一种半导体器件及制备方法技术

一种半导体器件和制备方法，由于采用第一阳极欧姆结和第二阳极MIS结的复合阳极结构代替传统的肖特基结阳极，利用MIS结的沟道调控特性替代传统的肖特基结的整流特性，实现半导体器件的两个参数指标反向漏电流(IR)和正向开启电压(VoN)同时提升。同时，在本申请的制备方法中，整个制造过程所使用的工艺方案与条件均可通过标准Fab的工艺实现，并且工艺过程简单，减少了传统半导体器件终端优化设计时开窗口的次数。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件及制备方法
本专利技术涉及半导体器件制造领域，尤其涉及一种半导体器件及制备方法。
技术介绍
近十年来，宽禁带半导体电力电子器件已成为半导体领域的研究重点之一。AIGaN/GaN肖特基势垒二极管(SchottkyBarrierDiode，SBD)具有高压、大电流、大功率的优势，在中高压整流领域具有不可替代的作用，尤其是随着电动汽车、高铁以及5G的部署，快速充放电以及变电的需求日益增加，SBD的需求也与日俱增。在1999年发表的一些关于GaN基SBD的研究论文中，阐述了该器件的基本结构，以及SiO2场板结构对器件性能的影响，并报到了-250～-450V的反向击穿电压，和-100V时10-5A/cm2的反向漏电流，由此拉开了国内外的研究机构和半导体公司大规模研究GaN基SBD的序幕。衡量SBD性能的最核心参数是反向漏电流(IR)和正向开启电压(VoN)。较低的反向漏电是实现SBD器件高耐压的基础，也是降低器件功耗的途径之一。较小的开启电压，可以使器件尽快进入整流的工作状态，降低缓冲时产生的功耗。为减少反向漏电流(IR)和提升耐压，制备工艺上都采用介质层终端(Termination)和高低势垒金属堆叠等技术方案。为降低正向开启电压(VoN)，则采用刻蚀减薄Schottky(肖特基)接触下方的AlGaN势垒层，从而降低SBD的Schottky接触势垒，实现减小器件开启电压的目的。但是，这些方法都是在提升一项参数指标的同时却降低了另一项参数指标，无法实现使SBD的反向漏电流(IR)和正向开启电压(VoN)两个参数指标的同时提升。
技术实现思路
本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术无法同时实现使SBD的反向漏电流(IR)和正向开启电压(VoN)两个参数指标的同时提升的问题，提供一种半导体器件及制备方法。根据第一方面，一种实施例中提供一种半导体器件，包括：III-V族氮化物半导体层，所述III-V族氮化物半导体层至少包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；所述衬底位于所述III-V族氮化物半导体层的底部，所述缓冲层位于衬底上并通过所述沟道层与所述势垒层隔离；钝化层和介质层；所述介质层与所述势垒层通过所述钝化层隔离开；第一阳极电极，为欧姆结结构，通过欧姆金属以欧姆接触配置在所述势垒层上；第二阳极电极，其与所述第一阳极电极电连接；所述第二阳极电极为MIS结结构，所述MIS结结构通过阳极金属配置在所述介质层上，且由所述介质层隔离所述阳极金属与所述势垒层构成；阴极电极，为欧姆结结构，通过所述欧姆金属以欧姆接触配置在所述势垒层上，与所述第二阳极电极和所述第一阳极电极无连接。进一步，所述MIS结的介质层底部位于离所述势垒层上或势垒层内部的某一位置；进一步，所述阳极金属由TiN、Ni、Au、W，Pt或Pd等材质中的至少一种构成；所述钝化层由SiNx、SiO2、SiON、Al2O3或AlN等材质中的至少一种构成；所述势垒层由AlxGa1-xN,InxGa1-xN,InxAl1-xN,或InxAlyGa1-x-yN等材质中的至少一种构成。所述介质层由SiO2、SiNx、Al2O3、AlN、HfO2、MgO、Sc2O3、Ga2O3、AlHfOx或HfSiON材质中至少一种构成。进一步，所述半导体器件还包括保护层，其形成于所述半导体器件外侧，用于密封所述半导体器件，所述保护层由硅的化合物或聚酰亚胺中至少一种构成。进一步，所述半导体器件还包括二维电子气层，形成于所述沟道层和所述势垒层的接触面偏向沟道层一侧。进一步，所述势垒层与所述沟道层之间可以插入0.7nm～2nm厚的AlN，用于提升沟道中电子的迁移率。根据第二方面，一种实施例中提供一种半导体器件的制备方法，包括：在衬底上依次制备缓冲层、沟道层、势垒层和帽层，并在所述帽层上沉积钝化层；在所述的钝化层上开第一窗口，所述第一窗口的底部位于所述势垒层上或势垒层内部；在所述钝化层和所述第一窗口上制备介质层；在所述介质层上沉积阳极金属层，由此在第一窗口内形成由介质层隔离所述阳极金属层和所述势垒层而构成的MIS结结构，即所述半导体器件的第二阳极电极；在所述阳极金属层上开第二窗口和第三窗口；所述第二窗口和所述第三窗口的底部位于所述势垒层上，势垒层内部或势垒层底部三种情况的任意一种；在所述第二窗口和所述第三窗口内沉积欧姆金属接触，由所述欧姆金属形成欧姆接触配置在所述势垒层上，分别作为所述半导体器件的第一阳极电极和阴极电极，并将所述半导体器件的所述第一阳极电极和所述第二阳极电极进行电连接共同作为所述半导体器件的阳极电极。进一步，所述方法还包括在所述半导体器件的外表面制备保护层。进一步，所述欧姆金属由Ti/Al/Ti/TiN、Ti/Al/Ni/Au或Ti/Al/Mo/Au等金属通过堆叠所构成。依据上述实施例的一种半导体器件和制备方法，由于采用MIS结的沟道调制特性代替了传统的肖特基结的整流特性，从而以MIS结的漏电替代了肖特基结的漏电，以MIS结的开启代替了肖特基结的开启。因MIS结构具有较好的沟道调控能力，可以实现极低的反向漏电；同时MIS结的开启电压可通过势垒层的厚度进行精确的调控。这样，在保证该半导体器件即有较低漏电的同时，还具有较小的开启电压。同时，在本申请的制备方法中，整个制造过程所使用的工艺和条件均可通过标准Fab的工艺实现，并且工艺过程简单，避免了半导体器件优化设计时多次开窗口的步骤。附图说明图1为现有技术中肖特基势垒二极管(SBD)的剖面结构示意；图2为本专利技术一种实施例半导体器件的剖面结构示意图；图3为本专利技术一种实施例半导体器件制备方法的流程图；图4(a)～(i)依次示出了本专利技术半导体器件制备方法较佳实施例的主要工艺步骤，其中：(a)为在衬底上依次生长缓冲层、沟道层、势垒层和帽层的工艺步骤示意图；(b)为在帽层表面沉积钝化层的工艺步骤示意图；(c)为在钝化层上开第一窗口的工艺步骤示意图；(d)为在钝化层和第一窗口上沉积介质层的工艺步骤示意图；(e)为在介质层上沉积阳极金属层的工艺步骤示意图；(f)为在阳极金属层表面开第二窗口和第三窗口的工艺步骤示意图；(g)为在阳极金属层和第二窗口、第三窗口上沉积欧姆金属层的工艺步骤示意图；(h)为电极图形化的工艺步骤示意图；(i)为制备保护层的工艺步骤示意图；图5为本专利技术另一种实施例半导体器件的剖面结构示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件,其特征在于，包括：III‑V族氮化物半导体层，所述III‑V族氮化物半导体层至少包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；所述衬底位于所述III‑V族氮化物半导体层的底部，所述缓冲层位于衬底上并通过所述沟道层与所述势垒层隔离；钝化层和介质层；所述介质层与所述势垒层通过所述钝化层隔离开；第一阳极电极，为欧姆结结构，通过欧姆金属以欧姆接触配置在所述势垒层上；第二阳极电极，其与所述第一阳极电极电连接；所述第二阳极电极为MIS结结构，所述MIS结结构通过阳极金属配置在所述介质层上，且由所述介质层隔离所述阳极金属与所述势垒层构成；阴极电极，为欧姆结结构，通过所述欧姆金属以欧姆接触配置在所述势垒层上，与所述第二阳极电极和所述第一阳极电极无连接。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件,其特征在于，包括：III-V族氮化物半导体层，所述III-V族氮化物半导体层至少包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层；所述衬底位于所述III-V族氮化物半导体层的底部，所述缓冲层位于衬底上并通过所述沟道层与所述势垒层隔离；钝化层和介质层；所述介质层与所述势垒层通过所述钝化层隔离开；第一阳极电极，为欧姆结结构，通过欧姆金属以欧姆接触配置在所述势垒层上；第二阳极电极，其与所述第一阳极电极电连接；所述第二阳极电极为MIS结结构，所述MIS结结构通过阳极金属配置在所述介质层上，且由所述介质层隔离所述阳极金属与所述势垒层构成；阴极电极，为欧姆结结构，通过所述欧姆金属以欧姆接触配置在所述势垒层上，与所述第二阳极电极和所述第一阳极电极无连接。2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述MIS结的介质层底部位于离所述势垒层上或势垒层内部的某一位置。3.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述阳极金属由TiN、Ni、Au、W，Pt或Pd等材质中的至少一种构成；所述钝化层由SiNx、SiO2、SiON、Al2O3或AlN等材质中的至少一种构成；所述势垒层由AlxGa1-xN,InxGa1-xN,InxAl1-xN,或InxAlyGa1-x-yN等材质中的至少一种构成。4.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述介质层由SiO2、SiNx、Al2O3、AlN、HfO2、MgO、Sc2O3、Ga2O3、AlHfOx或HfSiON材质中至少一种构成。5.如权利要求1所述的器件，其特征在于，还包括：保护层，其形...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙辉，胡腾飞，刘美华，林信南，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44