CN113690369A - 化合物半导体电容器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体制造的技术领域，公开了一种化合物半导体电容器件,所述化合物半导体电容器件包括上极板、下极板和介质层，所述介质层设置于所述上极板和所述下极板之间，所述下极板包括衬底和多个预置外延层，所述预置外延层通过外延淀积工艺设置于所述衬底上；所述介质层设置于所述预置外延层上，所述上极板设置于所述介质层上。由于外延淀积工艺的浓度和阻值稳定，电化学特性不易受影响，因此形成的化合物半导体电容器件的稳定性更好，并且本化合物半导体电容器件无需特定离子的植入，无需额外复晶淀积与复晶腐蚀，使得本化合物半导体电容器件的制造工艺步骤更为简单，降低了制造工艺成本。

Description

化合物半导体电容器件
技术领域
本发明涉及半导体制造的技术领域，尤其涉及一种化合物半导体电容器件。
背景技术
在半导体工业中，通常采用基于IV族元素(例如硅)的半导体器件和/或基于锗的半导体器件来形成半导体芯片。具体而言，在半导体工业中，通常可以低成本地获得包含硅、硅锗合金或者硅碳合金的硅基半导体。
在传统半导体工艺中，是以参杂多晶硅与衬底中注入离子层形成电容，这种电容的稳定性差，制造工艺复杂。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种化合物半导体电容器件，旨在解决电容的稳定性差，制造工艺复杂的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种化合物半导体电容器件，所述化合物半导体电容器件包括上极板、下极板和介质层，所述介质层设置于所述上极板和所述下极板之间，所述下极板包括：
衬底；
多个预置外延层，通过外延淀积工艺设置于所述衬底上；
所述介质层设置于所述预置外延层上，所述上极板设置于所述介质层上。
进一步地，在一实施方式中，所述下极板包括至少一个电容区块和至少一个元件区块，所述电容区块和所述元件区块都包括：
衬底；
多个预置外延层，通过外延淀积工艺设置于所述衬底上；
其中，所述介质层设置于所述预置外延层上；所述上极板设置于所述电容区块的介质层上。
进一步地，在一实施方式中，所述化合物半导体电容器件还包括：
第一过孔，设置于所述电容区块对应的位置，所述第一过孔贯穿所述介质层；
第一金属层，设置于所述第一过孔中，与所述预置外延层接通。
进一步地，在一实施方式中，所述上极板为第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层通过蒸镀工艺形成。
进一步地，在一实施方式中，所述第一金属层和所述上极板共同形成。
进一步地，在一实施方式中，所述化合物半导体电容器件还包括：
至少一个第二过孔，设置于所述元件区块对应的位置，所述第二过孔贯穿至任一所述预置外延层，所述第一过孔和所述第二过孔共同形成；
至少一个第三金属层，设置于所述第二过孔中，与所述预置外延层接通；
所述第一金属层、所述第三金属层和所述上极板共同形成。
进一步地，在一实施方式中，所述化合物半导体电容器件还包括：
绝缘层，设置于所述介质层上，并覆盖所述上极板、所述第一金属层和所述第三金属层；
多根引线，穿过所述绝缘层分别连接于所述上极板、所述第一金属层和所述第三金属层上。
进一步地，在一实施方式中，所述化合物半导体电容器件还包括隔绝层，所述隔绝层设置于每个区块之间，用于隔离每个区块。
进一步地，在一实施方式中，所述隔绝层包括惰性气体。
进一步地，在一实施方式中，多个所述预置外延层都包括镓元素和氮元素。
本发明提供的技术方案中，通过外延淀积的工艺在衬底上设置多个预置外延层，形成下极板，在此下极板上依次设置介质层和上极板，形成化合物半导体电容器件，由于外延淀积工艺的浓度和阻值稳定，电化学特性不易受影响，因此形成的化合物半导体电容器件的稳定性更好，并且本化合物半导体电容器件无需特定离子的植入，无需额外复晶淀积与复晶腐蚀，使得本化合物半导体电容器件的制造工艺步骤更为简单，降低了制造工艺成本；另外，下极板中的预置外延层可以根据需要的功能进行设置，然后在此下极板上也可以设置其他的元件，使化合物半导体电容器件与其他的元件可以共同形成，因此进一步简化了化合物半导体电容器件的制造工艺。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本发明的一个实施例的化合物半导体电容器件的结构示意图；
图2为本发明的一个实施例的化合物半导体电容器件的制造流程示意图。
其中，100、化合物半导体电容器件；110、上极板；120、介质层；130、下极板；131、衬底；132、预置外延层；133、电容区块；134、元件区块；135、缓冲层；136、集电极层；137、基电极层；138、二维电子气层；139、射电极层；140、第一过孔；150、第一金属层；160、第二过孔；170、第三金属层；180、绝缘层；190、引线；200、隔绝层。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。
此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
化合物半导体多指晶态无机化合物半导体，即是指由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合物，并具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性质。包括晶态无机化合物(如III-V族、II-VI族化合物半导体)及其固溶体、非晶态无机化合物(如玻璃半导体)、有机化合物(如有机半导体)和氧化物半导体等。通常所说的化合物半导体多指晶态无机化合物半导体。
以下结合具体的实施例进一步进行说明：
请参照图1，本发明实施例公开了一种化合物半导体电容器件100，所述化合物半导体电容器件100包括上极板110、下极板130和介质层120，所述介质层120设置于所述上极板110和所述下极板130之间，所述下极板130包括衬底131和多个预置外延层132；多个所述预置外延层132通过外延淀积工艺设置于所述衬底131上；所述介质层120设置于所述预置外延层132上，所述上极板110设置于所述介质层120上。
在本实施例中，通过外延淀积的工艺在衬底131上设置多个预置外延层132，形成下极板130，在此下极板130上依次设置介质层120和上极板110，形成化合物半导体电容器件100，由于外延淀积工艺的浓度和阻值稳定，电化学特性不易受影响，因此形成的化合物半导体电容器件100的稳定性更好，并且本化合物半导体电容器件100无需特定离子的植入，无需额外复晶淀积与复晶腐蚀，使得本化合物半导体电容器件100的制造工艺步骤更为简单，降低了制造工艺成本；另外，下极板130中的预置外延层132可以根据需要的功能进行设置，然后在此下极板130上也可以设置其他的元件，使化合物半导体电容器件100与其他的元件可以共同形成，因此进一步简化了化合物半导体电容器件100的制造工艺。
在一实施例中，所述下极板130包括至少一个电容区块133和至少一个元件区块134，所述电容区块133和所述元件区块134都包括衬底131和多个预置外延层132；多个所述预置外延层132通过外延淀积工艺设置于所述衬底131上；其中，所述介质层120设置于所述预置外延层132上；所述上极板110设置于所述电容区块133的介质层120上。
其中，所述化合物半导体电容器件100还包括隔绝层200，所述隔绝层200设置于每个区块之间，用于隔离每个区块。所述隔绝层200包括惰性气体，例如氦气，通过高能离子注入的方式将氦气注入到每个区块之间形成隔绝层200，通过隔绝层200将每个区块成为各自独立不互相干扰的元件，可以实现多种不同的功能。
所述隔绝层200为氮化硅层，所述上极板110为第二金属层。氮化硅层即可作为介质层120，又可作为保护层，设置在电容区块133上的时候作为介质层120使用，设置在元件区块134的时候作为保护层使用。
具体的，所述化合物半导体电容器件100包括第一过孔140和第一金属层150，所述第一过孔140设置于所述电容区块133对应的位置，所述第一过孔140贯穿所述介质层120；所述第一金属层150设置于所述第一过孔140中，与所述预置外延层132接通。
所述化合物半导体电容器件100还包括绝缘层180和引线190，所述绝缘层180设置于所述介质层120上，并覆盖所述第一金属层150和上极板110，所述引线190穿过所述绝缘层180分别接于所述第一金属层150和所述上极板110上。通过引线190与第一金属层150和上极板110连接，引线190的另一端可与外部器件连接，从而接通化合物半导体电容器件100，然后再通过绝缘层180将各个金属层和各根引线190隔开，防止金属层之前或者引线190之间产生影响，例如发生短路等。
所述化合物半导体电容器件100还包括至少一个第二过孔160和至少一个第三金属层170，所述第二过孔160设置于所述元件区块134对应的位置，所述第二过孔160贯穿至任一所述预置外延层132，所述第一过孔140和所述第二过孔160共同形成；所述第三金属层170设置于所述第二过孔160中，与所述预置外延层132接通。
所述绝缘层180还覆盖于所述第三金属层170，所述引线190穿过所述绝缘层180接于所述第三金属层170上。
通过在元件区块134的位置处设置第二过孔160，此处可根据所要设置的元件的需要将第二过孔160刻蚀或光刻至所需要接通的预置外延层132，再在第二过孔160内设置第三金属层170用于连通对应的预置外延层132，最后通过引线190与外部连接。
进一步地，所述第一金属层150、所述第二金属层和所述第三金属层170通过蒸镀工艺共同形成。在下极板130上通过蒸镀工艺一起形成第一金属层150、第二金属层和第三金属层170，从而共同形成电容和其他元件，大大简化制造工艺步骤；并且蒸镀工艺具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点，用来制造化合物半导体电容器件100可以提高的化合物半导体电容器件100的使用稳定性。
在本实施例中，在制造化合物半导体电容器件100的时候预先设置功能所需的预置外延层132，在制造其他元件的时候通过将电容结构的下极板130用隔绝层200隔开，在隔出来的下极板130上直接生成其他共同使用的元件，这样在制造电容结构的基础上就可以直接将元件共同生成，大大简化了化合物半导体电容器件100的制造工艺的步骤，简单来说即为先生成一个可以共同使用的下极板130，然后将这个下极板130隔绝出不同的区块，再在不同的区块上共同形成电容结构和其他元件。
在一实施例中，多个所述预置外延层132为别为缓冲层135、集电极层136、基电极层137、二维电子气层138和射电极层139，所述缓冲层135设置于所述衬底131上，所述集电极层136设置于所述缓冲层135上，所述基电极层137设置于所述集电极层136上，所述二维电子气层138设置于所述基电极层137上，所述射电极层139设置于所述二维电子气层138上。
以上述的膜层作为化合物半导体电容器件100的下极板130，一方面由于外延淀积工艺的浓度和阻值稳定，电化学特性不易受影响，因此形成的化合物半导体电容器件100的稳定性更好，并且本化合物半导体电容器件100无需特定离子的植入，无需额外复晶淀积与复晶腐蚀，使得本化合物半导体电容器件100的制造工艺步骤更为简单，降低了制造工艺成本；另一方面，此下极板130通过设置隔绝层200，还可支撑其他的元件，可以一次性制成两种或多种结构，大大简化了化合物半导体电容器件100的制造工艺步骤。当然，并不仅限于上述的膜层，可以根据需求进行调整；并且通过在在基电极层137和射电极层139之间设置一层二维电气层以提高电子的迁移率。
具体的，多个所述预置外延层132都包括镓元素和氮元素，具体为，所述缓冲层135包括AlGaN，所述集电极层136包括GaN，所述基电极层137包括GaN；所述二维电子气层138包括AlGaN；所述射电极层139包括GaN和/或InGaN；所述保护层包括SiN。
请参照图2，本发明实施例还公开了一种化合物半导体电容器件的制造方法，所述制造方法包括步骤：
S1、提供一衬底；
其中，所述衬底的材质为SiC、Al2O3和Si中的一种或多种混合。
S2、于所述衬底上外延淀积一缓冲层；
其中，所述缓冲层的材质为AlGaN，用于对晶格进行调整。
S3、于所述缓冲层上外延淀积多个预置外延层形成下极板；
其中，所述预置外延层以单一晶格的方式淀积，使其稳定沿着晶格延生，形成不受外界影响的均匀稳定通道。
S4、于所述下极板上形成一介质层；
具体的，S4的步骤中通过化学气相沉积于所述下极板上形成一介质层，介质层也作为保护层，所述介质层的材质为SiN；
通过在表面设置一层保护层，防止化通过在在基电极层和射电极层之间设置一层二维电气层以提高电子的迁移率。合物半导体内部的结构被损伤，例如刮伤或腐蚀，导致化合物半导体的性能减弱，通过还隔绝化合物半导体的内部结构与外界接触，防止产生反应使化合物半导体的性能发生改变。SiN是一种无机物，它是一种重要的结构陶瓷材料，硬度大，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；高温时抗氧化，而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。因此将SiN作为保护层设置于化合物半导体的表面，能更好的对内部结构进行保护，延长化合物半导体的使用寿命和保证化合物半导体的使用性能。
S5、通过光刻和刻蚀将所述下极板分割成至少一个电容区块和至少一个元件区块；
S6、在光刻或刻蚀出的空间内通过高能离子注入的方式注入惰性气体。
通过光刻和刻蚀工艺可以精确地控制形成图形的形状、大小，此外它可以同时在整个芯片表面产生外形轮廓。通过光刻和刻蚀工艺形成多个区块，然后在每个区块之间注入惰性气体如氦气，阻断离子的迁移，形成隔绝层，将每个区块隔绝开各自独立不互相干扰，可以实现多种不同的功能。
S7、于所述介质层上形成过孔穿透至所述预置外延层；
具体的，通过光刻和刻蚀于所述保护层形成过孔穿透至所述预置外延层。通过光刻和刻蚀工艺可以精确地控制形成图形的形状、大小。
S8、通过蒸镀工艺于所述过孔中形成金属层；
蒸镀工艺具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点，用来制造化合物半导体电容器件可以提高的化合物半导体电容器件的使用稳定性。蒸镀工艺具有成膜方法简单、薄膜纯度和致密性高、膜结构和性能独特等优点，用来制造化合物半导体电容器件可以提高的化合物半导体电容器件的使用稳定性。
S9、于所述介质层上形成绝缘层，并覆盖所述金属层；
S10、于所述绝缘层上形成引线孔穿透至所述金属层；
S11、于所述引线孔中形成引线。
在传统硅基半导体的工艺制造过程中，通过从离子注入加上高温扩散方式来布建组件信道，局部区域的多次离子注入，对注入交界区域的晶格产生损伤，而且离子高温扩散除了达到离子均匀目的,也造成不同介质层之间的离子互渗透副作用，最后会导致半导体器件产生失真、寿命缩短和可靠性失效。在本方案中，通过外延淀积的方式将多层结构预置于衬底之上，即将所需要的预置外延层通过外延淀积的方式预先设置到衬底上面，再根据所需要的功能，将过孔穿透至对应的预置外延层中的位置，实现所需的功能，免去了传统离子注入加高温扩散的方式产生的不同膜层之间的离子互相渗透和离子间的伤害，进而稳定组件特性，改善半导体器件的性能可靠性，避免讯号失真的影响，达到更稳定的工率输出，实现高频率和高功率器件上的稳定应用；再通过缓冲层来对晶格进行调整，预置外延层按照调整后的晶格进行生长；最后在预置外延层上设置一层保护层防止化合物半导体电容器件的结构被损伤，例如刮伤或腐蚀，导致化合物半导体电容器件的性能减弱，同时还隔绝化合物半导体电容器件的内部结构与外界接触，防止产生反应使化合物半导体电容器件的性能发生改变。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；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范围。

Claims (10)

1.一种化合物半导体电容器件，所述化合物半导体电容器件包括上极板、下极板和介质层，所述介质层设置于所述上极板和所述下极板之间，其特征在于，所述下极板包括：
衬底；
多个预置外延层，通过外延淀积工艺设置于所述衬底上；
所述介质层设置于所述预置外延层上，所述上极板设置于所述介质层上。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体电容器件，其特征在于，所述下极板包括至少一个电容区块和至少一个元件区块，所述电容区块和所述元件区块都包括：
衬底；
多个预置外延层，通过外延淀积工艺设置于所述衬底上；
其中，所述介质层设置于所述预置外延层上；所述上极板设置于所述电容区块的介质层上。
3.根据权利要求2所述的化合物半导体电容器件，其特征在于，所述化合物半导体电容器件还包括：
第一过孔，设置于所述电容区块对应的位置，所述第一过孔贯穿所述介质层；
第一金属层，设置于所述第一过孔中，与所述预置外延层接通。
4.根据权利要求3所述的化合物半导体电容器件，其特征在于，所述上极板为第二金属层，所述第一金属层和所述第二金属层通过蒸镀工艺形成。
5.根据权利要求3所述的化合物半导体电容器件，其特征在于，所述第一金属层和所述上极板共同形成。
6.根据权利要求3所述的化合物半导体电容器件，其特征在于，所述化合物半导体电容器件还包括：
至少一个第二过孔，设置于所述元件区块对应的位置，所述第二过孔贯穿至任一所述预置外延层，所述第一过孔和所述第二过孔共同形成；
至少一个第三金属层，置于所述第二过孔中，与所述预置外延层接通；
所述第一金属层、所述第三金属层和所述上极板共同形成。
7.根据权利要求6所述的化合物半导体电容器件，其特征在于，所述化合物半导体电容器件还包括：
绝缘层，设置于所述介质层上，并覆盖所述上极板、所述第一金属层和所述第三金属层；
多根引线，穿过所述绝缘层分别连接于所述上极板、所述第一金属层和所述第三金属层上。
8.根据权利要求2所述的化合物半导体电容器件，其特征在于，所述化合物半导体电容器件还包括隔绝层，所述隔绝层设置于每个区块之间，用于隔离每个区块。
9.根据权利要求8所述的化合物半导体电容器件，其特征在于，所述隔绝层包括惰性气体。
10.根据权利要求1所述的化合物半导体电容器件，其特征在于，多个所述预置外延层都包括镓元素和氮元素。
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