半导体器件及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种半导体器件及其制作方法，所述半导体器件的制作方法至少包括：提供硅衬底，所述硅衬底包括第一表面和与之相对的第二表面；在所述硅衬底的所述第一表面上形成三五族化合物层；在所述三五族化合物层中制备三五族化合物器件；对所述硅衬底的第二表面进行刻蚀工艺，以在所述硅衬底中形成暴露出所述三五族化合物层的沟槽，且所述沟槽位于所述三五族化合物器件的下方；利用离子注入工艺对所述沟槽底部暴露出的所述三五族化合物层注入强电负性离子；在所述沟槽底部和内壁形成钝化层。本发明专利技术的技术方案提供的半导体器件获得较高的击穿电压，实现了基于硅衬底的三五族化合物器件的生产。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制作方法
本专利技术涉及一种半导体技术，特别是涉及一种半导体器件及其制作方法。
技术介绍
一般的，传统技术中的异质结场效应晶体管（HEMT）如图1所示，包括形成在硅衬底100上的第一半导体层200、第二半导体层400、源极320、漏极310和栅极330。所述第一半导体层200和所述第二半导体层400构成异质结，所述异质结界面处存在二维电子气。所述源极310、漏极320和栅极330为金属，所述源极310、漏极320位于所述第二半导体层400两端，并与所述第一半导体层200构成欧姆接触，所述栅极330位于所述第二半导体层400上，与所述第二半导体层400构成肖特基接触。异质结场效应晶体管工作时，通过控制栅极330下的肖特基势垒来控制所述二维电子气的浓度，从而实现对电流的控制。所述第一半导体层200和所述所述第二半导体层400为三五族化合物半导体层。一般的，第一半导体层200为GaN，所述第二半导体层400为AlGaN，两者构成AlGaN/GaN异质结。由于直接生产三五族化合物半导体衬底很困难，目前基于三五族化合物半导体的电子功率器件的制作工艺中，一般采用将氮化镓外延层生长在衬底基片上，再在所述氮化镓外延层上制作电子器件的方式。这些衬底基片的材质有Si、SiC、蓝宝石（Sapphire）或GaN（BulkGaN，体GaN）等。其中，由于氮化镓生长在硅衬底具有大尺寸，低成本等优势，特别适用于功率电子器件应用。然而，相较于SiC、蓝宝石（Sapphire）或GaN（BulkGaN，体GaN），硅衬底特别是低阻硅衬底具有电阻率低、漏电高的特点。故当氮化镓外延层生长在硅衬底上时，在其上制备的异质结场效应晶体管（HEMT），肖特基二极管（SBD）等横向器件会因流过硅衬底的纵向漏电而不能具有很高的击穿电压。因而，目前超高压（>2000V）氮化镓功率电子器件的制作方式主要集中在将GaN外延层生长在SiC衬底或将GaN生长在蓝宝石衬底上的方式，还没有将GaN外延层生长在Si衬底上应用，限制了氮化镓功率电子器件的推广。为了解决这个问题，美国HRL实验室提出了背面电极的方法，如图2所示。在此器件漂移区下的硅衬底被刻穿，并在背面刻穿的区域淀积背面金属电极连接至源极，物理上隔绝了硅衬底漏电的通道。然而，此背面电极同时也引入了从背面电极到漏极的纵向漏电通道，客观上导电良好的背面电极代替了半导电的硅衬底，其器件的击穿电压本质上并不能高于普通的将器件形成在Si衬底上GaN外延层中的器件的纵向击穿电压。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种半导体器件的制作方法，用于解决现有技术中还没有将三五族化合物器件制作在基于硅衬底的三五族化合物层中的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种半导体器件的制作方法，所述半导体器件的制作方法至少包括：提供硅衬底，所述硅衬底包括第一表面和与之相对的第二表面；在所述硅衬底的所述第一表面上形成三五族化合物层；在所述三五族化合物层中制备三五族化合物器件；对所述硅衬底的第二表面进行刻蚀工艺，以在所述硅衬底中形成暴露出所述三五族化合物层的沟槽，且所述沟槽位于所述三五族化合物器件的下方；利用离子注入工艺对所述沟槽底部暴露出的所述三五族化合物层注入强电负性离子；在所述沟槽底部和内壁形成钝化层。优选的，所述沟槽仅暴露所述三五族化合物层中所述三五族化合物器件所在的区域。优选的，所述离子注入工艺中注入离子的元素为O或F，注入剂量为1e18cm-3～1e20cm-3，注入能量大于等于50keV。优选的，所述在所述硅衬底的所述第一表面上形成三五族化合物层的步骤包括：利用沉积工艺在所述硅衬底上形成GaN层；利用沉积工艺在所述GaN层上形成AlGaN层或利用沉积工艺在所述GaN层上形成InAlN层。优选的，所述在所述沟槽底部和内壁形成钝化层的步骤之后还包括：在所述钝化层上形成高热导性介质层至将所述沟槽填满。优选的，所述在所述三五族化合物层中制备半导体器件的步骤之后，在对所述硅衬底的第二表面进行刻蚀工艺的步骤之前，还包括在所述半导体器件上形成金属场板的步骤。相应的，本专利技术的技术方案还提供了一种半导体器件，所述半导体器件至少包括：硅衬底，包括第一表面和与之相对的第二表面；三五族化合物层，位于所述硅衬底的第一表面上，包括形成于其中的三五族化合物器件；其中，所述硅衬底中还形成有沟槽，所述沟槽位于所述三五族化合物器件的下方，且暴露出所述三五族化合物层，所述沟槽暴露出的三五族化合物层的表层中形成有强电负性离子；所述沟槽的底部和内壁形成有钝化层。优选的，所述沟槽仅暴露所述三五族化合物器件所在三五族化合物层的区域。优选的，所述三五族化合物层的步骤包括：位于所述硅衬底上的GaN层；位于所述GaN层上的AlGaN层或位于所述GaN层上的InAlN层。优选的，所述三五族化合物器件为异质结场效应管和肖特基二极管。优选的，在所述沟槽中，所述钝化层上还形成有高热导性介质层，所述高热导性介质层填满所述沟槽。优选的，强电负性离子注入层的深度为200nm。如上所述，本专利技术的半导体器件的制作方法，具有以下有益效果：通过对所述硅衬底的第二表面进行刻蚀工艺暴露出所述三五族化合物层，再利用离子注入工艺对所述沟槽底部暴露出的所述三五族化合物层注入强电负性离子，使得这些离子会给GaN背面引入固定的负电荷，从而补偿掉氮化镓自发激化的影响，形成一层高电子势垒的背面隔离层。这样能有效隔绝流过GaN背面的纵向漏电，从而获得高的击穿电压。附图说明图1显示为传统技术中的异质结场效应晶体管的结构示意图。图2显示为传统技术中的在硅衬底上的异质结场效应晶体管形成背面电极的示意图。图3显示为本专利技术的技术方案中提供的半导体器件的制作方法的流程图。图4至图13显示为实施例一中提供的形成场效应晶体管的示意图。图14至图23显示为实施例二中提供的形成肖特基二极管的示意图。图24至图28显示为对本专利技术的技术方案中提供的半导体器件进行器件性能对比的模拟示意图。元件标号说明100硅衬底200第一半导体层201二维电子气310漏极320源极330栅极400第二半导体层11AlGaN层12GaN层13硅衬底14源极15漏极16栅介质层17栅电极层18第一钝化层19金属场板20强电负性离子层21第二钝化层22高热导性绝缘层24负电极27正电极S10～S70步骤具体实施方式为了便于说明，先对本说明书涉及到的词汇进行诠释。本说明书中，相关词汇的含义以此处诠释为准。三五族化合物半导体：为三族元素和五族元素组合成的化合物的半导体。如Ga、In、Al等属于三族元素；As、N等属于五族元素。比如GaN、AlN、InN、GaAs、AlAs等都属于三五族化合物半导体。以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制作方法，其特征在于，所述半导体器件的制作方法至少包括：提供硅衬底，所述硅衬底包括第一表面和与之相对的第二表面；在所述硅衬底的所述第一表面上形成三五族化合物层；在所述三五族化合物层中制备三五族化合物器件；对所述硅衬底的第二表面进行刻蚀工艺，以在所述硅衬底中形成暴露出所述三五族化合物层的沟槽，且所述沟槽位于所述三五族化合物器件的下方；利用离子注入工艺对所述沟槽底部暴露出的所述三五族化合物层注入强电负性离子；在所述沟槽底部和内壁形成钝化层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制作方法，其特征在于，所述半导体器件的制作方法至少包括：提供硅衬底，所述硅衬底包括第一表面和与之相对的第二表面；在所述硅衬底的所述第一表面上形成三五族化合物层：利用沉积工艺在所述硅衬底上形成GaN层；利用沉积工艺在所述GaN层上形成AlGaN层或利用沉积工艺在所述GaN层上形成InAlN层；在所述三五族化合物层中制备三五族化合物器件；对所述硅衬底的第二表面进行刻蚀工艺，以在所述硅衬底中形成暴露出所述GaN层的沟槽，且所述沟槽位于所述三五族化合物器件的下方；利用离子注入工艺对所述沟槽底部暴露出的所述GaN层注入强电负性离子，以在所述GaN背面引入固定的负电荷，从而补偿掉GaN层自发激化的影响，形成一层高电子势垒的背面隔离层；在所述沟槽底部和内壁形成钝化层。2.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于：所述沟槽仅暴露所述三五族化合物层中所述三五族化合物器件所在的区域。3.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于：所述离子注入工艺中注入离子的元素为O或F，注入剂量为1e18cm-3～1e20cm-3，注入能量大于等于50keV。4.根据权利要求1所述的半导体器件的制作方法，其特征在于：在所述沟槽底部和内壁形成钝化层的步骤之后还包括：在所述钝化层上形成高热导性介质层...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁理，
申请(专利权)人：中航重庆微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85