具有半絕緣場板的功率半導體器件的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及功率半導體器件。
【背景技術】
[0002]需求具有高擊穿電壓和低泄露電流的功率半導體器件。
【發明內容】
[0003]根據本發明，提供了一種功率半導體器件，其包括形成在半導體襯底的第一襯底表面上的第一金屬電極和第二金屬電極、將所述第一金屬電極和所述第二金屬電極進行互連的半絕緣場板、以及在所述第一金屬電極和所述第二金屬電極之間并且在所述場板和所述半導體襯底之間延伸的絕緣氧化層。所述半絕緣場板為氮化鈦(TiN)場板。具有氮化鈦(TiN)場板的功率半導體器件具有較好的擊穿電壓并且具有較好的關閉狀態泄露電流特性。
[0004]在功率半導體器件金屬化之后通過淀積來制備該TiN場板。在TiN淀積之后，形成的TiN層處于氧化硅層和金屬電極這二者的上方。相比于非晶硅的淀積，該后金屬化淀積工藝減輕了爐污染的問題。
[0005]在通過淀積形成了氮化鈦(TiN)場板的情況下，所述氮化鈦(TiN)場板為氮化鈦(TiN)淀積層，其覆蓋了所述第一電極、所述第二電極、以及所述氧化層中所述第一電極和所述第二電極的接觸通道以外的其余部分。
[0006]TiN具有相對低的約為1(Γ4Ω.cm的電阻率，并且在集成電路(IC)中用作導電材料，厚度約為lym。通過形成具有很低厚度(例如，1nm或更低)的TiN薄膜的場板，該場板即為半絕緣的。由于泄漏電流近似地正比于TiN薄膜的厚度，因此將半絕緣TiN薄膜的厚度保持得盡可能地低。由于TiN的淀積不需要高溫，因此采用半絕緣TiN形成場板或作為場板形成材料是有利的。TiN的相對較低的淀積溫度(低于鋁的溶化溫度)減輕了對器件晶片的污染，因此是期望得到的。
【附圖說明】
[0007]參考附圖對本發明實施例進行描述，其中:
[0008]圖1為示出了根據本發明的示例性功率半導體器件的截面圖的示意圖；
[0009]圖2為示出了根據本發明的另一個示例性功率半導體器件的截面圖的示意圖；
[0010]圖3為示出了根據本發明的示例性功率MOSFET的截面圖的示意圖；
[0011]圖4為示出了根據本發明的示例性垂直功率MOSFET的截面圖的示意圖；以及
[0012]圖5為示出了根據本發明的示例性垂直雙極結型晶體管(BJT)的截面圖的示意圖。
【具體實施方式】
[0013]圖1示出了具有橫向結構的示例性功率二極管100。作為示例性功率半導體器件的示例性功率二極管具有橫向結構并且包含P-陽極區110、n_-漂移區120和n+-陰極區130。P-陽極區、n+-陰極區和n_-漂移區均形成在P型半導體襯底140的上表面附近。如圖1所示，在第一橫向側上形成陽極區，在遠離第一橫向側的第二橫向側上形成陰極區，并且漂移區將陽極區和陰極區互連起來。漂移區朝P型半導體襯底向下延伸和向側面延伸，使得漂移區處于n+-陰極區和P-陽極區、以及n+-陰極區和半導體襯底之間。與P-陽極區直接接觸的第一金屬電極形成在P型半導體襯底140的上表面上、并且朝遠離P-陽極區和P型半導體襯底140的方向向上突出以形成陽極112。與n+-陰極區直接接觸的第二金屬電極形成在P型半導體襯底140的上表面上、并且朝遠離n+-陰極區和P型半導體襯底140的方向向上突出以形成陰極132。
[0014]氧化層150在陽極和陰極之間橫向延伸，從而形成將P-陽極區和n+-陰極區互連起來的橋。氧化層150在陽極和陰極之間延伸的同時與n_-漂移區120的上表面鄰接。氧化層150的第一橫向部分橫向地突出進入陽極112并且直接位于P-陽極區上方，使得第一橫向部分被夾在P-陽極區和陽極之間。氧化層150的第二橫向部分橫向地突出進入陰極132并且直接位于n+-陰極區上方，使得第二橫向部分被夾在n+-陰極區130和陰極132之間。
[0015]場板160形成在功率二極管的上表面上并且覆蓋陽極、陰極、以及氧化層的陽極和陰極范圍之外的部分。該場板包括厚度小于1nm而電阻率約為10_4Ω.cm的氮化鈦(TiN)層。如現有技術中已知的是，TiN場板層的電阻率可以通過控制TiN的密度和鈦中的氮分子的比率來調節。TiN場板層的厚度可以通過控制其淀積時間和溫度來調節。保持TiN厚度較小(例如，低于1nm)，以使得TiN場板呈現半絕緣特性。可以在形成金屬陽極和陰極之后通過等離子體增強化學氣相淀積(PECVD)氮化鈦(TiN)來形成高電阻的氮化鈦(TiN)場板。
[0016]當器件為關閉狀態時，電流將從陰極132流向陽極112。由于場板由高電阻材料制成，該電流會在陽極和陰極之間的場板的長度上產生線性的電壓降。陰極132和陽極112之間的該線性的電壓降形狀導致在n_-漂移區120表面上生成均勻或大致均勻的電場。
[0017]該均勻電場降低了在P-陽極區110和/或n+-陰極區130附近的峰值電場，從而有助于改進二極管的擊穿電壓性能。TiN層在高溫下的高電阻率還可以減輕高溫下的泄漏電流。
[0018]圖2示出了具有垂直結構的示例性功率二極管200。示例性功率二極管包括p-陽極區210、n_-漂移區240、n+-陰極區230和在結終端處的p型導電類型的多個保護環270 (或P-保護環)。P-陽極區210和多個保護環270均形成在n_-漂移區240的上表面。
[0019]p-陽極區210形成在rT-漂移區240的上表面的一個橫向側上。所述多個p_保護環270在橫向方向上沿n_-漂移區240的上表面進行分布，并且依次遠離p_陽極區210。每個P-保護環270從n_-漂移區240的上表面延伸到該表面下方的一定深度處。在n_-漂移區240的遠離上表面的下表面上形成n+-陰極區230。
[0020]n_-漂移區240朝n+-陰極區230向下延伸并且還向側面延伸，使得漂移區處于P-陽極區和n+-陰極區230、以及P-保護環區270和n+-陰極區230之間。
[0021]與P-陽極區直接接觸的第一金屬電極形成在n__漂移區240的上表面上、并且朝遠離P-陽極區和n_-漂移區240的方向向上突出以形成陽極212。與p-保護環區270直接接觸的第二金屬電極形成在n_-漂移區240的上表面上、并且朝遠離P-保護環區270和n__漂移區240的方向向上突出以形成外部金屬電極272。與n+-陰極區230直接接觸的第三金屬電極形成在n_-漂移區240下表面下方、并且朝遠離n+-陰極區230和n_-漂移區240的方向向下突出以形成陰極232。
[0022]氧化層250在陽極和保護環之間橫向延伸，從而形成將P-陽極區和P-保護環互連起來的橋。氧化層250在陽極和保護環之間延伸的同時與n_-漂移區240的上表面鄰接。氧化層250的第一橫向部分橫向地突出進入陽極212并且直接位于P-陽極區上方，使得第一橫向部分被夾在P-陽極區210和p-陽極212之間。氧化層250的第二橫向部分橫向地突出進入外部金屬電極272并且直接位于P-保護環區270上方，使得第二橫向部分被夾在P-保護環區270和外部金屬電極272之間。
[0023]場板260形成在功率二極管的上表面上并且覆蓋陽極、外部金屬電極272、以及氧化層的陽極和外部金屬電極272范圍之外的部分。該場板包括厚度小于1nm而電阻率約為1(Γ4Ω.cm的氮化鈦(TiN)層。如現有技術中已知的是，TiN場板層的電阻率可以通過控制TiN的密度和鈦中的氮分子的比率來調節。可以在形成金屬陽極和外部金屬電極272之后通過淀積氮化鈦(