[发明专利]一种具有三维桥墩式沟道结构的半导体装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种具有三维桥墩式沟道结构的半导体装置，本发明还涉及一种具有三维桥墩式沟道结构的半导体装置的制备方法，本发明的半导体装置主要应用于功率集成电路领域。 

背景技术

III-V族氮化物半导体器件，由于其所具有优异的电压阻断和电流导通能力，正逐渐成为功率半导体器件领域受关注的热点。伴随着III-V族氮化物半导体材料工艺的不断完善，其在功率电路领域中的应用范围也在逐渐扩大。 

由于其特有的异质结结构所带来的天然的2DEG导电沟道，使得传统的III-V族氮化物半导体功率器件拥有常通的特性，即在栅极电极未施加电压的情况下，2DEG沟道处于导通状态。而在功率集成电路中，为了避免由于器件误开通而导致的电路安全隐患，通常都需要采用常断型器件。 

同时，由于现阶段III-V族氮化物半导体材料工艺所限，传统的III-V族氮化物半导体器件常常受制于大的栅极泄漏电流，可靠性方面存在严重的缺陷。

针对以上问题，提出了采用绝缘栅极和凹槽结构的栅极工艺，通过RIE(Reactive Ionized Etching)技术，对栅极电极下方的势垒层进行部分或者全部刻蚀，使其在栅极电极未施加电压的情况下，2DEG沟道处于未导通状态；并通过高温CVD技术在栅极电极下方沉积绝缘层，阻断泄漏电流经由栅极的可能。采用以上技术，可以获得拥有正的阈值电压和极小的栅极泄漏电流的器件，使分立式的III-V族氮化物半导体功率器件的广泛应用成为可能。 

然而，采用绝缘栅极和凹槽结构同样会带来问题：由于采用凹槽结构，对栅极电极下方的沟道势垒层进行了部分或者全部刻蚀，使2DEG导电沟道在栅极电极下方的电流传输能力大大削弱，同时，在器件开通时，2DEG导电沟道在栅极电极下方被强制沿着绝缘层形成的凹槽槽壁流通，而由于现阶段器件工艺条件所限，凹槽槽壁的电流路径通常都存在着较大的电阻以及由于其表面粗糙度带来的可靠性问题，因此，极大地抑制了器件的电流导通能力。 

桥墩式沟道结构的III-V族氮化物半导体功率器件，在结合绝缘栅极和凹槽结构的基础上，通过设置分段间隔的栅极电极，为2DEG导电沟道提供了额外的导通路径，同时由于该导通路径无需沿着绝缘凹槽槽壁，避免了由于其沟道界面的工艺问题带来的沟道电阻。 

发明内容

本发明提出一种具有三维桥墩式沟道结构的半导体装置，其特征在于：在传统的绝缘栅极和凹槽结构工艺结合的基础上，通过设置分段等间距的桥墩凹槽结构，为2DEG提供额外的桥墩间的导电沟道，提升了器件的正向导通能力。 

本发明提出一种具有三维桥墩式沟道结构的半导体装置的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)在衬底上通过外延生长形成可以传导的半导体材料N面或Ga的堆叠层；2)通过RIE刻蚀形成一定深度的深槽；3)通过高温CVD实现深槽表面的绝缘钝化层的覆盖；4)通过掩膜版沉积金属，引出电极。 

附图说明

图1为传统绝缘栅极和凹槽结构的III族氮化物HMET器件装置剖面示意图 

图2为传统绝缘栅极和凹槽结构的III族氮化物HMET器件装置导通时的剖面示意图 

图3为传统绝缘栅极和凹槽结构的III族氮化物HMET器件装置平面俯视图 

图4为采用三维桥墩式沟道结构的III族氮化物HMET器件装置剖面示意图 

图5为另一种采用三维桥墩式沟道结构的III族氮化物HMET器件装置剖面示意图 

图6为采用三维桥墩式沟道结构的III族氮化物HMET器件装置平面俯视图 

11  基板(绝缘性/半绝缘性基板) 

12  GaN缓冲层 

13  UID-GaN层 

14  2DEG层 

15  UID-AlGaN层 

16  绝缘层 

17  2DEG层(绝缘侧壁) 

18  源极电极 

19  栅极电极 

20  漏极电极 

21  栅极电极(桥墩式) 

22  桥墩间2DEG 

23  第一2DEG层 

24  第二2DEG层 

具体实施方式

实施例1 

图4为为本发明的一种具有桥墩式沟道结构的半导体装置截面图，下面结合图4详细说明本发明的半导体装置。