本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元器件技術(shù)，尤其涉及一種功率半導(dǎo)體器件及其制作方法。

背景技術(shù)：

隨著高效完備的功率轉(zhuǎn)換電路和系統(tǒng)需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件越來越受到業(yè)界的關(guān)注。

gan(氮化鎵)是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于其具有大禁帶寬度、高電子飽和速率、高擊穿電場，較高熱導(dǎo)率，耐腐蝕和抗輻射性能，在高壓、高頻、高溫、大功率和抗輻照環(huán)境條件下具有較強的優(yōu)勢，被認為是研究短波光電子器件和高壓高頻率大功率器件的最佳材料。gan基algan/gan(algan為氮化鎵鋁)材料的大功率半導(dǎo)體器件是研究的熱點，這是因為algan/gan異質(zhì)結(jié)處能形成高濃度、高遷移率的2deg(two-dimensionalelectrongas，二維電子氣),同時異質(zhì)結(jié)對2deg具有良好的調(diào)節(jié)作用。

目前，大部分功率半導(dǎo)體器件使用貴重的金作為電極材料，導(dǎo)致制作成本較高。例如，在制作algan/gan高電子遷移率晶體管的源/漏電極時，通常先形成ti(鈦)/al(鋁)/x/au(金，x通常是ni,ta,ti等)的復(fù)合層，再進行光刻獲得圖案化的源/漏電極，之后需要進行快速退火工藝以形成導(dǎo)電性能優(yōu)良的合金電極。位于最上層的金能防止退火過程中電極被氧化。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種功率半導(dǎo)體器件及其制作方法，解決了在制作電極的過程中為了防止退火時電極被氧化而采用含金的材料導(dǎo)致制作成本較高的問題。

本發(fā)明實施例一方面提供一種功率半導(dǎo)體器件，包括：

半導(dǎo)體有源層、覆蓋在所述半導(dǎo)體有源層上的第一介質(zhì)層；

穿過所述第一介質(zhì)層，且與所述半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極，所述電極包括自下而上依次形成的第一ti層、al層、第二ti層和tin層。

本發(fā)明實施例另一方面提供一種功率半導(dǎo)體器件的制作方法，包括：

形成半導(dǎo)體有源層；

在所述半導(dǎo)體有源層上形成第一介質(zhì)層；

形成穿過所述第一介質(zhì)層，且與所述半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極，所述電極包括自下而上依次形成的第一ti層、al層、第二ti層和tin層。

本發(fā)明提供的功率半導(dǎo)體器件中，與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極的材料包括自下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層，實驗表明其中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小，而且，由于電極材料中不含金，因此能顯著降低電極的制作成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為實施例一提供的一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖2為實施例一提供的另一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖3為實施例一提供的又一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；

圖4為實施例二提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法的流程圖；

圖5a～圖5g為本發(fā)明實施例三提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法中各步驟形成的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6a～圖6g為本發(fā)明實施例四提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法中各步驟形成的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例一

圖1為實施例一提供的一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；圖2為實施例一提供的另一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖；圖3為實施例一提供的又一種功率半導(dǎo)體器件的剖面示意圖。

如圖1所示，功率半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體有源層11和覆蓋在半導(dǎo)體有源層11上的第一介質(zhì)層12。該功率半導(dǎo)體器件還包括穿過第一介質(zhì)層12，且與半導(dǎo)體有源層11歐姆接觸的電極13，該電極13包括自下而上依次形成的第一ti層131、al層132、第二ti層133和tin(氮化鈦)層134。

歐姆接觸是指金屬與半導(dǎo)體的接觸，而其接觸面的電阻值遠小于半導(dǎo)體本身的電阻，使得形成有該歐姆接觸的器件在操作時，大部分的電壓降在金屬和半導(dǎo)體內(nèi)的有源區(qū)(activeregion)，而不在接觸面。

上述實施中的電極13的材料中不含金，實驗表明，用該材料形成的電極中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小。

上述實施例中，半導(dǎo)體有源層11可以包括自下而上依次形成的襯底111、gan層112和algan層113，電極13與algan層113接觸。襯底可以包括但不限于sic、si或者藍寶石。作為功率半導(dǎo)體器件(如高電子遷移率晶體管、肖特基二極管)的半導(dǎo)體有源層11，其中在襯底11和gan層112之間還可以形成一個成核層(圖中未示出)，該成核層的材料一般為aln，gan層112通常被稱為緩沖層，該層還可以是algan與gan的復(fù)合層。algan層113通常被稱為勢壘層，該層還可以是包括aln插入層的algan層，也可以包括gan蓋帽層。在gan層112和algan層113之間的界面處存在一個二維形態(tài)的薄電子層稱之為二維電子氣(2deg)，該二維電子氣表現(xiàn)出較高的電子遷移率特性，因此由具有g(shù)an層112和algan層113的半導(dǎo)體有源層11形成的功率半導(dǎo)體器件具備高電子遷移率的特征。

上述實施例中，第一介質(zhì)層12可以包括自下而上依次形成的si3n4層121和peteos(plasma-enhancedtetraethy-lortho-silicate，四乙氧基硅烷的等離子增強沉積)層122，以保證電極13與其它導(dǎo)電組件(圖中未示出)之間可靠的電絕緣。

上述實施例中，電極13的底部可以嵌入在半導(dǎo)體有源層11中(圖中未示出)，使得電極13與半導(dǎo)體有源層11的接觸面積增大，從而降低了接觸電阻。

上述實施例中，第一ti層的厚度可以為200埃，al層的厚度可以為1200埃，第二ti層的厚度可以為200埃，tin層的厚度為可以200埃，以此材料形成的電極13兼顧了低廉的成本與優(yōu)異的導(dǎo)電性能。

本實施例中，功率半導(dǎo)體器件可以為的高電子遷移率晶體管，如圖2所示，上述實施例中的電極13包括源電極21和漏電極22.且該功率半導(dǎo)體器件還包括穿過第一介質(zhì)層12，且與半導(dǎo)體有源層11接觸的柵電極23，以及覆蓋在柵電極23、源電極21和漏電極22上的第二介質(zhì)層54。其中，柵電極23位于源電極21和漏電極22之間。由此，柵電極23、源電極21、漏電極22、第一介質(zhì)層12及半導(dǎo)體有源層11一起形成高電子遷移率晶體管的主要結(jié)構(gòu)。

本實施例中，功率半導(dǎo)體器件還可以為肖特基二極管，如圖3所示，上述實施例中的電極13為陰極。且功率半導(dǎo)體器件還包括：穿過第一介質(zhì)層12，且與半導(dǎo)體有源層11接觸的陽極62，以及覆蓋在陰極13、陽極31上的第三介質(zhì)層63。由此，陰極13、陽極62、第一介質(zhì)層12及半導(dǎo)體有源層11一起形成肖特基二極管的主要結(jié)構(gòu)。

本實施例提供的功率半導(dǎo)體器件中，與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極的材料包括自下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層，實驗表明其中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小，而且，由于電極材料中不含金，因此能顯著降低電極的制作成本。

實施例二

圖4為實施例二提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法的流程圖。如圖4所示，該方法包括如下步驟。

步驟401、形成半導(dǎo)體有源層。

步驟402、在半導(dǎo)體有源層上形成第一介質(zhì)層。

步驟403、形成穿過第一介質(zhì)層，且與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極，電極包括自下而上依次形成的第一ti層、al層、第二ti層和tin層。

其中，半導(dǎo)體有源層、第一介質(zhì)層的具體組成如實施一中所述，在此不再贅述。

本實施例提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法中，形成了功率半導(dǎo)體器件，該器件中與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極的材料包括自下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層，實驗表明其中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小，而且，由于電極材料中不含金，因此能顯著降低電極的制作成本。

實施例三

圖5a～圖5g為本發(fā)明實施例三提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法中各步驟形成的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5a～圖5g所示，該方法形成的功率半導(dǎo)體器件為圖2所示的高電子遷移率晶體管，電極包括源電極和漏電極，該方法包括如下步驟。

步驟501、形成半導(dǎo)體有源層11。

如圖5a所示，該半導(dǎo)體有源層11包括自下而上依次形成的襯底111、gan層112和algan層113。

步驟502、在半導(dǎo)體有源層11上形成第一介質(zhì)層12。

如圖5b所示，該第一介質(zhì)層12包括自下而上依次形成的si3n4層121和peteos層122。

步驟503、利用光刻工藝對第一介質(zhì)層12進行刻蝕，在第一介質(zhì)層12上形成暴露半導(dǎo)體有源層11的第一接觸孔51和第二接觸孔52。

該步驟如圖5c所示，其中的光刻工藝為現(xiàn)有技術(shù)，包括光刻膠涂覆、曝光、顯影、刻蝕、除膠等步驟，在此不再贅述。其中的刻蝕步驟優(yōu)選采用干法刻蝕。

其中，在使用光刻工藝形成接觸孔時，除了在第一介質(zhì)層12中進行刻蝕外，還可以繼續(xù)在半導(dǎo)體有源層11中進行刻蝕，當(dāng)半導(dǎo)體有源層11包括自下而上依次形成的襯底111、gan層112和algan層113時，在半導(dǎo)體有源層11中進行刻蝕后，去除部分最上層的algan層113，這樣可以使后續(xù)步驟中形成的源電極21和漏電極22的底部嵌入在該半導(dǎo)體有源層11中。以此來提高源電極21和漏電極22的導(dǎo)電性。

步驟504、依次用氫氟酸、第一清洗液及第二清洗液對暴露的表面進行清洗；第一清洗液包括氨水和雙氧水，第二清洗液包括鹽酸和雙氧水。

具體地，用氫氟酸對暴露的表面進行清洗的目的是去除暴露的si材料表面的自然氧化膜，而附著在自然氧化膜上的金屬也被溶解到氫氟酸中，同時氫氟酸抑制了氧化膜的形成，此過程產(chǎn)生氟化氫和廢氫氟酸。包括氨水和雙氧水的第一清洗液通常被稱為sc1清洗液，它用來去除si材料表面的顆粒。包括鹽酸和雙氧水的第二清洗液通常被稱為sc2清洗液，它用來去除暴露表面的雜質(zhì)粒子。

步驟505、在第一介質(zhì)層12上形成第一金屬層53，第一金屬層53包括自下而上依次形成的第一ti層、al層、第二ti層和tin層。

該步驟如圖5d所示，可采用現(xiàn)有的磁控濺射鍍膜工藝。

步驟506、利用光刻工藝對第一金屬層53進行刻蝕，形成源電極21和漏電極22，該源電極21在第一接觸孔51中與半導(dǎo)體有源層11接觸，該漏電極22在第二接觸孔52中與半導(dǎo)體有源層11接觸。

該步驟如圖5e所示，其中使用的電極材料中不含金，實驗表明，用該材料形成的電極中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小。

步驟507、在840℃的條件下，在n2氛圍內(nèi)對已形成的源電極21和漏電極22退火30秒。

退火操作的目的是使用于形成源電極21和漏電極22的金屬層形成合金，從而使導(dǎo)電性能進一步提升。

步驟508、形成穿過第一介質(zhì)層12，且與半導(dǎo)體有源層11接觸的柵電極23。

如圖5f所示，形成柵電極23的步驟與形成源電極21和漏電極22的步驟類似，都需要用到兩次光刻工藝，第一次光刻工藝在第一介質(zhì)層12上形成柵電極接觸孔，形成柵電極金屬層后，利用第二次光刻工藝去掉不用的柵電極金屬層后形成柵電極23。

步驟509、在第一介質(zhì)層12、源電極21、漏電極22、柵電極23上形成第二介質(zhì)層54。

如圖5g所示，該第二介質(zhì)層54包括si3n4層。

由本實施例所述方法制作而成的功率半導(dǎo)體器件為高電子遷移率晶體管，其中，與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極的材料包括自下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層，實驗表明其中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小，而且，由于電極材料中不含金，因此能顯著降低電極的制作成本。

實施例四

圖6a～圖6g為本發(fā)明實施例四提供的功率半導(dǎo)體器件的制作方法中各步驟形成的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖6a～圖6g所示，該方法形成的功率半導(dǎo)體器件為圖3所示的肖特基二極管，電極為陰極，該方法包括如下步驟。

步驟601、形成半導(dǎo)體有源層11。

如圖6a所示，該半導(dǎo)體有源層11包括自下而上依次形成的襯底111、gan層112和algan層113。

步驟602、在半導(dǎo)體有源層11上形成第一介質(zhì)層12。

如圖6b所示，該第一介質(zhì)層12包括自下而上依次形成的si3n4層121和peteos層122。

步驟603、利用光刻工藝對第一介質(zhì)層12進行刻蝕，在第一介質(zhì)層12上形成暴露半導(dǎo)體有源層11的第一接觸孔61。

該步驟如圖6c所示，其中的光刻工藝為現(xiàn)有技術(shù)，包括光刻膠涂覆、曝光、顯影、刻蝕、除膠等步驟，在此不再贅述。

其中，在使用光刻工藝形成接觸孔時，除了在第一介質(zhì)層中進行刻蝕外，還可以繼續(xù)在半導(dǎo)體有源層11中進行刻蝕，當(dāng)半導(dǎo)體有源層11包括自下而上依次形成的襯底111、gan層112和algan層113時，在半導(dǎo)體有源層11中進行刻蝕后，去除部分最上層的algan層113，這樣可以使后續(xù)步驟中形成的陰極13的底部嵌入在該半導(dǎo)體有源層11中。以此來提高陰極13的導(dǎo)電性。

步驟604、依次用氫氟酸、第一清洗液及第二清洗液對暴露的表面進行清洗；第一清洗液包括氨水和雙氧水，第二清洗液包括鹽酸和雙氧水。

具體地，用氫氟酸對暴露的表面進行清洗的目的是去除暴露的si材料表面的自然氧化膜，而附著在自然氧化膜上的金屬也被溶解到氫氟酸中，同時 氫氟酸抑制了氧化膜的形成，此過程產(chǎn)生氟化氫和廢氫氟酸。包括氨水和雙氧水的第一清洗液通常被稱為sc1清洗液，它用來去除si材料表面的顆粒。包括鹽酸和雙氧水的第二清洗液通常被稱為sc2清洗液，它用來去除暴露表面的雜質(zhì)粒子。

步驟605、在第一介質(zhì)層12上形成第一金屬層53，第一金屬層53包括自下而上依次形成的第一ti層、al層、第二ti層和tin層。

該步驟如圖6d所示，可采用現(xiàn)有磁控濺射鍍膜工藝。

步驟606、利用光刻工藝對第一金屬層53進行刻蝕，形成陰極13，該陰極13在第一接觸孔61中與半導(dǎo)體有源層11接觸。

該步驟如圖6e所示，其中使用的電極材料中不含金，實驗表明，用該材料形成的電極中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小。

步驟607、在840℃的條件下，在n2氛圍內(nèi)對已形成的源電極21和漏電極22退火30秒。

退火操作的目的是使用于形成陰極13的金屬層形成合金，從而使導(dǎo)電性能進一步提升。

步驟608、形成穿過第一介質(zhì)層12，且與半導(dǎo)體有源層11接觸的陽極62。

如圖6f所示，形成陽極61的步驟與形成陰極13的步驟類似，都需要用到兩次光刻工藝，第一次光刻工藝在第一介質(zhì)層12上形成陽極接觸孔，形成陽極金屬層后，利用第二次光刻工藝去掉不用的陽極金屬層后形成陽極62。

步驟609、在第一介質(zhì)層12、陰極13、陽極61上形成第二介質(zhì)層63。

如圖5g所示，該第二介質(zhì)層63包括si3n4層。

由本實施例所述方法制作而成的功率半導(dǎo)體器件為肖特基二極管，其中，與半導(dǎo)體有源層歐姆接觸的電極的材料包括自下而上依次形成的ti層、al層、ti層和tin層，實驗表明其中最外層的tin層的表面形貌比較好，且形成的電極接觸電阻比較小，而且，由于電極材料中不含金，因此能顯著降低電極的制作成本。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。