半导体器件及其制作方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体器件及其制作方法，涉及半导体技术领域。该半导体器件包括衬底、第一半导体层、第二半导体层、欧姆电极和金属电极。金属电极包括电极沟槽和电极侧翼，通过电极侧翼结构的具体设计，进一步扩展了二维电子气耗尽宽度，调制电场分布。本发明专利技术所述的半导体器件能够解决半导体器件结构在反偏电压下漏电较大的问题，进一步提高半导体器件的反向击穿电压。

Semiconductor devices and their fabrication methods

The invention provides a semiconductor device and a manufacturing method thereof, which relates to the field of semiconductor technology. The semiconductor device comprises a substrate, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, an ohmic electrode and a metal electrode. Metal electrodes include grooves and flanks. The two-dimensional electron gas depletion width is further extended and the electric field distribution is modulated by the specific design of the flanks. The semiconductor device of the invention can solve the problem of large leakage of the semiconductor device structure under the reverse voltage, and further improve the reverse breakdown voltage of the semiconductor device.

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种半导体器件及其制作方法。
技术介绍
在高压开关应用领域中，希望半导体器件具有反向漏电小、反向耐压大的特性。基于宽禁带半导体材料，例如氮化镓、碳化硅、金刚石半导体器件逐渐成为研究的热点。例如，氮化镓材料主要是在异质材料上外延生长而得，基于铝镓氮/氮化镓异质结构所形成的水平方向的高电子迁移率的二维电子气沟道制作的高电子迁移率器件(HEMT)已经被广泛的应用于射频和电力电子领域。一方面是因为氮化镓是宽禁带半导体材料具有比硅材料大10倍左右临界击穿电场以及相应的高耐压的特性，另一方面是由于二维电子气沟道能够提供非常小的导通电阻，从而减少开关器件的功率损耗。因此，基于铝镓氮/氮化镓异质结构的半导体器件逐渐成为业界的重要研究方向。但是，在高反偏电压的工作条件下，由于半导体器件的强电场将集中分布于三极管的栅极边缘或者是二极管的阳极边缘，很容易导致栅极或者阳极的性能退化，例如反向漏电的增加，电极的击穿，因此无法实现真正的耐高压半导体器件。因此，如何进一步降低半导体器件的漏电，提高反偏击穿电压，仍然是目前实现高耐压半导体器件技术实现的难题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种半导体器件及其制作方法。本专利技术提供的技术方案如下：一种半导体器件，包括：衬底；位于所述衬底一侧的第一半导体层；位于所述第一半导体层远离所述衬底一侧的第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的界面处形成二维电子气；位于所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的欧姆电极；金属电极，所述金属电极的至少一部分位于所述第二半导体层内；其中，所述金属电极包括电极沟槽和电极侧翼，所述电极沟槽的底部延伸至所述二维电子气所在的区域或超过所述二维电子气所在的区域；所述电极侧翼位于所述电极沟槽与所述欧姆电极之间；所述电极侧翼靠近所述半导体层的一侧包括多个阶梯面或者至少一个弧形槽，所述阶梯面同所述二维电子气之间的距离与该阶梯面在所述二维电子气所在平面投影的面积相匹配；所述弧形槽的曲率半径与所述电极侧翼的延伸长度相匹配。进一步地，所述半导体器器件还包括位于所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的介质层，所述金属电极的至少一部分位于所述介质层内。进一步地，所述电极侧翼的底部延伸至所述介质层内或延伸至所述第二半导体层远离所述第一半导体层的表面或延伸至所述第二半导体层内。进一步地，每个所述电极侧翼中所述阶梯面在所述二维电子气所在平面的投影的面积从所述电极沟槽向相邻的所述欧姆电极的方向逐渐增大，且所述阶梯面与所述二维电子气之间的距离从所述电极沟槽向相邻的所述欧姆电极的方向逐渐增大。进一步地，每个所述电极侧翼中所述阶梯面在所述二维电子气所在平面的投影的面积与该阶梯面同所述二维电子气之间的距离的比值相等。进一步地，所述弧形槽的曲率半径大于或等于所述电极侧翼在所述二维电子气所在平面的延伸长度的一半，且小于或等于所述电极侧翼在所述二维电子气所在平面的延伸长度。进一步地，所述电极侧翼包括多个阶梯面时，所述电极沟槽底部平面和所述电极沟槽靠近所述电极侧翼的外侧面交点处与相邻电极侧翼侧壁之间的距离，大于或等于所述电极沟槽靠近所述电极侧翼的外侧面在所述电极沟槽底部平面上的投影长度。进一步地，所述电极侧翼的底部与所述二维电子气之间的距离大于或等于5nm。进一步地，所述阶梯面为平行于所述二维电子气所在平面的平面。进一步地，所述电极沟槽的侧壁与所述电极沟槽的底部的夹角为锐角、钝角或直角。进一步地，所述阶梯面的拐点处为圆弧状。进一步地，所述电极沟槽的底部和侧壁的拐点处为圆弧状。进一步地，所述衬底与所述第一半导体层之间还依次沉积有成核层、缓冲层或背势垒层中的一层或多层的组合。本专利技术还提供了一种半导体器件的制作方法，包括：提供一衬底；在所述衬底一侧依次沉积第一半导体层和第二半导体层，其中，述第一半导体层与所述第二半导体层的界面处形成二维电子气；在所述第二半导体层远离所述第一半导体层的一侧的两端制作欧姆电极；在所述欧姆电极之间的第二半导体层内制作金属电极；其中，所述金属电极包括电极沟槽和电极侧翼，所述电极沟槽的底部延伸至所述二维电子气所在的区域或超过所述二维电子气所在的区域；所述电极侧翼位于所述电极沟槽与所述欧姆电极之间；所述电极侧翼靠近所述半导体层的一侧包括多个阶梯面或者至少一个弧形槽，所述阶梯面同所述二维电子气之间的距离与该阶梯面在所述二维电子气所在平面投影的面积相匹配；所述弧形槽的曲率半径与所述电极侧翼的延伸长度相匹配。本专利技术所述的半导体器件中电极沟槽中的金属电极可以直接与二维电子气接触，可以减小金属与半导体接触的势垒高度和势垒宽度，进而减小半导体器件正向开启的导通电压。电极侧翼形成在电极沟槽两侧，且通过具体的结构设计，进一步扩展了二维电子气的耗尽宽度，调制电场分布，进一步降低漏电。使得金属电极与二维电子气形成的金属与半导体接触上所承受的反偏电压被大大减小，进而减小反偏下的漏电，提高耐压特性。能够解决半导体器件结构在反偏电压下漏电较大的问题，进一步提高半导体器件的反向击穿电压。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的剖面结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的一种半导体器件中未制作金属电极的剖面结构示意图。图3为本专利技术实施例提供的另一种半导体器件的剖面结构示意图。图4为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的部分剖面结构示意图。图5为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的部分剖面结构示意图。图6为本专利技术实施例提供的另一种半导体器件的剖面结构示意图。图7为本专利技术实施例提供的另一种半导体器件的剖面结构示意图。图8为本专利技术实施例提供的一种半导体器件的制作流程示意图。图标：10-半导体器件；101-衬底；102-第一半导体层；121-二维电子气；103-第二半导体层；104-介质层；105-欧姆电极；106-金属电极；107-成核层；108-缓冲层；161-电极沟槽；162-电极侧翼；163-阶梯面。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底一侧的第一半导体层；位于所述第一半导体层远离所述衬底一侧的第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的界面处形成二维电子气；位于所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的欧姆电极；金属电极，所述金属电极的至少一部分位于所述第二半导体层内；其中，所述金属电极包括电极沟槽和电极侧翼，所述电极沟槽的底部延伸至所述二维电子气所在的区域或超过所述二维电子气所在的区域；所述电极侧翼位于所述电极沟槽与所述欧姆电极之间；所述电极侧翼靠近所述半导体层的一侧包括多个阶梯面或者至少一个弧形槽，所述阶梯面同所述二维电子气之间的距离与该阶梯面在所述二维电子气所在平面投影的面积相匹配；所述弧形槽的曲率半径与所述电极侧翼的延伸长度相匹配。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底一侧的第一半导体层；位于所述第一半导体层远离所述衬底一侧的第二半导体层，所述第一半导体层与所述第二半导体层的界面处形成二维电子气；位于所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的欧姆电极；金属电极，所述金属电极的至少一部分位于所述第二半导体层内；其中，所述金属电极包括电极沟槽和电极侧翼，所述电极沟槽的底部延伸至所述二维电子气所在的区域或超过所述二维电子气所在的区域；所述电极侧翼位于所述电极沟槽与所述欧姆电极之间；所述电极侧翼靠近所述半导体层的一侧包括多个阶梯面或者至少一个弧形槽，所述阶梯面同所述二维电子气之间的距离与该阶梯面在所述二维电子气所在平面投影的面积相匹配；所述弧形槽的曲率半径与所述电极侧翼的延伸长度相匹配。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器器件还包括位于所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的介质层，所述金属电极的至少一部分位于所述介质层内。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述电极侧翼的底部延伸至所述介质层内或延伸至所述第二半导体层远离所述第一半导体层的表面或延伸至所述第二半导体层内。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，每个所述电极侧翼中所述阶梯面在所述二维电子气所在平面的投影的面积从所述电极沟槽向相邻的所述欧姆电极的方向逐渐增大，且所述阶梯面与所述二维电子气之间的距离从所述电极沟槽向相邻的所述欧姆电极的方向逐渐增大。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，每个所述电极侧翼中所述阶梯面在所述二维电子气所在平面的投影的面积与该阶梯面同所述二维电子气之间的距离的比值相等。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述弧形槽的曲率半径大于或等于所述电极侧翼在所述二维电子气所在平面的延伸长度的一半，且小于或等于所述电极侧翼在所述二维电子气所在平面的延伸长度...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵树峰，
申请(专利权)人：苏州捷芯威半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32