具有场板结构的氮化镓元件及其制作方法与流程

本发明涉及一种氮化镓元件，更特定言之，其涉及一种使用双镶嵌互连结构作为场板的氮化镓元件。

背景技术：

1、目前全球绝大多数的半导体元件都是以硅作为基础材料与沟道的硅基半导体，不过在高电压高功率元件的应用方面，硅基元件由于其导通电阻过大，容易造成电能大量损耗，且在高频工作环境下，硅基元件的切换频率相对较低，其性能表现远不如氮化镓(gan)或碳化硅(sic)等宽能隙化合物半导体材料。氮化镓等宽能隙化合物半导体材料相较于传统的硅基材料具有更宽的带隙，更低的导通电阻，故越能耐高温、高压、高频以及高电流，能源转换效率也较好，因此氮化镓元件集合了散热佳、体积小、能源耗损小、功率高等四种优良特性，其适用于功率半导体方面的应用，近年来在5g与电动车等高端产业的需求推升下，氮化镓材料崛起成为第三代半导体材料的明日之星。

2、一般的氮化镓元件中通常会具有场板(field plate，或称为场效电板)结构，用以改善氮化镓元件的击穿电压与阈值电压，并降低高压运作时栅极与漏极之间的导通电阻rds(on)。然而，现今现有的场板结构对于氮化镓元件的效能提升仍嫌不足，业内的技术人士仍需进一步地开发与改良现有的场板结构设计，以期能对氮化镓元件的电阻电容(rc)与功耗表现有进一步的提升。

技术实现思路

1、有鉴于目前现有氮化镓元件场板结构的不足，本发明特此提出了一种新颖的场板结构设计，其特点在于使用连接源极或漏极的双镶嵌互连结构作为额外的场板，可进一步改善氮化镓元件的电阻电容(rc)与功耗表现。

2、本发明的其一面向在于提出一种具有场板结构的氮化镓元件，其结构包含一基板、一栅极位于该基板上、一钝化层覆盖在该栅极上、一源极与一漏极位于该基板以及该钝化层上、一停止层位于该源极、该漏极以及该钝化层上、以及双镶嵌互连结构分别连接该源极与该漏极，其中该双镶嵌互连结构具有一位于该停止层下方的导孔件部位与一位于该停止层上方的沟槽部位，该导孔件部位与该源极或该漏极连接，且其中一该双镶嵌互连结构的该沟槽部位向该漏极的方向水平延伸并与该栅极在垂直方向上重叠，如此作为氮化镓元件的场板结构。

3、本发明的另一面向在于提出一种具有场板结构的氮化镓元件的制作方法，其步骤包含一种具有场板结构的氮化镓元件的制作方法，包含提供一基底、在该基底上形成一栅极以及一钝化层覆盖该基底以及该栅极、在该钝化层中形成凹槽界定出源极与漏极区域并裸露出下方的该基板、在该钝化层上形成一源极以及一漏极，该源极以及该漏极与该基底直接接触、在该源极、该漏极以及该钝化层上依序形成一第一层间介电层、一停止层以及一第二层间介电层、图案化该第一层间介电层、该停止层以及该第二层间介电层，如此形成双镶嵌凹槽并裸露出该源极与该漏极，其中该双镶嵌凹槽具有一位于该停止层下方的导孔部位以及一位于该停止层上方的沟槽部位，该导孔部位裸露出部分的该源极或部分的该漏极，且其中一该双镶嵌凹槽的该沟槽部位往该漏极的方向水平延伸并与该栅极在垂直方向上重叠、以及在该些双镶嵌凹槽中填入金属以形成分别连接该源极与该漏极的双镶嵌互连结构。

4、本发明的这类目的与其他目的在阅者读过下文中以多种图示与绘图来描述的优选实施例的细节说明后应可变得更为明了显见。

技术特征：

1.一种具有场板结构的氮化镓元件，包含：

2.如权利要求1所述的具有场板结构的氮化镓元件，其中该钝化层具有凹槽裸露出下方的该基板，该源极与该漏极顺着该凹槽的表面共形延伸并与该基板直接接触。

3.如权利要求1所述的具有场板结构的氮化镓元件，其中该基板依序包含硅层、缓冲层以及沟道层。

4.如权利要求1所述的具有场板结构的氮化镓元件，其中该缓冲层的材料为氮化镓，该沟道层的材料为氮化铝镓。

5.如权利要求1所述的具有场板结构的氮化镓元件，其中该源极具有场板部位顺着该钝化层的表面往该漏极的方向共形延伸并与该栅极在垂直方向上重叠，该场板部位介于该钝化层与该停止层之间，该场板部位与延伸到该栅极上方的该双镶嵌互连结构的该沟槽部位在垂直方向上重叠。

6.如权利要求1所述的具有场板结构的氮化镓元件，其中该停止层的下方与上方分别具有第一层间介电层与第二层间介电层，该双镶嵌互连结构的该导孔件部位位于该第一层间介电层中，该双镶嵌互连结构的该沟槽部位位于该第二层间介电层中，该导孔件部位与该沟槽部位以该停止层为分界。

7.如权利要求6所述的具有场板结构的氮化镓元件，还包含蚀刻停止层位于该双镶嵌互连结构以及该第二层间介电层上。

8.如权利要求7所述的具有场板结构的氮化镓元件，其中该蚀刻停止层的材料为氮化硅或碳氮化硅。

9.如权利要求6所述的具有场板结构的氮化镓元件，其中该第一层间介电层与该第二层间介电层的材料为氧化硅，该停止层的材料为氮化硅。

10.如权利要求1所述的具有场板结构的氮化镓元件，其中该源极与该漏极的材料包含钛、铝、镍或金、或是上述材料的复层结构、或是上述材料的硅化物。

11.如权利要求1所述的具有场板结构的氮化镓元件，其中该栅极的材料为p型掺杂的氮化镓。

12.如权利要求1所述的具有场板结构的氮化镓元件，其中该双镶嵌互连结构的材料为铜。

13.一种具有场板结构的氮化镓元件的制作方法，包含：

14.如权利要求13所述的具有场板结构的氮化镓元件的制作方法，其中该双镶嵌互连结构具有位于该停止层下方的导孔件部位与位于该停止层上方的沟槽部位，该导孔件部位与该源极或该漏极接触，且其中该双镶嵌互连结构的该沟槽部位往该漏极的方向水平延伸并与该栅极在垂直方向上重叠，如此作为氮化镓元件的场板结构。

15.如权利要求14所述的具有场板结构的氮化镓元件的制作方法，其中该源极具有场板部位顺着该钝化层的表面往该漏极的方向水平延伸并与该栅极在垂直方向上重叠，该场板部位介于该钝化层与该停止层之间，且该场板部位与该双镶嵌互连结构延伸至该栅极上方的该沟槽部位重叠。

16.如权利要求13所述的具有场板结构的氮化镓元件的制作方法，还包含在该双镶嵌互连结构以及该第二层间介电层上形成蚀刻停止层。

17.如权利要求13所述的具有场板结构的氮化镓元件的制作方法，其中在该些双镶嵌凹槽中填入金属的步骤包含铜电化学电镀制作工艺。

18.如权利要求13所述的具有场板结构的氮化镓元件的制作方法，还包含在该些双镶嵌互连结构形成后进行化学机械平坦化制作工艺，使得该些双镶嵌互连结构的顶面与周围的该第二层间介电层的顶面齐平。

19.如权利要求13所述的具有场板结构的氮化镓元件的制作方法，其中形成该双镶嵌凹槽的步骤包含：

技术总结
本发明公开一种具有场板结构的氮化镓元件及其制作方法，其中该具有场板结构的氮化镓元件的结构包含一基板、一栅极位于该基板上、一钝化层覆盖在该栅极上、一源极与一漏极位于该基板以及该钝化层上、一停止层位于该源极、该漏极以及该钝化层上、以及双镶嵌互连结构分别连接该源极与该漏极，其中该双镶嵌互连结构具有一位于该停止层下方的导孔件部位以及一位于该停止层上方的沟槽部位，该导孔件部位与该源极或该漏极连接，且其中一该双镶嵌互连结构的该沟槽部位向该漏极的方向水平延伸并与该栅极在垂直方向上重叠，如此作为氮化镓元件的场板结构。

技术研发人员：林大钧,蔡馥郁,蔡滨祥,邱崇益
受保护的技术使用者：联华电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16