CN113903798B - 氮化镓双向开关器件及其制备方法 - Google Patents

氮化镓双向开关器件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种氮化镓双向开关器件及其制备方法，涉及半导体器件领域。器件包括衬底、缓冲层、沟道层、势垒层和间隔设于有源区内势垒层上的第一电极和第二电极；还包括在第一电极和第二电极之间且间隔的两栅极、位于势垒层上且将第一电极、第二电极、两栅极隔离的第一级场板介质层；第一级场板介质层在有源区之外且自远离衬底的一面设有第一凹槽，第一凹槽自第一级场板介质层延伸至衬底内，氮化镓双向开关器件还包括通过第一互连金属连接的两第一级场板金属，部分第一互连金属填充于第一凹槽内，且第一凹槽内的第一互连金属与第一凹槽的侧壁之间设有第一绝缘层。该器件能够降低器件的体积，提高器件耐压。

Description

氮化镓双向开关器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，具体而言，涉及一种氮化镓双向开关器件及其制备方法。
背景技术
矩阵变换器作为AC-AC变换的电力转换装置，通过采用可在四象限运行的双向开关，来获得极高的AC-AC转换效率。该装置与传统的AC-DC-AC间接变换方式相比，无需外接大容值电容或大感值电感，同时减少电路中元器件数量及元器件之间的连线数量，因而可降低系统体积，减弱寄生效应，提升系统可靠性。
目前，矩阵变换器中，常见的具有反向阻断能力的双向开关，通常采用两个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)反向并联，同时在每个IGBT上串联一个二极管组合使用。然而，采用此种方法需使用多个功率器件的组合，增加了功率集成电路中芯片的面积和成本，并增大器件损耗，降低器件性能。同时，器件在关态状态时，耐压区电场分布不均。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化镓双向开关器件及其制备方法，能够降低器件的体积，并在器件关态时使得耐压区分布更均匀，提高器件耐压。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明的一方面，提供一种氮化镓双向开关器件，该氮化镓双向开关器件包括依次形成的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层，以及间隔设置于器件有源区内的势垒层上的第一电极和第二电极；氮化镓双向开关器件还包括位于第一电极和第二电极之间且间隔设置的两栅极，以及形成于势垒层上的第一级场板介质层，通过第一级场板介质层分别将第一电极、第二电极、两栅极之间进行绝缘隔离；第一级场板介质层在有源区之外且自远离衬底的一面设有第一凹槽，第一凹槽自第一级场板介质层延伸至衬底内，氮化镓双向开关器件还包括通过第一互连金属连接的两第一级场板金属，部分第一互连金属填充于第一凹槽内，且第一凹槽内的第一互连金属与第一凹槽的侧壁之间设有第一绝缘层。该氮化镓双向开关器件能够降低器件的体积，并在器件关态时使得耐压区分布更均匀，提高器件耐压。
可选地，氮化镓双向开关器件还包括两P型氮化物层，两P型氮化物层与两栅极一一对应，且分别位于栅极和势垒层之间。
可选地，第一级场板金属的材料包括Ni、Au、Pt、TiN中的任意一种或者其中两者的组合。
可选地，第一级场板介质层的材料为氮化铝、氧化铝、氮化硅和氧化硅中的一种或者至少两种的组合。
可选地，氮化镓双向开关器件还包括形成于第一级场板介质层上且位于两第一级场板金属之间的第二级场板介质结构。
可选地，氮化镓双向开关器件还包括通过第二互连金属连接的两第二级场板金属，第二级场板金属与第一级场板金属相连接，部分第二互连金属填充于第一凹槽内；其中，填充于第一凹槽内的第二互连金属位于填充于第一凹槽内的第一互连金属远离第一绝缘层的一侧。
可选地，氮化镓双向开关器件还包括形成于第一级场板介质层上的第三级场板介质层，第三级场板介质层覆盖第二级场板介质结构、两第一级场板金属、两第二级场板金属以及两栅极；第三级场板介质层上还开设有分别与第一电极和第二电极一一对应的两第一通孔，两第一通孔分别延伸至第一级场板介质层内，且两第一通孔内分别沉积有露出于第三级场板介质层之外的第一金属。
可选地，氮化镓双向开关器件还包括通过第三互连金属连接的两第三级场板金属，第三级场板金属与第二级场板金属相连接，部分第三互连金属填充于第一凹槽内；其中，填充于第一凹槽内的第三互连金属位于填充于第一凹槽内的第二互连金属远离第一级场板金属的一侧。
可选地，第三级场板介质层上还形成有覆盖两第三级场板金属的第四介质层，第四介质层上开设有分别与两第一金属一一对应的两第二通孔，两第二通孔内分别沉积有与第一金属连接，且露出于第四介质层之外的第二金属。
本发明的另一方面，提供一种氮化镓双向开关器件的制备方法，其包括在衬底上依次形成缓冲层、沟道层以及势垒层；在器件有源区的势垒层上形成第一电极和第二电极；在有源区之外的势垒层开设第一凹槽，并使第一凹槽的槽底位于衬底内；在势垒层上沉积第一级场板介质层，其中，第一级场板介质层填充第一凹槽；刻蚀第一级场板介质层，以形成间隔的两栅极窗口，并露出第一电极、第二电极以及两第一凹槽的槽底；在露出的两栅极窗口内沉积栅极金属；在第一级场板介质层上形成通过第一互连金属连接的两第一级场板金属，并使部分第一互连金属填充于第一凹槽内，第一凹槽内的第一互连金属与第一凹槽的侧壁之间设有第一绝缘层。
本发明的有益效果包括：
本申请提供的氮化镓双向开关器件，包括依次形成的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层，以及间隔设置于器件有源区内的势垒层上的第一电极和第二电极；氮化镓双向开关器件还包括位于第一电极和第二电极之间且间隔设置的两栅极，以及形成于势垒层上的第一级场板介质层，通过第一级场板介质层分别将第一电极、第二电极、两栅极之间进行绝缘隔离；第一级场板介质层在有源区之外且自远离衬底的一面设有第一凹槽，第一凹槽自第一级场板介质层延伸至衬底内，氮化镓双向开关器件还包括通过第一互连金属连接的两第一级场板金属，部分第一互连金属填充于第一凹槽内，且第一凹槽内的第一互连金属与第一凹槽的侧壁之间设有第一绝缘层。
这样，本申请将带来如下三方面的技术效果：
第一，通过采用双栅极结构，可以在关态时，器件可共享耐压区，有效降低芯片整体面积，从而降低矩阵变换器的系统体积，减弱寄生效应，提升系统可靠性；
第二，通过采用对称的场板结构设计(即对称分布的两个第一级场板金属)，一方面，可以使得关态时，且在AC信号周期内任何时间，均存在起作用的场板，使得耐压区电场分布更均匀，进而可以提升器件耐压。另一方面，该结构还可以抑制器件由关态切换到开态过程中，沟道中电子在高电场作用下，被表面、势垒层或缓冲层中缺陷俘获，使得开态时导通电阻增加，即抑制电流崩塌现象，进而提高提高器件的稳定性。
第三，本申请创新点如下：传统的氮化镓双向开关，其各级场板结构均为源场板，即场板金属均与各自的源极金属相连，如左边三级场板金属与第一电极相连，右边的三级场板金属与第二电极相连，该结构会使得器件在关断时(VG1＝VG2＝0V)，在AC信号的任何周期，如第一金属为低电平(0V)，第二金属为变化的高电平，则与第二金属相连的右边三级场板结构也均为高电平，这样一来，右侧三级场板结构无法发挥作用，进而无法调节右侧栅极至右边三级场板之间的电场分布，影响器件性能。对此，本申请进行如下创新：将左侧三级场板金属和右侧三级场板金属均连接到一起，引至器件有源区外，并在该金属下方通过刻蚀形成凹槽，将以上场板金属连至衬底，接地。这样一来，当器件关断时(VG1＝VG2＝0V)，在AC信号的任何周期，如第一金属为低电平(0V)，第二金属为变化的高电平，以上六个场板因为与衬底地相连始终为0V，可以对称的调节两个栅极之间的电场分布，而无上述传统结构中存在一组场板结构失效的情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的结构示意图之二；
图3为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的结构示意图之三；
图4为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的结构示意图之四；
图5为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的状态示意图之一；
图6为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的状态示意图之二；
图7为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的状态示意图之三；
图8为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的状态示意图之四；
图9为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的结构示意图之五；
图10为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的结构示意图之六；
图11为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的制备方法的流程示意图；
图12为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的电路原理图；
图13为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的工作状态示意图之一；
图14为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的工作状态示意图之二；
图15为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的工作状态示意图之三；
图16为本发明实施例提供的氮化镓双向开关器件的工作状态示意图之四。
图标：10-衬底；20-缓冲层；30-沟道层；40-势垒层；51-第一电极；52-第二电极；60-P型氮化物层；70-栅极；81-第一级场板介质层；811-第一凹槽；82-第二级场板介质结构；83-第三级场板介质层；831-第一通孔；832-第一金属；91-第一级场板金属；92-第二级场板金属；93-第三级场板金属；94-第四介质层；941-第二通孔；942-第二金属；95-第一绝缘层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
请参照图1，本实施例提供一种氮化镓双向开关器件，该氮化镓双向开关器件包括依次形成的衬底10、缓冲层20、沟道层30、势垒层40，以及间隔设置于器件有源区内的势垒层40上的第一电极51和第二电极52；氮化镓双向开关器件还包括位于第一电极51和第二电极52之间且间隔设置的两栅极70，以及形成于势垒层40上的第一级场板介质层81。通过第一级场板介质层81分别将第一电极51、第二电极52和两栅极70之间进行绝缘隔离。第一级场板介质层81在有源区之外且自远离衬底10的一面设有第一凹槽811，第一凹槽811自第一级场板介质层81延伸至衬底10内。氮化镓双向开关器件还包括通过第一互连金属连接的两第一级场板金属91，部分第一互连金属填充于第一凹槽811内，且第一凹槽811内的第一互连金属与第一凹槽811的侧壁之间设有第一绝缘层95。该氮化镓双向开关器件能够降低器件的体积，并在器件关态时使得耐压区分布更均匀，提高器件耐压。
本领域技术人员可先自行选择合适的氮化物HEMT外延结构再通过加工制备形成上述氮化镓双向开关器件，其中，该氮化物HEMT外延结构包括衬底10，和依次形成于衬底10上的缓冲层20、沟道层30、势垒层40以及P型氮化物层60。
可选地，本实施例提供的氮化镓双向开关器件还可以包括两P型氮化物层60，两P型氮化物层与两栅极70一一对应，且分别位于栅极70和势垒层40之间，如图1所示。
其中，上述两个P型氮化物层60可以通过对上述氮化物HEMT外延结构进行图形化而制备得到。
在本实施例中，上述第一电极51和第二电极52也位于势垒层40上，其中，上述第一电极51可以工作在源极状态下，第二电极52可以工作在漏极状态下；或者，上述第一电极51也可以工作在漏极工作状态下，第二电极52可以工作在源极工作状态下。具体地，可根据实际需要选择。
本申请提供的氮化镓双向开关器件具有如图13至图16所示的四种工作状态。其中，图13为器件工作在双向开关模式下且处于关断状态时的结构示意图；图14为器件工作在双向开关模式下且处于开态状态时的结构示意图；图15为器件工作在二极管模式下且处于自右到左导通状态时的结构示意图；图16为器件工作在二极管模式下且处于自左到右导通状态时的结构示意图。
应理解，如图1所示，上述第一电极51、两个P型氮化物层60以及第二电极52应该是在势垒层40上自左至右依次间隔分布的。
另外，两个栅极70与两个P型氮化物层60一一对应，且分别位于两个P型氮化物层60上。
在本实施例中，第一级场板介质层81形成于势垒层40远离衬底10的一面。同时，第一电极51、第二电极52、两个栅极70分别露出于第一级场板介质层81之外，通过第一级场板介质层81能够分别将第一电极51、第二电极52和两栅极70之间进行绝缘隔离。
本实施例的第一凹槽811位于有源区之外，且凹设于第一级场板介质层81远离衬底10的一面，并且自第一级场板介质层81朝向衬底10的方向延伸，直至第一凹槽811的槽底延伸至衬底10内，请参照图9和图10。
其中，第一凹槽811可以包括一个，也可以包括两个或者多个。当第一凹槽811包括一个时，则第一互连金属连接左边的第一级场板金属91和右边的第一级场板金属91，第一凹槽811位于左边的第一级场板金属91和右边的第一级场板金属91之间的第一互连金属上。即采用第一互连金属填充第一凹槽。
当第一凹槽811包括两个时，则第一互连金属连接左边的第一级场板金属91和右边的第一级场板金属91，两第一凹槽811的其中一个位于左边(即靠近左边的第一级场板金属91)、另一个位于右边(即靠近右边的第一级场板金属91)。这时，可以是第一互连金属填充两个第一凹槽，也可以是两第一级场板金属91各自填充靠近自身的第一凹槽。
当第一凹槽811包括多个时，则第一互连金属连接左边的第一级场板金属91和右边的第一级场板金属91，多个第一凹槽811分布于两第一级场板金属91之间的第一互连金属上。这时，则可以是第一互连金属填充多个第一凹槽811。需要说明的是，第一互连金属的材料和两第一级场板金属91的材料可以相同也可以不同。在本实施例中，第一互连金属的材料和两第一级场板金属91的材料相同，这样，便于制备。
第一凹槽811开槽至衬底10内，这样，可以通过以凹槽的方式将两个第一级场板金属91分别连接至衬底10。具体地，在本实施例中，是第一凹槽811内的第一互连金属与衬底10直接相连的，如图10所示。
进一步地，在本实施例中，上述两个第一级场板金属91呈左右对称设置，且两个栅极70也呈左右对称设置。
其中，第一凹槽811内的第一互连金属和第一凹槽811的侧壁之间还设有第一绝缘层95。第一绝缘层95用于使得第一级场板金属91分别与缓冲层20、沟道层30以及势垒层40之间进行金属绝缘。
示例地，上述第一绝缘层95可以为单独在第一凹槽811内设置的绝缘层，也可以是第一级场板介质层81的一部分。
当第一绝缘层95为非第一级场板介质层81时，则可以是在形成第一凹槽811后，再在第一凹槽811的侧壁上形成第一绝缘层95。
当第一绝缘层95为第一级场板介质层81时，可以是先自势垒层40向衬底10的方向凹设凹槽，然后在势垒层40上形成第一级场板介质层81(第一级场板介质层81覆盖凹槽的侧壁和槽底)，再通过刻蚀第一级场板介质层81使得衬底10露出于第一级场板介质层81。这样便可以使得第一级场板介质层81的一部分位于势垒层40上、另一部分位于凹槽的侧壁处。
可选地，第一级场板介质层81的材料为氮化铝(例如AlN)、氧化铝(例如Al2O3)、氮化硅(例如SiNx)和氧化硅(例如SiO2)中的一种或者至少两种的组合。
综上所述，本申请提供的氮化镓双向开关器件，包括依次形成的衬底10、缓冲层20、沟道层30、势垒层40，以及间隔设置于器件有源区内的势垒层40上的第一电极51和第二电极52；氮化镓双向开关器件还包括位于第一电极51和第二电极52之间且间隔设置的两栅极70，以及形成于势垒层40上的第一级场板介质层81，通过第一级场板介质层81分别将第一电极51、第二电极52和两栅极70进行绝缘隔离；第一级场板介质层81在有源区之外且自远离衬底10的一面设有第一凹槽811，第一凹槽811自第一级场板介质层81延伸至衬底10内。氮化镓双向开关器件还包括通过第一互连金属连接的两第一级场板金属91，部分第一互连金属填充于第一凹槽811内，且第一凹槽811内的第一互连金属与第一凹槽811的侧壁之间设有第一绝缘层95。这样，本申请通过采用双栅极70结构，可以在关态时(即VG1＝VG2＝0V，如图12和图13所示)，器件可共享耐压区，有效降低芯片整体面积，从而降低矩阵变换器的系统体积，减弱寄生效应，提升系统可靠性；同时，本发明采用对称的场板结构设计(即对称分布的两个第一级场板金属91)，一方面，可以使得关态时，且在AC信号周期内任何时间，均存在起作用的场板，使得耐压区电场分布更均匀，进而可以提升器件耐压。另一方面，该结构还可以抑制器件由关态(即如图13所示)切换到开态(即如图14所示)过程中，沟道中电子在高电场作用下，被表面、势垒层40或缓冲层20中缺陷俘获，使得开态时导通电阻增加，即抑制电流崩塌现象，进而提高提高器件的稳定性。
可选地，第一级场板金属91的材料包括Ni、Au、Pt、TiN中的任意一种或者其中两者的组合。示例地，第一级场板金属91的材料可以为Ni和Au的组合、Pt和Au的组合或者TiN等。当然，这仅是示例，在其他的实施例中，本领域技术人员也可以根据需要选择其他合适的配合或者其他可行的材料。
请再结合参照图2，可选地，氮化镓双向开关器件还包括形成于第一级场板介质层81上且位于两第一级场板金属91之间的第二级场板介质结构82。
其中，第二级场板介质结构82的材料也可以为氮化铝(例如AlN)、氧化铝(例如Al2O3)、氮化硅(例如SiNx)和氧化硅(例如SiO2)中的一种或者至少两种的组合。
进一步地，请参照图2和图10，氮化镓双向开关器件还包括通过第二互连金属连接的两第二级场板金属92，第二级场板金属92与第一级场板金属91相连接，部分第二互连金属填充于第一凹槽811内；其中，填充于第一凹槽811内的第二互连金属位于填充于第一凹槽811内的第一互连金属远离第一绝缘层95的一侧。
需要说明的是，部分第二互连金属填充于第一凹槽811内，第二级场板金属92和第一级场板金属91可以为同一金属，且在制备时可以是同时形成的。另外，第二互连金属同样可以与第二级场板金属92为同一金属。
如图2所示，左边的第二级场板金属92与左边的第一级场板金属91连接，右边的第二级场板金属92与右边的第一级场板金属91连接。同时，左边的第一级场板金属91和右边的第一级场板金属91也是相连接的，而左边的第二级场板金属92与右边的第二级场板金属92也是相连接的。这样，相当于左边的两个场板和右边的两个场板均相互连接。
在本实施例中，本申请将两个呈对称设置的第二级场板金属92设于第二级场板介质结构82上，这样，可以使得第二级场板金属92至二维电子气的距离和第一级场板金属91至二维电子气的距离不同，进而根据对称分布的多级场板设计，提升器件耐压，同时抑制器件开关过程中电流崩塌现象，提升器件稳定性。
可选地，氮化镓双向开关器件还包括形成于第一级场板介质层81上的第三级场板介质层83，第三级场板介质层83覆盖第二级场板介质结构82、两第一级场板金属91、两第二级场板金属92以及两栅极70；第三级场板介质层83上还开设有分别与第一电极51和第二电极52一一对应的两第一通孔831，两第一通孔831分别延伸至第一级场板介质层81内，且两第一通孔831内分别沉积有露出于第三级场板介质层83之外的第一金属832。
需要说明的是，上述两个第一通孔831分别设于第三级场板介质层83对应第一电极51和第二电极52处，并且将两个第一通孔831分别延伸至第一级场板介质层81内，以露出第一电极51和第二电极52。这样，通过两个第一通孔831的设置，可以使得第一电极51和第二电极52露出于第三级场板介质层83之外。
其中，每一个第一金属832可以直接与第一电极51(或第二电极52)连接，也可以通过其他金属与第一电极51(或第二电极52)连接。例如，可以先在两个第一通孔831内利用电镀的方式填充钨、铜、铝或者金等金属，然后再在上述金属上沉积第一金属832。
示例地，上述第一金属832的材料可以为TiN、Au等，也可以为由Ti/Al/TiN制备而成的叠层。
请再结合参照图3和图10，进一步地，在本实施例中，氮化镓双向开关器件还包括通过第三互连金属连接的两第三级场板金属93，第三级场板金属93和第二级场板金属92相连接，部分第三互连金属填充于第一凹槽811内；其中，填充于第一凹槽811内的第三互连金属位于填充于第一凹槽811内的第二互连金属远离第一级场板金属91的一侧。
在本实施例中，本申请将两个呈对称设置的第三级场板金属93设于第三级场板介质层83上，这样，可以使得第三级场板金属93至二维电子气的距离和第一级场板金属91至二维电子气的距离以及第二级场板金属92至二维电子气的距离均不同，进而根据对称分布的多级场板设计，提升器件耐压，同时抑制器件开关过程中电流崩塌现象，提升器件稳定性。
其中，需要说明的是，如图4所示，左边的第三级场板金属93与左边的第二级场板金属92连接，右边的第三级场板金属93与右边的第二级场板金属92连接。同时，左边的第三级场板金属93和右边的第三级场板金属93也是相连接的。这样，相当于左边的三个场板和右边的三个场板均相互连接。
请再结合参照图4，在本实施例中，上述第三级场板介质层83上还形成有覆盖两第三级场板金属93的第四介质层94，第四介质层94上开设有分别与两第一金属832一一对应的两第二通孔941，两第二通孔941内分别沉积有与第一金属832金属连接，且露出于第四介质层94之外的第二金属942。
其中，两个第二通孔941的设置是为了便于通过第二通孔941将第一电极51和第二电极52引出。
上述第二通孔941的开设方式、第二金属942的材料等同理可参考前文中关于第一通孔831和第二金属942的相关描述。另外，第二金属942与第一金属832可以是直接连接，也可以是通过其他金属连接，例如，可以通过在第二通孔941内利用电镀的方式填充钨、铜、铝或者金等金属，然后再在上述金属上沉积第二金属942实现。
请结合参照图5至图8以及图11，本发明的另一方面，提供一种氮化镓双向开关器件的制备方法，该方法包括以下步骤：
S100、在衬底10上依次形成缓冲层20、沟道层30以及势垒层40。
S200、在势垒层40上形成间隔的两P型氮化物层60。
需要说明的是，具体地，上述步骤S200可以是先在势垒层40上形成一整层P型氮化物层60，然后通过对P型氮化物层60进行刻蚀以形成两个呈间隔设置的P型氮化物层60。
当然，在无需P型氮化物层60时，本领域技术人员也可以根据实际需求选择不执行上述步骤S200。
S300、在器件有源区的势垒层40上形成第一电极51和第二电极52，其中，两P型氮化物层60位于第一电极51和第二电极52之间的势垒层40上。请结合参照图5所示。
其中，制备第一电极51和第二电极52时可以通过电子束蒸发或者磁控溅射实现。
另外，上述第一电极51和第二电极52的金属体系可以为Ti/Al/Ni/Au(即由Ti、Al、Ni、Au制备而成的叠层)，或Ti/Al/Ti/Au(即由Ti、Al、Ti、Au制备而成的叠层)，或Ti/Al/TiN(即由Ti、Al、TiN制备而成的叠层)等。当然，应理解，上述第一电极51和第二电极52的金属体系仅为示例，并非是对第一电极51和第二电极52的金属体系的限制，本领域技术人员还可以根据需要选择合适的其他金属体系。
S400、在有源区之外的势垒层40开设第一凹槽811，并使第一凹槽811的槽底位于衬底10内。
在有源区之外的势垒层40上开设第一凹槽811，并使第一凹槽811的槽底位于衬底10内，即，自势垒层40远离衬底10的一面朝向衬底10的方向开设第一凹槽811，并使得该第一凹槽811伸入至衬底10内，请结合参照图9和图10所示。与前文描述的氮化镓双向开关器件相同，第一凹槽811可以包括一个、两个或者多个，具体情况已在前文做了详细描述，在此不再赘述。
S500、在势垒层40上沉积第一级场板介质层81，其中，第一级场板介质层81填充第一凹槽811。
请结合参照图6和图10，这时，第一级场板介质层81一部分位于势垒层40上，另一部分位于第一凹槽811内。
其中，沉积第一级场板介质层81的沉积设备可以为ALD、PECVD或者LPCVD等。
S600、刻蚀第一级场板介质层81，以形成间隔的两栅极窗口，并露出第一电极51、第二电极52、两P型氮化物层60以及两第一凹槽811的槽底，如图7和图10所示。
如图10所示，刻蚀第一级场板介质层81之后，位于第一凹槽811内的槽底的第一级场板介质层81部分被去除，这样，可以便于后续实现第一级场板金属91与衬底10的连接。
当所需制备的氮化镓双向开关器件无需两P型氮化物层60时，则上述步骤S600则为：刻蚀第一级场板介质层81，以形成间隔的两栅极窗口，并露出第一电极51、第二电极52以及两第一凹槽811的槽底。其中，栅极窗口即为用于后续沉积栅极金属的对应孔位。
S700、在露出的两栅极窗口内沉积栅极金属，请参见图8。
当所需制备的氮化镓双向开关器件无需两P型氮化物层60时，则上述步骤S700为：在露出的两栅极窗口内沉积栅极金属。
S800、在第一级场板介质层81上形成通过第一互连金属连接的两第一级场板金属91，并使部分第一互连金属填充于第一凹槽811内，第一凹槽811内的第一互连金属与第一凹槽811的侧壁之间设有第一绝缘层。
如此一来，便可以得到以上具有一层场板结构(即包括对称设置的两个第一级场板金属91)的氮化镓双向开关器件。本实施例提供的该氮化镓双向开关器件的制备方法简单，且可以获得具有器件的体积小，且在器件关态时使得耐压区分布更均匀，更耐压的半导体器件。
另外，在执行完上述步骤S800之后，本实施例还包括形成位于两个第一级场板金属91上的两个对称的第二级场板金属92的步骤，其中，两个第二级场板金属92距离二维电子气的距离大于两个第一级场板金属91距离二维电子气的距离。需要说明的是，第二级场板金属92和第一级场板金属91可以为同一金属，且在制备时可以是同时形成的。示例地，在执行步骤S800之前可以先形成第二级场板介质结构82，然后在执行步骤S800以形成第一级场板金属91时一同形成第二级场板金属92。
在形成两个对称的第二级场板金属92之后，还可以包括形成位于两个第二级场板金属92上的两个对称的第三级场板金属93的步骤，其中，两个第三级场板金属93距离二维电子气的距离大于两个第二级场板金属92距离二维电子气的距离。
其中，上述两个第二级场板金属92和两个第三级场板金属93的制备方式本领域技术人员通过参照以上两个第一级场板金属91的制备方法以及前文中关于第二级场板金属92和第三级场板金属93处的简单描述推导得到，故在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种氮化镓双向开关器件，其特征在于，包括依次形成的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层，以及间隔设置于器件有源区内的势垒层上的第一电极和第二电极；所述氮化镓双向开关器件还包括位于所述第一电极和所述第二电极之间且间隔设置的两栅极，以及形成于所述势垒层上的第一级场板介质层，通过所述第一级场板介质层分别将所述第一电极、所述第二电极、两所述栅极之间进行绝缘隔离；
所述第一级场板介质层在所述有源区之外且自远离所述衬底的一面设有第一凹槽，所述第一凹槽自所述第一级场板介质层延伸至所述衬底内，所述氮化镓双向开关器件还包括通过第一互连金属连接的两第一级场板金属，部分所述第一互连金属填充于所述第一凹槽内，且所述第一凹槽内的所述第一互连金属与所述第一凹槽的侧壁之间设有第一绝缘层。
2.根据权利要求1所述的氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述氮化镓双向开关器件还包括两P型氮化物层，两所述P型氮化物层与两所述栅极一一对应，且分别位于所述栅极和所述势垒层之间。
3.根据权利要求1所述的氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述第一级场板金属的材料包括Ni、Au、Pt、TiN中的任意一种或者其中两者的组合。
4.根据权利要求1所述的氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述第一级场板介质层的材料为氮化铝、氧化铝、氮化硅和氧化硅中的一种或者至少两种的组合。
5.根据权利要求1所述的氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述氮化镓双向开关器件还包括形成于所述第一级场板介质层上且位于两所述第一级场板金属之间的第二级场板介质结构。
6.根据权利要求5所述的氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述氮化镓双向开关器件还包括通过第二互连金属连接的两第二级场板金属，所述第二级场板金属与所述第一级场板金属相连接，部分所述第二互连金属填充于所述第一凹槽内；其中，填充于所述第一凹槽内的所述第二互连金属位于所述填充于所述第一凹槽内的第一互连金属远离所述第一绝缘层的一侧。
7.根据权利要求6所述的氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述氮化镓双向开关器件还包括形成于所述第一级场板介质层上的第三级场板介质层，所述第三级场板介质层覆盖所述第二级场板介质结构、两所述第一级场板金属、两所述第二级场板金属以及两栅极；所述第三级场板介质层上还开设有分别与所述第一电极和所述第二电极一一对应的两第一通孔，两所述第一通孔分别延伸至所述第一级场板介质层内，且两所述第一通孔内分别沉积有露出于所述第三级场板介质层之外的第一金属。
8.根据权利要求7所述的氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述氮化镓双向开关器件还包括通过第三互连金属连接的两第三级场板金属，所述第三级场板金属与所述第二级场板金属相连接，部分所述第三互连金属填充于所述第一凹槽内；其中，填充于所述第一凹槽内的所述第三互连金属位于填充于所述第一凹槽内的第二互连金属远离所述第一级场板金属的一侧。
9.根据权利要求8所述的氮化镓双向开关器件，其特征在于，所述第三级场板介质层上还形成有覆盖两所述第三级场板金属的第四介质层，所述第四介质层上开设有分别与两所述第一金属一一对应的两第二通孔，两所述第二通孔内分别沉积有与所述第一金属连接，且露出于所述第四介质层之外的第二金属。
10.一种氮化镓双向开关器件的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底上依次形成缓冲层、沟道层以及势垒层；
在器件有源区的所述势垒层上形成第一电极和第二电极；
在所述有源区之外的所述势垒层开设第一凹槽，并使所述第一凹槽的槽底位于所述衬底内；
在所述势垒层上沉积第一级场板介质层，其中，所述第一级场板介质层填充所述第一凹槽；
刻蚀所述第一级场板介质层，以形成间隔的两栅极窗口，并露出所述第一电极、所述第二电极以及两所述第一凹槽的槽底；
在露出的所述两栅极窗口内沉积栅极金属；
在所述第一级场板介质层上形成通过第一互连金属连接的两第一级场板金属，并使部分所述第一互连金属填充于所述第一凹槽内，所述第一凹槽内的所述第一互连金属与所述第一凹槽的侧壁之间设有第一绝缘层。
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