅工艺实现，然而硅基双向tvs二极管的主要问题包括以下几方面：1)电流低，导致功率低；2)电压低，应用范围受限；3)串联电阻高，导致热烧毁；基于此，在电子线路和精密器件中使用硅基双向tvs二极管可能保障不了其可靠性工作。

3、因此，具有电流密度大、寄生电阻小、开启电压低等特点的第三代宽禁带半导体材料氮化镓在tvs器件的应用中具有显著优势。然而，应用于tvs器件的氮化镓二极管需要工作在雪崩击穿模型，可目前国内外基于氮化镓的雪崩二极管器件相关研究较少。纵向结构是目前tvs器件的主要结构，但是对于氮化镓而言，纵向结构不利于实现在较低击穿电压下发生雪崩击穿，进而氮化镓双向tvs器件的嵌位电压难以降低。因此，如何提供一种能够在较低击穿电压下工作于雪崩击穿状态的氮化镓双向tvs器件，以对瞬态电压和浪涌进行钳制，从而满足电子线路和精密器件的可靠性工作的要求，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供了一种氮化镓双向tvs器件及制备方法，以解决现有技术中氮化镓双向tvs器件的结构难以实现低钳位电压的问题。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓双向tvs器件，包括：

3、衬底；

4、位于所述衬底的上表面的绝缘氮化镓层；

5、位于所述绝缘氮化镓层的上表面的第一台面结构、第二台面结构和钝化层；其中，所述第一台面结构和所述第二台面结构嵌入设置在所述钝化层内；且所述第一台面结构的下表面与所述第二台面结构的下表面间隔预设距离；且所述第一台面结构和所述第二台面结构从下向上依次为p-氮化镓层和p+氮化镓层；

6、位于所述第一台面结构的上表面的第一正极和位于所述第二台面结构的上表面的第二正极；其中，所述第一正极和所述第二正极嵌入设置在所述钝化层内；且所述钝化层上与所述第一正极对应的位置设置有第一电极孔，所述钝化层上与所述第二正极对应的位置设置有第二电极孔。

7、在一种可能的实现方式中，所述预设距离为10nm～10μm。

8、在一种可能的实现方式中，所述第一台面结构的台面内侧壁与所述绝缘氮化镓层的上表面之间的夹角以及所述第二台面结构的台面内侧壁与所述绝缘氮化镓层的上表面之间的夹角的取值范围为5°～85°。

9、在一种可能的实现方式中，所述第一正极和所述第二正极为钯-金电极、钛-金电极和镍-金电极中的至少一种。

10、在一种可能的实现方式中，所述绝缘氮化镓层的掺杂浓度小于1e16cm-3。

11、在一种可能的实现方式中，所述钝化层为二氧化硅层、氮化硅层或石英玻璃层。

12、第二方面，本发明实施例提供了一种氮化镓双向tvs器件的制备方法，包括：

13、获取衬底，并在所述衬底的上表面依次制备绝缘氮化镓层、p-氮化镓层和p+氮化镓层；

14、基于预设图案的掩膜层对所述p+氮化镓层和所述p-氮化镓层进行刻蚀，在所述绝缘氮化镓层的上表面形成下表面间隔预设距离的第一台面结构和第二台面结构；

15、在所述第一台面结构中所述p+氮化镓层的上表面制备第一正极，在所述第二台面结构中所述p+氮化镓层的上表面制备第二正极；

16、在所述绝缘氮化镓层的上表面制备覆盖所述第一台面结构、所述第二台面结构、所述第一正极和所述第二正极的钝化层，并在所述钝化层的上表面与所述第一正极对应的位置制备第一电极孔，在所述钝化层的上表面与所述第二正极对应的位置制备第二电极孔，得到氮化镓双向tvs器件。

17、在一种可能的实现方式中，所述基于预设图案的掩膜层对所述p+氮化镓层和所述p-氮化镓层进行刻蚀，在所述绝缘氮化镓层的上表面形成下表面间隔预设距离的第一台面结构和第二台面结构，包括：

18、基于预设图案的掩膜层对所述p+氮化镓层和所述p-氮化镓层进行刻蚀，在所述绝缘氮化镓层的上表面形成间隔预设距离且台面内侧壁与所述绝缘氮化镓层的上表面形成预设夹角的第一台面结构和第二台面结构；

19、其中，所述预设夹角的取值范围为5°～85°。

20、在一种可能的实现方式中，所述预设距离为10nm～10μm。

21、在一种可能的实现方式中，所述掩膜层为光刻胶、二氧化硅、氮化硅或者金属中的任一种。

22、本发明实施例提供一种氮化镓双向tvs器件及制备方法，该氮化镓双向tvs器件，包括：衬底；位于衬底的上表面的绝缘氮化镓层；位于绝缘氮化镓层的上表面的第一台面结构、第二台面结构和钝化层；其中，第一台面结构和第二台面结构嵌入设置在钝化层内；且第一台面结构的下表面与第二台面结构的下表面间隔预设距离；且第一台面结构和第二台面结构从下向上依次为p-氮化镓层和p+氮化镓层；位于第一台面结构的上表面的第一正极和位于第二台面结构的上表面的第二正极；其中，第一正极和第二正极嵌入设置在钝化层内；且钝化层上与第一正极对应的位置设置有第一电极孔，钝化层上与第二正极对应的位置设置有第二电极孔。本发明实施例提供的氮化镓双向tvs器件的结构中，第一正极、第一台面结构和绝缘氮化镓层构成第一个二极管，第二正极、第二台面结构和绝缘氮化镓层构成第二个二极管，这两个二极管在绝缘氮化镓层上共负极，从而构成横向结构的氮化镓双向tvs器件，从而有利于在较低击穿电压下发生雪崩击穿。并且，通过调节两个二极管之间间隔的距离(也即调节两个台面结构下表面间隔的预设距离)，可以调节氮化镓双向tvs器件的击穿电压，使氮化镓双向tvs器件的击穿电压低，进而满足低钳位电压的工作需要。

技术特征：

1.一种氮化镓双向tvs器件，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的氮化镓双向tvs器件，其特征在于，所述预设距离为10nm～10μm。

3.如权利要求1所述的氮化镓双向tvs器件，其特征在于，所述第一台面结构的台面内侧壁与所述绝缘氮化镓层的上表面之间的夹角以及所述第二台面结构的台面内侧壁与所述绝缘氮化镓层的上表面之间的夹角的取值范围为5°～85°。

4.如权利要求1所述的氮化镓双向tvs器件，其特征在于，所述第一正极和所述第二正极为钯-金电极、钛-金电极和镍-金电极中的至少一种。

5.如权利要求1所述的氮化镓双向tvs器件，其特征在于，所述绝缘氮化镓层的掺杂浓度小于1e16cm-3。

6.如权利要求1所述的氮化镓双向tvs器件，其特征在于，所述钝化层为二氧化硅层、氮化硅层或石英玻璃层。

7.一种氮化镓双向tvs器件的制备方法，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的氮化镓双向tvs器件的制备方法，其特征在于，所述基于预设图案的掩膜层对所述p+氮化镓层和所述p-氮化镓层进行刻蚀，在所述绝缘氮化镓层的上表面形成下表面间隔预设距离的第一台面结构和第二台面结构，包括：

9.如权利要求7所述的氮化镓双向tvs器件的制备方法，其特征在于，所述预设距离为10nm～10μm。

10.如权利要求7所述的氮化镓双向tvs器件的制备方法，其特征在于，所述掩膜层为光刻胶、二氧化硅、氮化硅或者金属中的任一种。

技术总结
本发明实施例提供一种氮化镓双向TVS器件及制备方法，该器件包括：衬底；位于衬底上表面的绝缘氮化镓层；位于绝缘氮化镓层上表面的第一台面结构、第二台面结构和钝化层；两个台面结构从下向上依次为P‑氮化镓层和P+氮化镓层，且均嵌入设置在钝化层内；两个台面结构各自的下表面间隔预设距离；位于第一台面结构上表面的第一正极和位于第二台面结构上表面的第二正极；两个正极嵌入设置在钝化层内；且钝化层上与第一正极对应的位置设置有第一电极孔，钝化层上与第二正极对应的位置设置有第二电极孔。本发明通过调节两个台面结构下表面间隔的预设距离，可以调节氮化镓双向TVS器件的击穿电压，从而有利于满足低钳位电压的工作需要。

技术研发人员：卜爱民,宋旭波,吕元杰,冯志红,梁士雄,王元刚,周幸叶
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十三研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12