双向开关晶体管制作方法和双向开关晶体管与流程

本发明涉及一种半导体器件技术，特别是涉及双向开关晶体管的制作方法和双向开关晶体管。

背景技术：

双向开关是一种双向通电、对正负两极性电压都具有耐压性的开关。

现有技术中，双向开关一般是由两个igbt反向并联而成，每个igbt还需要连接续流二极管，为igbt提供反向工作电流。

但是现有技术中的双向开关中，由于双向开关包括两个igbt和两个续流二极管，器件的数量多，两个igbt是单独制造封装的器件，由于工艺和封装特性，两个igbt之间的导通电压并不完全一致，因而两个igbt之间存导通电压偏移的问题，而导通电压存在偏移就会造成导通损耗增大。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种双向开关晶体管，用以解决现有技术中的双向开关中两个igbt之间的导通电压不一致导致的导通电压存在偏移增大了导通损耗的问题。

本发明一方面提供了一种双向开关晶体管，包括：基底；

在所述基底上形成的第一欧姆接触层、第二欧姆接触层、第一栅极连接金属层、第二栅极连接金属层，其中，第一栅极连接金属层和第二栅极连接金属层均位于所述第一欧姆接触层和第二欧姆接触层之间；

在所述第一欧姆接触层与所述第一栅极连接金属层之间、所述第一栅极连接金属层与所述第二栅极连接金属层之间、所述第二栅极连接金属层与所述第二欧姆接触层之间形成的保护层；

在所述第一栅极连接金属层上形成的第一栅极金属层和所述第二栅极连 接金属层上形成的第二栅极金属层。

本发明的另一方面提供一种双向开关晶体管的制作方法，包括：在基底上形成第一栅极连接金属层和第二栅极连接金属层；

在所述第一栅极连接金属层的两侧和所述第二栅极连接金属层的两侧形成保护层；

刻蚀所述保护层，以形成源端接触孔和漏端接触孔，其中，所述第一栅极连接金属层和第二栅极连接金属层均位于所述源端接触孔和所述漏端接触孔之间；

在所述源端接触孔中形成第一欧姆接触层，在所述漏端接触孔中形成第二欧姆接触层；

在所述第一栅极连接金属层上形成第一栅极金属层，在所述第二栅极连接金属层上形成第二栅极金属层。

本发明提供的双向开关晶体管的制作方法和双向开关晶体管，从效果上来看可以视为包括两个晶体管，由于两个晶体管共用了第一欧姆接触层和第二欧姆接触层，即共用了源极和漏极，并且该晶体管结构上相互对称，因此没有导通电压的偏移，导通损耗小。并且由于共用了源极和漏极，与现有技术的双向开关相比，使得整个晶体管的集成度变高，有效的减小了晶体管的尺寸。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的双向开关晶体管的结构示意图；

图2为本发明实施例三提供的双向开关晶体管的制作方法的流程图；

图3a-3k为本发明实施例四提供的制作双向开关晶体管的各步骤的剖面结构示意图。

附图标记

1-基底；21-第一欧姆接触层；

22-第二欧姆接触层；31-第一栅极连接金属层；

32-第二栅极连接金属层；4-保护层；

51-第一栅极金属层；52-第二栅极金属层；

41-源端接触孔；42-漏端接触孔

7-氧化层；2-欧姆层；

具体实施方式

实施例一

本实施例提供一种双向开关晶体管，图1为本发明实施例一提供的双向开关晶体管的结构示意图，如图1所示，该双向开关晶体管包括：基底1、在基底1上形成的第一欧姆接触层21、第二欧姆接触层22、第一栅极连接金属层31、第二栅极连接金属层32、其中，第一栅极连接金属层31和第二栅极连接金属层32均位于第一欧姆接触层21和第二欧姆接触层22之间。

还包括：在第一欧姆接触层21与第一栅极连接金属层31之间、第一栅极连接金属层31与第二栅极连接金属层32之间、第二栅极连接金属层32与第二欧姆接触层22之间形成的保护层4、在第一栅极连接金属层31上形成的第一栅极金属层51和第二栅极连接金属层32上形成的第二栅极金属层52。

第一栅极金属层51和第二栅极金属层52相当于双向开关晶体管的栅极。

另外，第一欧姆接触层21和第二欧姆接触层22均是复合金属层。当基底1与该复合金属层接触时，势垒宽度变得很薄，电子穿越势垒产生隧道电流，此时可以视为金属和基底之间的接触为欧姆接触。其中，第一欧姆接触层21相当于双向开关晶体管的源极，第二欧姆接触层21相当于双向开关晶体管的漏极。

本实施例中提供的双向开关晶体管中，从效果上来看可以视为包括两个晶体管，其中一个是由第一欧姆接触层21、第一栅极金属层51、第二欧姆金属层22组成的，另外一个是由第一欧姆结束层21、第二栅极金属层51、第二欧姆金属层22组成的，可以看出，这两个晶体管共用了第一欧姆接触层21和第二欧姆接触层22，即共用了源极和漏极，该双向开关晶体管共用了部分有源区，在结构上相互对称，因此没有导通电压的偏移，导通损耗小，并且由于共用了源极和漏极，与现有技术的双向开关相比，使得整个晶体管的集成度变高，有效的减小了晶体管的尺寸。

本实施例提供的双向开关晶体管中，由于共用了第一欧姆接触层21和第 二欧姆接触层22，即共用了源极和漏极，并且该晶体管结构上相互对称，因此没有导通电压的偏移，导通损耗小。并且由于共用了源极和漏极，与现有技术的双向开关相比，使得整个晶体管的集成度变高，有效的减小了晶体管的尺寸。

实施例二

本实施例是对上述实施例进一步的解释说明。

其中，可选的，基底1包括硅衬底、在硅衬底上依次生长的氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层。

第一栅极连接金属层31和第二栅极连接金属层32作为栅极的连接介质，即栅介质，可选的，可以为p型掺杂的algan。

其中，algan和gan异质结处可以形成高浓度、高迁移率的二维电子气，同时异质结对二维电子气具有良好的调节作用。

另外，gan具有大禁带宽度、高电子饱和速率、高击穿电场，较高热导率，耐腐蚀和抗辐射性能，可以抗高压、高频、高温、大功率和辐照环境。

可选的，第一欧姆接触层21和第二欧姆接触层22均包括：第一钛层，铝层，第二钛层及氮化钛层。

其中，第一钛层和第二钛层的厚度相等，均为150埃-250埃，铝层的厚度为1100埃-1300埃，所述氮化钛层的厚度为150埃-250埃。

优选的，第一钛层和第二钛层的厚度为200埃，铝层的厚度为1200埃，氮化钛层的厚度为200埃。

第一栅极金属层51和第二栅极金属层52均包括：镍层和铜层。

可选的，保护层4可以为氮化硅层，保护层4能够阻挡杂质离子向基底1扩散。进一步的，为了使得保护效果更好，保护层4可以为氮化硅层和氧化硅层的复合层，氮化硅层和氧化硅层依次形成在基底1上。

其中，氧化硅层是以正硅酸乙酯溶液为源，用等离子体增强化学汽相淀积法淀积的。氧化硅层可以保护基底不受机械擦伤，保证器件的稳定性。

本实施例提供的双向开关晶体管中，其中，由于共用了第一欧姆接触层21和第二欧姆接触层22，即共用了源极和漏极，并且该晶体管结构上相互对称，因此没有导通电压的偏移，导通损耗小。另外，由于基底材料中包括氮化镓，其中，氮化镓和第一栅极连接金属31和第二栅极连接金属31之间可 以形成高浓度、高迁移率的二维电子气，因此，可以更好的实现双向开关晶体管的导通性能。

实施例三

本实施例提供一种双向开关晶体管的制作方法，本实施例的双向开关晶体管的制作方法可以用于制造上述实施例中的双向开关晶体管。如图2所示，图2为本发明实施例三提供的双向开关晶体管的制作方法的流程图，该双向开关晶体管的制作方法，包括：

步骤101，在基底1上形成第一栅极连接金属层31和第二栅极连接金属层32。

其中，基底1包括硅衬底、在硅衬底上依次生长的氮化镓缓冲层及铝镓氮势垒层。当然，基底1也可以为其他半导体材料，对于基底1的制造工艺并不加以限定。

第一栅极连接金属层31和第二栅极连接金属层32作为栅极的连接介质，即栅介质，可选的，可以为p型掺杂的algan。

步骤102，在第一栅极连接金属层31的两侧和第二栅极连接金属层32的两侧形成保护层4。

可选的，保护层4可以为氮化硅层，保护层4能够阻挡杂质离子向基底扩散。进一步的，为了使得保护效果更好，保护层4可以为氮化硅层和氧化硅层的复合层，氮化硅层和氧化硅层依次形成在基底1上。

其中，氧化硅层是以正硅酸乙酯溶液为源，用等离子体增强化学汽相淀积法淀积的。氧化硅层可以保护基底不受机械擦伤，保证器件的稳定性。

步骤103，刻蚀保护层4，以形成源端接触孔41和漏端接触孔42，其中，第一栅极连接金属层51和第二栅极连接金属层52均位于源端接触孔41和漏端接触孔42之间。

步骤104，在源端接触孔41中形成第一欧姆接触层21，在漏端接触孔42中形成第二欧姆接触层22。

第一欧姆接触层41和所述第二欧姆接触层41均是复合金属层。当基底1与该复合金属层接触时，势垒宽度变得很薄，电子穿越势垒产生隧道电流，此时可以视为金属和基底之间的接触为欧姆接触。

步骤105，在第一栅极连接金属层上形成第一栅极金属层，在第二栅极 连接金属层上形成第二栅极金属层。

本实施例中提供的双向开关晶体管制作方法中，从效果上来看可以视为同时形成了两个晶体管，其中一个是由第一欧姆接触层21、第一栅极金属层51、第二欧姆金属层22组成的，另外一个是由第一欧姆结束层21、第二栅极金属层51、第二欧姆金属层22组成的，这两个晶体管共用了第一欧姆接触层21和第二欧姆接触层22，即共用了源极和漏极，该双向开关晶体管共用了部分有源区，在结构上相互对称，因此没有导通电压的偏移，导通损耗小，并且由于共用了源极和漏极，与现有技术的双向开关相比，使得整个晶体管的集成度变高，有效的减小了晶体管的尺寸。

本实施例提供的双向开关晶体管的制作方法中，同时形成了两个晶体管由于两个晶体管共用了第一欧姆接触层21和第二欧姆接触层22，即共用了源极和漏极，并且该晶体管结构上相互对称，因此没有导通电压的偏移，导通损耗小。并且由于共用了源极和漏极，与现有技术的双向开关相比，使得整个晶体管的集成度变高，有效的减小了晶体管的尺寸。

实施例四

本实施例是对上述方法实施例进一步的解释说明。如图3a至3k所示，图3a-3k为本发明实施例四提供的制作双向开关晶体管的各步骤的剖面结构示意图。

如图3a所示，在基底1上形成氧化层7。

其中，以氧化层7可以为氧化硅层，具体的，采用化学气相沉积的方式形成上述氧化硅层。当然，若基底1为其他类型的可氧化的材料，氧化层7也可以直接对基底1进行氧化生成。

进一步的，在基底1上形成第一栅极连接金属层31和第二栅极连接金属层32，具体的包括：

如图3b所示，刻蚀氧化层7，在氧化层7上形成第一栅极接触孔61和第二栅极接触孔62。

具体的，刻蚀氧化层7采用的光刻工艺，对光刻胶进行曝光、显影，以曝光显影后的光刻胶为掩膜，对氧化层7进行刻蚀，从而形成第一栅极接触孔61和第二栅极接触孔62，刻蚀完成后，将光刻胶去除。

刻蚀工艺可以采用湿法刻蚀，优选的，采用干法刻蚀，从而可以避免侧 向腐蚀基底1。

进一步的，在第一栅极接触孔61内形成第一栅极连接金属层31，在第二栅极接触孔62内形成第二栅极连接金属层32。

如图3c所示，首先在氧化层7和第一栅极接触孔61和第二栅极接触孔62内沉积连接金属层3，具体的，可以采用化学气相沉积沉积连接金属层3。优选的，采用磁控溅射镀膜工艺沉积连接金属层3。

如图3d所示，去除掉所述氧化层7上的连接金属层3，只保留第一栅极接触孔61内的第一栅极连接金属层31和第二栅极接触孔62内的第二栅极连接金属层32。

具体的，去除氧化层7上的连接金属层具体可以采用光刻的方式，优选的，也可以采用化学机械研磨进行研磨，使得器件的表面更加平整。

最后，如图3e所示，将基底1上的氧化层7去除。其中，氧化层7若为氧化硅层，则采用干法刻蚀，氧化硅层对干法刻蚀有很高的选择比，从而可以在去除氧化层7时基底1不被刻蚀。

进一步的，如图3f所示，在第一栅极连接金属层31的两侧和第二栅极连接金属层32的两侧形成保护层4。具体的，在形成保护层4时，可以采用化学气相沉积的方式，在基底和第一栅极连接金属层31和第二栅极连接金属层32上均沉积保护层4，进一步的，采用化学机械研磨将第一栅极连接金属层31和第二栅极连接金属层32上的保护层4研磨掉。

其中，保护层4可以为氮化硅层和氧化硅层的复合层，具体的，可以先在基底上形成氮化硅层，然后形成氧化硅层。

如图3g所示，刻蚀保护层4，以形成源端接触孔41和漏端接触孔42，其中，第一栅极连接金属层31和第二栅极连接金属层32均位于源端接触孔41和所述漏端接触孔42之间。

进一步的，在源端接触孔41中形成第一欧姆接触层21，在漏端接触孔42中形成第二欧姆接触层22，具体的，包括：

如图3h所示，在源端接触孔41、漏端接触孔42以及保护层4、第一栅极连接金属层31及第二栅极连接金属层32上形成欧姆层2。

进一步的，对欧姆层2进行高温退火，高温退火的温度为800℃-1000℃，高温退火是在氮气条件下进行高温退火。当然，也可以是其他不与器件发生 化学反应的气体。

如图3i所示，去除保护层4第一栅极连接金属层31及第二栅极连接金属层32上的欧姆层2，以使得在源端接触孔41中形成第一欧姆接触层21、在漏端接触孔42中形成第二欧姆接触层22。

具体的，去除保护层4第一栅极连接金属层31及第二栅极连接金属层32上的欧姆层2采用光刻的方式，在此不再赘述。

进一步的，在第一栅极连接金属层31上形成第一栅极金属层51，在第二栅极连接金属层32上形成第二栅极金属层52，具体的，包括：

如图3j所示，在第一欧姆接触层21、第二欧姆接触层22、保护层4、第一栅极连接金属层31和第二栅极连接金属层32上形成有栅极金属层5。

具体的，采用磁控溅射镀膜工艺沉积栅极金属层5，当然，也可以采用化学气相沉积。可选的，栅极金属层5包括镍层和铜层。首先沉积镍层，然后沉积铜层。

如图3k所示，采用预设图案刻蚀栅极金属层5，去除在第一欧姆接触层21、第二欧姆接触层22、保护层4上的栅极金属层，保留在第一栅极连接金属层31上形成的第一栅极金属层51，在第二栅极连接金属层32上形成的第二栅极金属层52。

本实施例提供的双向开关晶体管的制作方法中，同时形成了两个晶体管由于两个晶体管共用了第一欧姆接触层21和第二欧姆接触层22，即该晶体管共用了源极和漏极，并且该晶体管结构上相互对称，因此没有导通电压的偏移，导通损耗小。并且由于共用了源极和漏极，与现有技术的双向开关相比，使得整个晶体管的集成度变高，有效的减小了晶体管的尺寸。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。