專利名稱：功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?201010554510.5，在LED外延生長(zhǎng)的過(guò)程中，對(duì)GaN材料進(jìn)行沉積。接著，當(dāng)LED外延生長(zhǎng)完成后，進(jìn)行透明電極層的沉積。然后，將沉積后的透明電極層制作成網(wǎng)格狀層。通過(guò)網(wǎng)格狀的高介電常數(shù)透明電極層的存在，令其作為電流擴(kuò)展層和應(yīng)力緩沖層。申請(qǐng)專利號(hào):200480038612.4，提供一種具有異質(zhì)結(jié)的半導(dǎo)體器件。該器件包括襯底和至少一個(gè)納米結(jié)構(gòu)。襯底和納米結(jié)構(gòu)由不同的材料構(gòu)成。襯底可以由例如IV族半導(dǎo)體材料構(gòu)成，而納米結(jié)構(gòu)可以由II1-V族半導(dǎo)體材料構(gòu)成。納米結(jié)構(gòu)由襯底支撐并與其有外延關(guān)系。納米結(jié)構(gòu)可以是諸如柵極-環(huán)繞-晶體管器件的電子器件的功能部件。在柵極-環(huán)繞-晶體管的實(shí)施例中，納米線由襯底支撐，襯底是漏極，納米線是電流溝道，并且頂部金屬接觸是源極。薄柵極電介質(zhì)將納米線與柵電極分開(kāi)。異質(zhì)材料由于晶格不匹配，生長(zhǎng)容易產(chǎn)生缺陷，技術(shù)控制不好會(huì)對(duì)器件的性能影響較大。新材料帶來(lái)的后續(xù)歐姆接觸問(wèn)題相對(duì)于現(xiàn)有的Si工藝不成熟，可能會(huì)導(dǎo)致背金工藝比原工藝復(fù)雜或出現(xiàn)可靠性問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種可以在異質(zhì)結(jié)附近形成載流子密度較高的區(qū)域、可以降低導(dǎo)通電壓和關(guān)斷時(shí)間的功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底的背面設(shè)有P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層，在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層的背面設(shè)有集電極。在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層之間設(shè)有第一緩沖層，所述第一緩沖層為N導(dǎo)電類(lèi)型硅緩沖層。在第一緩沖層與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層之間設(shè)有第二緩沖層，所述第二緩沖層為非晶氮化鎵層或者氮化鋁緩沖層；在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層與集電極之間設(shè)有氮化銦鎵層。在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層之間設(shè)有第二緩沖層，所述第二緩沖層為非晶氮化鎵層或者氮化鋁緩沖層；在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層與集電極之間設(shè)有氮化銦鎵層。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、在器件的背面制作異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)提高注入效率，可以改善器件的導(dǎo)通壓降；
2、p型GaN的摻雜元素Mg電離能(AEv約250meV)是p型Si( AEv約44meV)的數(shù)倍，熱穩(wěn)定性好。
3、由于GaN生長(zhǎng)溫度較高，可以減少前面工藝的熱過(guò)程時(shí)間。4、由于極化效果產(chǎn)生的二維電子氣更容易隧穿實(shí)現(xiàn)相同背面摻雜劑量的歐姆接觸，可以超過(guò)傳統(tǒng)工藝中背面低注入劑量的下限。5、異質(zhì)結(jié)界面缺陷較多，可以形成復(fù)合中心減少載流子壽命，改善關(guān)斷特性。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的非穿通型的IGBT的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。圖1中，AA’線以上區(qū)域?yàn)楣β拾雽?dǎo)體器件的正面結(jié)構(gòu)。該功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底I的背面設(shè)有P導(dǎo)電類(lèi)型硅集電極層7，在P導(dǎo)電類(lèi)型硅集電極層7的背面設(shè)有集電極3。實(shí)施例1
如圖2所示，功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底I的背面設(shè)有P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2，在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2的背面設(shè)有集電極3。圖2中BB’線以上區(qū)域?yàn)楣β拾雽?dǎo)體器件的正面結(jié)構(gòu)，它與圖1中AA’線以上區(qū)域的功率半導(dǎo)體器件的正面結(jié)構(gòu)完全相同。本實(shí)施例與實(shí)施例1類(lèi)似，它將實(shí)施例1的P導(dǎo)電類(lèi)型硅集電極層7替換成了 P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2。背面的P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2材料采用外延的方法制備，由于P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2的摻雜濃度不能過(guò)高，因此厚度需根據(jù)代工廠的技術(shù)水品決定生長(zhǎng)厚度。濃度越高，厚度可以做的越薄，以滿足相同器件的性能要求。摻雜所需Mg離子可以采用注入或與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2同步生長(zhǎng)的方法獲得，后者需要在生長(zhǎng)完之后退火激活。和Si相比，由于P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2具有遠(yuǎn)大與Si的載流子遷移率和飽和電子漂移速度，因此P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2可以具有更低的體區(qū)電阻和導(dǎo)通壓降。由于P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2擁有遠(yuǎn)大于Si的禁帶寬度，容易形成較強(qiáng)的極化電場(chǎng)，感生高密度的二維電子氣，這有益于改善器件的導(dǎo)通壓降。P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2受主能級(jí)較深，受溫度影響較小，可以減小器件受溫度影響的電導(dǎo)調(diào)制效應(yīng)。實(shí)施例2
如圖3所示，功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底I的背面設(shè)有P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2，在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2的背面設(shè)有集電極3，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底I與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2之間設(shè)有第一緩沖層4，所述第一緩沖層4為N導(dǎo)電類(lèi)型硅緩沖層。圖3中CC’線以上區(qū)域?yàn)楣β拾雽?dǎo)體器件的正面結(jié)構(gòu)，它與圖1中AA’線以上區(qū)域的功率半導(dǎo)體器件的正面結(jié)構(gòu)完全相同。本實(shí)施例與實(shí)施例1類(lèi)似，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底I和P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2之間添加了第一緩沖層4，且第一緩沖層4為N導(dǎo)電類(lèi)型硅緩沖層，P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2材料采用外延的方法制備。實(shí)施例3
如圖4所示，功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底I的背面設(shè)有P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2，在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2的背面設(shè)有集電極3，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底I與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2之間設(shè)有第一緩沖層4，所述第一緩沖層4為N導(dǎo)電類(lèi)型硅緩沖層，在第一緩沖層4與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2之間設(shè)有第二緩沖層5，所述第二緩沖層5為非晶氮化鎵層或者氮化鋁緩沖層；在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2與集電極3之間設(shè)有氮化銦鎵層6。圖4中功率半導(dǎo)體器件的正面結(jié)構(gòu)未畫(huà)出，該正面結(jié)構(gòu)與圖1中AA’線以上區(qū)域的功率半導(dǎo)體器件的正面結(jié)構(gòu)完全相同。本實(shí)施例與實(shí)施例2類(lèi)似，在第一緩沖層4與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2之間添加第二緩沖層5，且第二緩沖層5為非晶氮化鎵層或者氮化鋁緩沖層；在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2與集電極3之間添加氮化銦鎵層6。氮化銦鎵層6及第二緩沖層5的生長(zhǎng)采用和P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2相同的設(shè)備中的同一反應(yīng)室，因此不會(huì)增加工藝的制備難度和成本，而且可以形成質(zhì)量更高的P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2外延層。此外AlN材料的價(jià)帶比P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2更低，異質(zhì)結(jié)能帶彎曲更嚴(yán)重，形成的電子氣更多更有利于改善導(dǎo)通壓降。實(shí)施例4
如圖5所示，功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底I的背面設(shè)有P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2，在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2的背面設(shè)有集電極3，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底I與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2之間設(shè)有第二緩沖層5，所述第二緩沖層5為非晶氮化鎵層或者氮化鋁緩沖層；在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2與集電極3之間設(shè)有氮化銦鎵層6。圖3中EE’線以上區(qū)域?yàn)楣β拾雽?dǎo)體器件的正面結(jié)構(gòu)，它與圖1中AA’線以上區(qū)域的功率半導(dǎo)體器件的正面結(jié)構(gòu)完全相同。本實(shí)施例與實(shí)施例1類(lèi)似，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底I與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2之間添加第二緩沖層5，且第二緩沖層5為非晶氮化鎵層或者氮化鋁緩沖層；在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2與集電極3之間設(shè)有氮化銦鎵層6。本發(fā)明通過(guò)采用在背面生長(zhǎng)P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層2材料，可以在異質(zhì)結(jié)附近形成載流子密度較高的區(qū)域，這種結(jié)構(gòu)可以降低導(dǎo)通電壓和關(guān)斷時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，其特征是:在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底(I)的背面設(shè)有P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層(2 )，在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層(2 )的背面設(shè)有集電極(3 )。
2.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，其特征是:在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底(I)與氮化鎵層(2)之間設(shè)有第一緩沖層(4)，所述第一緩沖層(4)為N導(dǎo)電類(lèi)型硅緩沖層。
3.如權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，其特征是:在第一緩沖層(4)與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層(2)之間設(shè)有第二緩沖層(5)，所述第二緩沖層(5)為非晶氮化鎵層或者氮化鋁緩沖層；在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層(2)與集電極(3)之間設(shè)有氮化銦鎵層(6)。
4.如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，其特征是:在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底(I)與P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層(2)之間設(shè)有第二緩沖層(5)，所述第二緩沖層(5)為非晶氮化鎵層或者氮化鋁緩沖層；在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層(2)與集電極(3)之間設(shè)有氮化銦鎵層(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述功率半導(dǎo)體器件的背面集電極結(jié)構(gòu)，在N導(dǎo)電類(lèi)型硅襯底的背面設(shè)有P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層，在P導(dǎo)電類(lèi)型氮化鎵層的背面設(shè)有集電極。本發(fā)明在器件的背面制作異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)提高注入效率，可以改善器件的導(dǎo)通壓降，異質(zhì)結(jié)界面缺陷較多，可以形成復(fù)合中心減少載流子壽命，改善關(guān)斷特性。
文檔編號(hào)H01L29/417GK103077962SQ20131001301
公開(kāi)日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月14日
發(fā)明者陳宏 , 朱陽(yáng)軍, 邱穎斌, 徐承福, 吳凱 申請(qǐng)人:江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心, 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所, 江蘇中科君芯科技有限公司