一种异质集成氧化镓功率器件及其制造方法

1.一种异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述器件的元胞自上而下依次包括：顶部结构（1）、半导体有源层（2）；氧化镓耐压层（3）；重掺杂半导体层（4）；键合层（5）；低电阻率异质衬底（6）；底部电极（7）以及其他必要结构。其中，所述氧化镓耐压层（3）与重掺杂半导体层（4）的掺杂类型一致，底部电极（7）为欧姆接触，所述键合层（5）的材料为导体，所述低电阻率异质衬底（6）的材料具有相对氧化镓更高的热导率。

2.根据权利要求1所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述键合层（5）的材料为金属、合金或者导电树脂，所述键合层（5）的结构为单层或多层。

3.根据权利要求1所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述低电阻率异质衬底（6）的材料为金属或者si、gan、sic、aln、金刚石等重掺杂半导体，所述低电阻率异质衬底（6）的材质为单晶或多晶。

4.根据权利要求1所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述半导体有源层（2）材料为氧化镓或者其他半导体材料，如nio、snox、si、sic、gan、金刚石等。

5.根据权利要求1所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述氧化镓耐压层（3）的厚度为5-20 μm。

6.根据权利要求1所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述重掺杂半导体层（4）的基材为氧化镓或者其他半导体材料，所述重掺杂半导体层（4）的厚度不超过20 μm。

7.根据权利要求1所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述顶部结构（1）上方还设置有钝化层（16）。

8.根据权利要求1所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述器件为肖特基二极管，所述顶部结构（1）为肖特基接触电极，所述半导体有源层（2）与所述氧化镓耐压层（3）的掺杂类型一致。

9.根据权利要求8所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述半导体有源层内还包括间隔一定距离设置的电场屏蔽区（8），所述电场屏蔽区（8）与所述半导体有源层（2）的掺杂类型相反。

10.根据权利要求1所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述器件为pn二极管，所述顶部结构（1）为欧姆接触电极，所述半导体有源层（2）与所述氧化镓耐压层（3）的掺杂类型相反。

11.根据权利要求1所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述器件为金属-氧化物-半导体场效应晶体管（mosfet），所述顶部结构（1）包括源电极（9）、栅介质层（10）以及栅电极（11）。

12.根据权利要求11所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述顶部结构（1）还包括隔离层（15）。

13.根据权利要求11所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述器件为平面栅型mosfet，所述半导体有源层（2）包括p型或者高阻半导体区（12）、设置于所述p型或者高阻半导体区（12）上方的n型重掺杂半导体区（13）以及n型半导体沟道区（14）；所述n型重掺杂半导体区（13）与所述n型半导体沟道区（14）接触；所述源电极（9）位于所述n型重掺杂半导体区（13）之上；所述栅介质层（10）覆盖于所述n型半导体沟道区（14）以及部分所述n型重掺杂半导体区（13）之上；所述栅电极（11）位于所述栅介质层（10）之上。

14.根据权利要求11所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述器件为槽栅型mosfet，所述半导体有源层（2）包括p型或者高阻半导体区（12）以及设置于所述p型或者高阻半导体区（12）上方的n型重掺杂半导体区（13）；所述源电极（9）位于所述n型重掺杂半导体区（13）之上；所述栅介质层（10）位于深入所述半导体有源层（2）的槽内，且与所述氧化镓耐压层（3）接触；所述栅电极（11）填充所述栅介质层（10）包裹的槽。

15.根据权利要求11所述的异质集成氧化镓功率器件，其特征在于：所述器件为鳍栅型mosfet，所述半导体有源层（2）包括n型半导体区域（12）以及设置于所述n型半导体区域（12）上方的n型重掺杂半导体区（13）；所述源电极（9）位于所述n型重掺杂半导体区（13）之上；所述栅介质（10）层位于深入所述半导体有源层（2）的槽内，且与所述氧化镓耐压层（3）接触；所述栅电极（11）填充所述栅介质层（10）包裹的槽。

16.权利要求1至17任意一项所述的异质集成氧化镓功率器件的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

17.根据权利要求16所述的异质集成氧化镓功率器件的制造方法，其特征在于：所述氧化镓基衬底为氧化镓外延衬底，包含底部的重掺杂半导体衬底（4'）及其上部的氧化镓外延层，所述氧化镓外延层至少包括有所述氧化镓耐压层（3）；步骤3完成对所述氧化镓器件衬底背面减薄后，将所述重掺杂半导体衬底（4'）减薄成所述重掺杂半导体层（4）。

18.根据权利要求16所述的异质集成氧化镓功率器件的制造方法，其特征在于：所述氧化镓基衬底为氧化镓单晶衬底，没有外延层，在所述步骤3之后、所述步骤4之前，对所述氧化镓器件衬底的背面进行离子注入或扩散工艺，形成所述重掺杂半导体层（4）。

19.根据权利要求16所述的异质集成氧化镓功率器件的制造方法，其特征在于：所述步骤1中的部分或全部工艺移到所述步骤6中一并完成。

20.根据权利要求16所述的异质集成氧化镓功率器件的制造方法，其特征在于：在所述步骤1中，还要制作钝化层（16），保护所述氧化镓器件衬底的正面结构。