一种半导体器件

一种半导体器件
【技术领域】
1.本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体器件。


背景技术：

2.随着p型氮化镓器件的商用普及，用于5g射频通信的氮化镓器件要求具有更小的横向尺寸，但是随着横向尺寸的减小，漏极横向场板的局限性越来越突出。这是因为在较短的栅-漏区域，稍长的漏极场板会使得栅极区域的碰撞电离现象加剧，因此会在栅边缘区域出现由高电场下引发的器件失效问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种具有高击穿电压的半导体器件。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现：
5.一种半导体器件，包括衬底、依次层叠形成于所述衬底上方的缓冲层、沟道层和势垒层、彼此间隔形成于所述势垒层上方的源极、栅极和漏极、以及纵向场板和横向场板，其中，所述纵向场板形成于所述漏极下方并穿设于至少部分所述缓冲层、沟道层和势垒层中，所述横向场板形成于所述漏极上方并至少部分位于所述漏极和栅极之间。
6.在其中一个实施例中，采用多层溅射金属形成所述纵向场板，所述溅射金属包括ti、ti/al、ti/al/tin、ti/al/ni、ti/al/ni/tin、ti/al/ni/au、ti/al/w中的一种或者多种组合。
7.在其中一个实施例中，在所述缓冲层、沟道层和势垒层中等离子体刻蚀并形成供所述溅射金属形成所述纵向场板的区域。
8.在其中一个实施例中，所述纵向场板中每层所述溅射金属的厚度为1nm-10um。
9.在其中一个实施例中，所述纵向场板呈阶梯型。
10.在其中一个实施例中，所述纵向场板分别与所述缓冲层、沟道层和势垒层之间形成有薄膜层，薄膜层采用包括sin、al2o3、sion、tio2、zro2和hfo2中的一种材料。
11.在其中一个实施例中，所述横向场板具有一到五个，具有多个所述横向场板时彼此叠加形成阶梯状。
12.在其中一个实施例中，所述漏极至所述栅极的方向为所述横向场板的长度方向，所述横向场板的长度为不大于由漏极到栅极间距离长度的任一长度。
13.在其中一个实施例中，所述衬底为半导体材料衬底。
14.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的半导体器件通过设置横向场板和纵向场板两个区域的场板实现高击穿电场特性；纵向场板和横向场板均起到分散电场尖峰的作用，其中，漏极下方的纵向场板能够有效的分散高电场，结合漏极水平阶梯场板技术，可以极大的提高器件的关态击穿电压。
【附图说明】
15.图1是本发明半导体器件结构示意图。
【具体实施方式】
16.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
17.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，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技术保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
18.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
19.图1是本发明半导体器件结构示意图。
20.请参考图1，一种半导体器件，包括有衬底1、缓冲层2、沟道层3、势垒层4、源极5、栅极6、漏极7、纵向场板8和横向场板9。缓冲层2、沟道层3和势垒层4依次层叠形成于衬底1上方，具体的，在衬底1上形成有缓冲层2、在缓冲层2上形成有沟道层3、在沟道层3上形成有势垒层4。源极5、栅极6和漏极7彼此间隔的形成于势垒层4上方。为了提高器件的关态击穿电压，在漏极7区域形成有纵向场板8和横向场板9，其中，纵向场板8形成于漏极7下方并穿设于至少部分缓冲层2、沟道层3和势垒层4中，横向场板9形成于漏极7上方并至少部分位于漏极7和栅极6之间。本发明的半导体器件通过设置横向场板和纵向场板两个区域的场板实现高击穿电场特性。纵向场板和横向场板均起到分散电场尖峰的作用，其中，漏极下方的纵向场板能够有效的分散高电场，结合漏极水平阶梯场板技术，可以极大的提高器件的关态击穿电压。
21.上述横向是与半导体器件表面平行，纵向和半导体器件表面垂直。在本实施例中，半导体器件优选为氮化镓器件，缓冲层2、沟道层3、势垒层4分别为铝镓氮(algan)势垒层、氮化镓(gan)沟道层、氮化镓(gan)缓冲层。
22.可通过等离子体刻蚀技术等将漏极7下方的铝镓氮势垒层、氮化镓沟道层、氮化镓缓冲层进行部分刻蚀后，溅射金属形成纵向场板8结构，即在缓冲层2、沟道层3和势垒层4中等离子体刻蚀并形成供溅射金属形成纵向场板8的区域。在其中一个实施例中，采用多层的溅射金属形成纵向场板8。溅射金属可包括ti、ti/al、ti/al/tin、ti/al/ni、ti/al/ni/tin、ti/al/ni/au、ti/al/w中的一种或者多种组合。
23.在其中一个实施例中，纵向场板每层溅射金属的厚度为1nm-10um。如，在不同实施
方式中，每层溅射金属的厚度可以为1nm、1um或10um等。
24.在其中一个实施例中，纵向场板8分别与缓冲层2、沟道层3和势垒层4之间形成有薄膜层，薄膜层采用包括sin、al2o3、sion、tio2、zro2和hfo2(氮化硅、三氧化二铝、氮氧化硅、二氧化钛、二氧化锆、二氧化铪)中的一种材料。优选的，薄膜层为sin(氮化硅)薄膜层，包括生长于该处的第一层氮化硅薄膜，氮化硅薄膜层的目的是进行纵向沟道绝缘，减少不必要的漏电路径。
25.在其中一个实施例中，横向场板9具有一到五个，具有多个横向场板9时彼此叠加形成阶梯状，即阶梯数量可以从一个场板到五个场板不等。其中，可通过多掩膜多次溅射方法，在漏极7至栅极6水平方向形成多阶梯式的横向场板9结构。横向场板9材料没有特殊要求，导电金属材料即可；而半导体器件钝化层材料可以为任一不导电氧化物或者氮化物，厚度为1nm到3um不等。在其中一个实施例中，纵向场板8也可呈阶梯型，形状与横向场板9相似，区别在于分布和延伸方向彼此垂直。作为优选，横向场板9的长度为从漏极7出发到栅极6结束的任一长度，即漏极7至栅极6的方向为横向场板9的长度方向，则横向场板9的长度为不大于由漏极7到栅极6间距离长度的任一长度。而纵向场板8的长度视外延片的结构而定。
26.作为用于生长外延层的洁净单晶薄片，在其中一个实施例中，衬底1为半导体材料衬底，如p-gan衬底，栅极6具体形成于势垒层上的一层p-gan栅极衬底层11上。p-gan是氮化镓通过掺入镁(mg)得到的。
27.在其中一个实施例中，势垒层内形成有欧姆接触，欧姆接触材料与纵向场板8的材料相同，所用到的金属厚度可以从1nm到10um不等。
28.本技术的实施例还公开了半导体器件的实现方案。第一步：用等离子体在p型氮化镓衬底上刻蚀有源区。第二步：进行低功率等离子体部分刻蚀p型gan。第三步：刻蚀纵向场板8区域。第四步：生长第一层氮化硅薄膜，生长薄膜层的目的是进行纵向沟道绝缘减少不必要的漏电路径。第五步：纵向场板8(fp1)金属溅射ti:al:ni:tin(22.5nm 90nm 60nm 60nm)。第六步：同时溅射源极漏极金属ti:al:ni:tin(22.5nm 90nm 60nm 60nm)并进行高温快速热退火处理形成欧姆接触。第七步：进行栅极金属溅射ni:tin(60nm 60nm)。第八步：生长第二层氮化硅薄膜。第九步：第二层氮化硅薄膜开孔，溅射第一层横向场板(fp2)金属溅射al(厚度为1nm-10um)。第十步：生长第三层氮化硅薄膜。第十一步：第三层氮化硅薄膜开孔，溅射第二层横向场板(fp3)金属溅射al(厚度为1nm-10um)。本实施例的横向场板9为两层，在其他实施例中，横向场板9还可形成一层、三层、四层、五层等。
29.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的半导体器件通过设置横向场板和纵向场板两个区域的场板实现高击穿电场特性；纵向场板和横向场板均起到分散电场尖峰的作用，其中，漏极下方的纵向场板能够有效的分散高电场，结合漏极水平阶梯场板技术，可以极大的提高器件的关态击穿电压。
30.以上述依据本技术的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。