具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件的製作方法

2023-05-29 19:15:31 1

本發明涉及一種半導體元件，特別是涉及一種具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件。

背景技術：

參閱圖1，現有的水平式半導體元件1包含一基板11、一設置於該基板11上的絕緣緩衝層12、一形成於該絕緣緩衝層12上並包括一第一氮化物半導體層131與一第二氮化物半導體層132的磊晶單元13、兩相間隔地設置於該磊晶單元13上的第一電極14與第二電極15、一覆蓋該第一電極14與該第二電極15的絕緣層16，及兩貫穿該絕緣層16而分別與該第一電極14及該第二電極15電連接的第一接觸電極17與第二接觸電極18。

一般而言，該第一接觸電極17與該第二接觸電極18的面積通常會大於該第一電極14與該第二電極15，用於方便後續將該水平式半導體元件1電連接於其它元件或裝置。

然而，目前電子裝置日趨輕薄短小，就商業上的考量而言，以現有的該水平式半導體元件1應用於電子裝置時，仍會因該第一接觸電極17與該第二接觸電極18的設置位置及面積大小，而具有製作耗面積及製程繁複的缺點。因此，改良現有的該水平式半導體元件1的結構，是本領域技術人員所待解決的課題。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件。

本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件，包含：一個基板、一層絕緣緩衝層、一個磊晶單元、一個第一電極，及一個第二電極。該基板具有導電性並包括一個第一表面。該絕緣緩衝層設置於該基板的該第一表面。該磊晶單元設置於該絕緣緩衝層上。該第一電極設置於該磊晶單元上。該第二電極包括一個與該第一電極間隔設置並位於該磊晶單元上的第一電極部，及一個自該第一電極部延伸而與該基板的該第一表面相接觸的第二電極部。

本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件，該基板還包括一個相反該第一表面的第二表面，該第二電極還包括一個設置於該基板的該第二表面的第三電極部。

本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件，還包含一層設置於該磊晶單元上而位於該第一電極與該第一電極部之間的表面鈍化層，及一個貫穿該表面鈍化層而與該磊晶單元相接觸的第三電極。

本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件，該基板選自n型半導體基板與p型半導體基板其中一者。

本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件，該第二電極部是自該磊晶單元的邊緣向下延伸至該基板的該第一表面，該具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件還包含一絕緣部，該絕緣部設置於該磊晶單元與該第二電極部之間。

本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件，該第二電極部是貫穿該磊晶單元及該絕緣緩衝層而與該基板的該第一表面接觸。

本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件，該磊晶單元包括一形成於該絕緣緩衝層上的第一氮化物半導體層，及一形成於該第一氮化物半導體層上的第二氮化物半導體層。

本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件，該第一氮化物半導體層選自氮化鎵，該第二氮化物半導體層選自氮化鋁鎵。

本發明的有益效果在於：通過自該第一電極部延伸而與該基板相接觸的第二電極部，使第二電極延伸至基板，而讓該水平式半導體元件的兩電極位於基板的兩相反面，從而減少元件面積的使用，並同時降低製作接觸電極的複雜程度。

附圖說明

圖1是一示意圖，說明現有一水平式半導體元件的結構；

圖2是一示意圖，說明本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件的一第一實施例；

圖3是一示意圖，說明本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件的一第二實施例；

圖4是一示意圖，說明本發明該第二實施例的另一實施態樣；

圖5是一示意圖，說明本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件的一第三實施例；

圖6是一示意圖，說明於本發明該第一實施例上設置一絕緣層及一接觸電極；

圖7是一電流密度對正向電壓關係圖，說明該第一實施例與現有水平式半導體元件的導通特性；

圖8是一電流密度對正向電壓關係圖，說明該第一實施例與現有水平式半導體元件導通特性；及

圖9是一電流密度對逆向電壓關係圖，說明該第一實施例與現有水平式半導體元件的崩潰電壓特性曲線。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。

參閱圖2，本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件2的一第一實施例，包含一基板21、一絕緣緩衝層22、一磊晶單元23、一第一電極24、一第二電極25，及一表面鈍化層26。

具體地說，該基板21具有導電性，並包括一第一表面211，及一相反該第一表面211的第二表面212，該絕緣緩衝層22設置於該基板21的該第一表面211，該磊晶單元23設置於該絕緣緩衝層22上，並包括一形成於該絕緣緩衝層22上的第一氮化物半導體層231，及一形成於該第一氮化物半導體層231上的第二氮化物半導體層232。該第一電極24設置於該磊晶單元23上，該第二電極25包括一與該第一電極24間隔設置並位於該磊晶單元23上的第一電極部251、一自該第一電極部251延伸而與該基板21的該第一表面211相接觸的第二電極部252，及一設置於該基板21的該第二表面212的第三電極部253。該表面鈍化層26設置於該磊晶單元23上而位於該第一電極24與該第一電極部251之間。其中，於本實施例中，該第一電極24為肖特基接觸，而該第一電極部251與該第二電極部252則為歐姆接觸，但不以此為限。

本實施例通過將該第一電極部251自該磊晶單元23的邊緣向下延伸出該第二電極部252與具有導電性的基板21相接觸，而能於該基板21的該第二表面212設置該第三電極部253，從而讓該第一電極部251經由該基板21延伸導通至該第三電極部253而作為與外界電連接的電極，也就是說，本實施例的結構設計是將現有的水平式半導體元件1(見圖1)的其中一個接觸電極製作於該基板21的背面，而能減少元件整體的晶片尺寸。

適用於該第一實施例的該基板21的材料選用並無特別限制，只要具有導電性便可，較佳地，該基板21可選自具重摻雜的n型半導體材料或p型半導體材料，更佳地，可選用n型矽(si)基板或p型矽(si)基板。該絕緣緩衝層22與該表面鈍化層26的材料選用也無特別限制，只要具有絕緣特性的材料便可，較佳地，於本實施例中，該絕緣緩衝層22的材料是使用碳或鐵摻雜的氮化鎵/氮化鋁鎵複合結構，而該表面鈍化層26則是使用二氧化矽為例作說明。此外，該磊晶單元23的該第一氮化物半導體層231與該第二氮化物半導體層232是分別選用氮化鎵(gan)及氮化鋁鎵(algan)為例作說明，其中，以氮化鎵與氮化鋁鎵構成的半導體元件所具有的特性為本領域技術人員所周知，於此不加以贅述。

參閱圖3與圖4，本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件2的一第二實施例的結構大致相同於該第一實施例，其不同處在於，該第二實施例還包含一設置於該磊晶單元23與該第二電極部252之間的絕緣部27，而該第一電極24為歐姆接觸，該第一電極部251與該第二電極部252則為肖特基接觸，但不以此為限，該第一電極24及該第一電極部251與該第二電極部252的接觸特性也可相互置換。詳細地說，該第二實施例是於該基板21上形成該絕緣緩衝層22與該磊晶單元23，並在形成該第一電極部251與該第二電極部252前，會先將該絕緣部27視情況地形成如圖3或圖4的態樣，選擇性地於該磊晶單元23與該絕緣緩衝層22的側壁形成該絕緣部27後，再形成該第一電極部251與該第二電極部252，藉此抑制從該磊晶單元23及該絕緣緩衝層22流至該第一電極部251與該第二電極部252任何不被預期的漏電流，從而提升元件的可靠度。

參閱圖5，本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件2的一第三實施例的結構大致相同於該第一實施例，其不同處在於，該第三實施例還包含一貫穿該表面鈍化層26而與該磊晶單元23相接觸並位於該第一電極24與該第一電極部251之間的第三電極28。詳細地說，當形成該第三電極28時，本實施例的該半導體元件實質上等同於一高電子遷移率場效電晶體(hemt)元件，從而可將該第一電極24與該第二電極25分別視為源極或漏極，而將該第三電極28視為柵極；當該第一電極24為源極時，該第二電極25則為漏極而實質的位於該基板21的第二表面212；而當該第一電極24為漏極時，該第二電極25則為源極而實質的位於該基板21的第二表面212。要說明的是，該第三電極28能以各種結構與該磊晶單元23相接觸而無特別限制，可為任何適用於高電子遷移率場效電晶體(hemt)元件的柵極結構。於本實施例中，是以貫穿該表面鈍化層26而於該磊晶單元23的該第二氮化物半導體層232上先形成一第三氮化物半導體層281，再於該第三氮化物半導體層281上形成一金屬層282，從而構成該第三電極28為例作說明，其中，本實施例的該第三氮化物半導體層281是以p型氮化鎵為例作說明。

參閱圖6，以該第一實施例的水平式半導體元件2為例作說明，為了元件的後續應用，會於該水平式半導體元件2上形成一覆蓋該磊晶單元23、該第一電極24與該第一電極部251的絕緣層29，再形成一設置於該絕緣層29上並貫穿該絕緣層29而與該第一電極24相接觸的接觸電極30。要說明的是，該第二電極25的該第二電極部252實際上可透過深蝕刻方式來貫穿該磊晶單元23與該絕緣緩衝層22而電連接至該基板21的該第一表面211。

詳細地說，通過設置該絕緣層29以保護該水平式半導體元件2，並透過將該接觸電極30貫穿該絕緣層29而與該第一電極24相接觸且將形成於該絕緣層29上的部分接觸電極30面積延伸擴大，從而讓該水平式半導體元件2於後續應用能易於與外界電連接。此外，由於本發明的該水平式半導體元件2具有垂直型跨接結構電極，通過將該第一電極部251透過該基板21導通至該第二電極部252，從而使本發明該水平式半導體元件2與外界電連接的兩電極(該接觸電極30與該第三電極部253)為分別位於該基板21的兩相反側，而能減少整體元件面積使用與縮小元件體積，並同時降低製作與外界電連接的電極的複雜程度。因此，如圖6所示，該絕緣層29可完全覆蓋該第一電極部251，而無需再製作另一個貫穿該絕緣層29而與該第一電極部251接觸的接觸電極。

配合地參閱圖7至圖9，以該第一實施例的該水平式半導體元件2為例，並以該第一電極24與該第三電極部253作為電連接的電極，進行元件導通特性及崩潰電壓特性的量測。由圖7可知，與現有的水平式半導體元件1相較，其整體特性仍具有穩定的導通特性，由圖8則可知，在反向偏壓的漏電流特性相當，並不會導致漏電流上升。由圖9則可知，以本發明該第一實施例進行崩潰電壓特性測試時，本發明的該水平式半導體元件2的結構與現有的該水平式半導體元件1的崩潰電壓特性相當。由此可知，本發明的結構改變除了有效減小元件的製作體積之外，還能維持元件的導通特性與崩潰電壓特性。

綜上所述，本發明具有垂直型跨接結構電極的水平式半導體元件，通過將該第一電極部251延伸出與具有導電性的該基板21相接觸的該第二電極部252，從而將該第一電極部251導通至該基板21的該第二表面212並形成該第三電極部253，而作為與外界電連接的電極，此結構設計能讓該水平式半導體元件2與外界電連接的兩電極(該第一電極24與該第三電極部253)分別位於該基板21的兩相反側，從而減少元件面積的使用，並同時降低製作電極的複雜程度，故確實能達成本發明的目的。