[发明专利]垂直式半导体元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直式半导体元件及其制造方法，特别是指一种改善电流拥挤(current crowding)的垂直式半导体元件及其制造方法。

背景技术

一般碳化镓(GaN)晶体外延成长于如碳化硅(SiC)或蓝宝石(Sapphire)等基材上。由于蓝宝石基板为绝缘体，因此，若需要将功率元件制作于蓝宝石基板，则必须制作为横向元件，也就是将电极形成于元件同侧。如此一来，不但会增加元件面积，增加制造成本，亦会产生电流拥挤的问题。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种垂直式半导体元件及其制造方法，可减少半导体元件面积，降低制作成本，并且改善电流拥挤的问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种垂直式半导体元件及其制造方法。

为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种垂直式半导体元件，包含：一基板，其具有一第一表面与一第二表面，且该第一表面与第二表面之间，具有贯穿该基板的多个导电栓所形成的导电矩阵；一半导体层，形成于该第一表面上，其具有一第三表面与一第四表面，其中该第四表面面向该第一表面；一第一电极，形成于该第三表面上；以及一第二电极，形成于该第二表面上，用以电连接该导电矩阵。

就另一观点言，本发明也提供了一种垂直式半导体元件制造方法，包含：提供一基板，其具有一第一表面与一第二表面；形成一半导体层于该第一表面上，且该半导体层具有一第三表面与一第四表面，其中该第四表面面向该第一表面；形成一第一电极于该第三表面上；形成多个穿孔贯穿该基板，且该多个穿孔形成一穿孔矩阵；形成多个导电栓于该多个穿孔中，以形成一导电矩阵；以及形成一第二电极于该第二表面上，用以电连接该导电矩阵。

在其中一种较佳实施型态中，该基板包括一碳化硅(SiC)基板或一蓝宝石(sapphire)基板。

上述较佳实施型态中，该半导体层较佳地包含一氮化镓(gallium nitride，GaN)层，且该第一电极、该GaN层、该导电矩阵、与该第二电极形成一垂直式肖特基位障二极管(Schottky barrier diode，SBD)。

在另一种较佳实施型态中，该半导体层包含：一具有第一导电型杂质掺杂的氮化镓(gallium nitride，GaN)层；一具有第二导电型杂质掺杂的基极区，形成于该第三表面下的该GaN层中，且该基极区与该第一电极电连接；以及一具有第一导电型杂质掺杂的射极区，形成于该第三表面下的该基极区中，且该射极区与一形成于该第三表面上的第三电极电连接；其中，该第一电极、该半导体层、该第三电极、该导电矩阵、与该第二电极形成一垂直式双极接面晶体管(bipolar junction transistor，BJT)。

在又一种较佳实施型态中，该半导体层包含：一具有第一导电型杂质掺杂的氮化镓(gallium nitride，GaN)层；一具有第二导电型杂质掺杂的本体区，形成于该第三表面下的该GaN层中，且该本体区与该第一电极电连接；一具有第一导电型杂质掺杂的射极区，形成于该第三表面下的该本体区中，且该射极区与该第一电极电连接；以及一具有第二导电型杂质掺杂的注入区，形成于该GaN层与该基板之间，并通过该导电矩阵与该第二电极电连接；且该垂直式半导体元件更包含：一介电层，形成于该第三表面上；以及一栅极，形成于该介电层上，其中，该第一电极、该半导体层、该第三电极、该导电矩阵、该第二电极、该介电层、与该栅极形成一垂直式绝缘栅双极性晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)。

下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效。

附图说明

图1A-1D显示本发明的第一个实施例；

图2A-2D显示本发明的第二个实施例；

图3A-3D显示本发明的第三个实施例。

图中符号说明

11            基板

12            穿孔矩阵

12a           穿孔

13，23，32，33  半导体层

14            阳极

15            阴极

16            导电矩阵

16a           导电栓

24            基极

25，35        集极