本发明涉及半导体,尤其涉及一种半导体器件及双向功率器件。
背景技术:
1、在现有的双向高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,hemt)中,为实现对漂移区电场的管理,将场板与栅极直接电连接。然而,该结构导致栅极与漏极(或源极)的交叠面积增大,使得栅极电容增大,从而对hemt器件的开关速度造成影响,导致电能损耗增加。
技术实现思路
1、本发明提供了一种半导体器件及双向功率器件,以在实现对漂移区电场的有效管理下,降低栅极电容,提高器件的开关速度,降低电能损耗。
2、根据本发明的一方面,提供了一种半导体器件,包括:
3、衬底;
4、外延层,所述外延层位于所述衬底的一侧;
5、栅极结构,所述栅极结构位于所述外延层远离所述衬底的一侧;
6、第一绝缘层,所述第一绝缘层位于所述栅极结构远离所述外延层的一侧;
7、场板结构,所述场板结构设置于所述第一绝缘层远离所述栅极结构的一侧;
8、过孔结构,所述过孔结构贯穿所述第一绝缘层和所述外延层,且露出部分所述衬底;
9、导电填充层,所述导电填充层位于所述过孔结构内,以将所述场板结构与所述衬底电连接;
10、所述半导体器件还包括源极和漏极,所述场板结构与所述源极和/或所述漏极均未电连接。
11、可选地,所述场板结构包括第一场板,所述过孔结构包括第一过孔;
12、所述第一过孔贯穿所述第一绝缘层和所述外延层,且露出部分所述衬底;所述第一过孔内填充有所述导电填充层,所述导电填充层用于将所述第一场板与所述衬底电连接。
13、可选地,所述场板结构包括第二场板、第三场板和第二绝缘层;
14、所述第二场板设置于所述第一绝缘层远离所述栅极结构的一侧;
15、所述第二绝缘层设置于所述第二场板远离所述第一绝缘层的一侧;
16、所述第三场板设置于所述第二绝缘层远离所述第二场板的一侧。
17、可选地,所述过孔结构包括第二过孔和第三过孔;
18、所述第二过孔贯穿所述第二绝缘层,并露出部分所述第二场板;
19、所述第三过孔贯穿所述第一绝缘层和所述外延层,且露出部分所述衬底;
20、所述导电填充层填充于所述第二过孔内,以将所述第三场板与所述第二场板电连接;且所述导电填充层填充于所述第三过孔内,以将所述第二场板与所述衬底电连接。
21、可选地,所述过孔结构包括第四过孔和第五过孔;
22、所述第四过孔贯穿所述第一绝缘层和所述外延层,且露出部分所述衬底,所述第五过孔贯穿所述第二绝缘层、所述第一绝缘层和所述外延层,且露出部分所述衬底;
23、所述导电填充层填充于所述第四过孔内,以将所述第二场板与所述衬底电连接;且所述导电填充层填充于所述第五过孔内,以将所述第三场板与所述衬底电连接。
24、可选地,所述外延层包括缓冲层、沟道层和势垒层;
25、所述缓冲层设置于所述衬底的一侧;
26、所述沟道层设置于所述缓冲层远离所述衬底的一侧;
27、所述势垒层设置于所述沟道层远离所述缓冲层的表面;其中,所述势垒层包括掺杂有铝原子的半导体层。
28、可选地,还包括:表面处理层;
29、所述表面处理层位于所述栅极结构远离所述外延层的一侧,所述表面处理层覆盖所述栅极结构远离所述衬底一侧的表面和所述外延层远离所述衬底一侧的表面。
30、可选地,所述表面处理层包括氮化铝。
31、可选地,所述栅极结构包括掺杂的ⅲ-ⅴ族半导体层和栅极;
32、所述掺杂的ⅲ-ⅴ族半导体层位于所述外延层远离所述衬底的一侧,所述栅极位于所述掺杂的ⅲ-ⅴ族半导体层远离所述外延层的表面。
33、可选地,所述场板结构包括第二场板、第三场板和第二绝缘层;
34、所述半导体器件还包括:第三绝缘层和第四绝缘层;
35、所述第三绝缘层设置于所述场板结构远离所述第一绝缘层的一侧;
36、所述第四绝缘层设置于所述第三绝缘层远离所述场板结构的一侧,所述第四绝缘层远离所述第三绝缘层的表面为平面;
37、所述半导体器件还包括源极、漏极、源极连接电极和漏极连接电极;
38、所述源极和所述漏极贯穿所述第一绝缘层、所述第二绝缘层和所述第三绝缘层;
39、所述源极连接电极和所述漏极连接电极贯穿所述第四绝缘层,且所述源极连接电极在水平面的正投影覆盖部分所述源极在水平面的正投影,所述漏极连接电极在水平面的正投影覆盖部分所述漏极在水平面的正投影。
40、根据本发明的另一方面,还提供了一种双向功率器件,包括二极管、半导体子器件和如第一方面任意实施例所述的半导体器件;
41、所述半导体器件的场板结构、所述半导体子器件的场板结构和所述二极管的场板结构通过填充有导电填充层的过孔结构,与衬底电连接。
42、本发明实施例提供的半导体器件,在衬底一侧设置外延层,在外延层远离衬底的一侧设置栅极结构,在栅极结构远离外延层的一侧设置第一绝缘层,在第一绝缘层远离栅极结构的一侧设置场板结构。设置贯穿第一绝缘层和外延层的过孔结构,暴露部分场板结构的表面和衬底的表面,在过孔结构中填充导电填充层,使得过孔结构与导电填充层形成的接触通孔将场板结构与衬底直接电连接,且场板结构与源极和/或漏极均未电连接,从而形成衬底场板结构。通过设置衬底场板结构,可使场板结构的电位与衬底的电位保持一致,即在半导体器件处于开启或关闭状态时,场板结构的电位均可处于较低水平,从而可实现对漂移区电场的有效调控。并且如此设置衬底场板结构,可使场板结构未增大栅极结构的面积,从而减小栅极与漏极(或源极)的交叠面积,从而有利于减小栅极电容,提高半导体器件的开关速度,并降低电能损耗。
43、应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
1.一种半导体器件,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述场板结构包括第一场板,所述过孔结构包括第一过孔;
3.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述场板结构包括第二场板、第三场板和第二绝缘层;
4.根据权利要求3所述的半导体器件,其特征在于,所述过孔结构包括第二过孔和第三过孔;
5.根据权利要求3所述的半导体器件,其特征在于,所述过孔结构包括第四过孔和第五过孔;
6.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述外延层包括缓冲层、沟道层和势垒层;
7.根据权利要求6所述的半导体器件,其特征在于,还包括:表面处理层;
8.根据权利要求7所述的半导体器件,其特征在于,所述表面处理层包括氮化铝。
9.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述栅极结构包括掺杂的ⅲ-ⅴ族半导体层和栅极;
10.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述场板结构包括第二场板、第三场板和第二绝缘层;
11.一种双向功率器件,其特征在于,包括二极管、半导体子器件和如权利要求1-10任一项所述的半导体器件;
