[發(fā)明專利]增強(qiáng)型開關(guān)器件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310225016.8
• 申請(qǐng)日: 2013-06-07
• 公開（公告）號(hào): CN103337516A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 程凱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州晶湛半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/778
• 分類號(hào): H01L29/778;H01L29/10;H01L21/335
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 常亮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種增強(qiáng)型開關(guān)器件及其制造方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體材料氮化鎵具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、擊穿場(chǎng)強(qiáng)高、導(dǎo)熱性能好等特點(diǎn)，在電子器件方面，氮化鎵材料比硅和砷化鎵更適合于制作高溫、高頻、高壓和大功率的半導(dǎo)體器件。

由于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)中存在較強(qiáng)的二維電子氣，通常AlGaN/GaN?HEMT是耗盡型器件，使得增強(qiáng)型器件不易實(shí)現(xiàn)。而在許多地方耗盡型器件的應(yīng)用又具有一定的局限性，比如在功率開關(guān)器件的應(yīng)用中，需要增強(qiáng)型（常關(guān)型）開關(guān)器件。增強(qiáng)型氮化鎵開關(guān)器件主要用于高頻器件、功率開關(guān)器件和數(shù)字電路等，它的研究具有十分重要的意義。

實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型氮化鎵開關(guān)器件，需要找到合適的方法來(lái)降低零柵壓時(shí)柵極下方的溝道載流子濃度。參圖1所示，一種方法是在柵極1處采用刻蝕結(jié)構(gòu)，局部減薄柵極下面的鋁鎵氮層2的厚度，達(dá)到控制或降低柵極1下二維電子氣濃度的目的。參圖2所示，另外一種辦法是在柵極3下面選擇性保留p型(Al)GaN4，通過(guò)p型(Al)GaN4來(lái)提拉鋁鎵氮5/氮化鎵6異質(zhì)結(jié)處的費(fèi)米能級(jí)，形成耗盡區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件。參圖3所示，還有一種辦法是氟化物等離子處理技術(shù)，在勢(shì)壘層7中注入氟離子等帶負(fù)電的離子8，控制注入離子濃度可以耗盡導(dǎo)電溝道中的二維電子氣。

但是，這些辦法都有一定的不足之處。在第一種方法中，閾值電壓一般在0V-1V左右，而且柵極的工作電壓不能超過(guò)2V，未達(dá)到應(yīng)用的閾值電壓3V-5V。為了達(dá)到較高的工作電壓，還需要增加額外的介質(zhì)層，如原子層沉積的三氧化二鋁，但是，這個(gè)介質(zhì)層與鋁鎵氮表面的界面態(tài)如何控制，是一個(gè)懸而未決的大問(wèn)題。在第二種方法中，需要選擇性刻蝕掉除了柵極下面以外的所有區(qū)域，如何實(shí)現(xiàn)刻蝕厚度的精確控制，也是非常具有挑戰(zhàn)性的，另外，由于刻蝕中帶來(lái)的缺陷，以及p型鋁鎵氮中殘余的鎂原子，會(huì)引起嚴(yán)重的電流崩塌效應(yīng)。還有就是由于空穴密度的不足（一般而言，p型氮化鎵中空穴的濃度不會(huì)超過(guò)1E18/cm³），AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中的二維電子氣的密度會(huì)受到很大的限制。如果二維電子氣中電子的密度過(guò)高，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型的器件了，所以增強(qiáng)型器件的AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)中，鋁的含量通常低于20%，如15%左右。在第三種方法中，氟化物等離子處理會(huì)破壞晶格結(jié)構(gòu)，工藝重復(fù)控制性也較差，對(duì)器件的穩(wěn)定性和可靠性造成了比較大的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種增強(qiáng)型開關(guān)器件及其制造方法，所獲得增強(qiáng)型開關(guān)器件的閾值電壓得到了精確控制，另外，器件的制造工藝簡(jiǎn)單，與常規(guī)的耗盡型器件的制造工藝兼容性好。

正如背景技術(shù)中所述，氮化鎵材料在運(yùn)用到增強(qiáng)型器件中的時(shí)候，需要控制零柵壓時(shí)溝道中的載流子濃度。然而現(xiàn)有的工藝中，無(wú)論是減薄柵極下方的氮化物勢(shì)壘層的厚度，還是在柵極下方保留一層p型氮化物，或者在勢(shì)壘層中注入負(fù)離子，都會(huì)因?yàn)楣に噯?wèn)題對(duì)器件的穩(wěn)定性和可靠性產(chǎn)生比較大的影響。另外，增強(qiáng)型器件的閾值電壓也受到很大限制。

因此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種增強(qiáng)型器件及該增強(qiáng)型器件的制作方法，該增強(qiáng)型器件實(shí)現(xiàn)夾斷二維電子氣的原理是根據(jù)III族氮化物是一種極性半導(dǎo)體的特點(diǎn)，請(qǐng)參見圖4和圖5，同傳統(tǒng)的III-V族半導(dǎo)體不同，III族氮化物中存在很強(qiáng)的內(nèi)建電場(chǎng)。如果在C(0002)平面形成AlInGaN/GaN異質(zhì)結(jié)，即使在AlInGaN層不進(jìn)行n型摻雜，在所述異質(zhì)結(jié)當(dāng)中也會(huì)產(chǎn)生濃度很高的二維電子氣。其原因就是III族氮化物內(nèi)的自發(fā)極化電場(chǎng)和由于應(yīng)力引起的壓電電場(chǎng)。此二維電子氣的濃度可以超過(guò)1E13/cm²。但是，III族氮化物中的自發(fā)極化電場(chǎng)和壓電電場(chǎng)只存在于<0002>方向，而非極性方向，即與<0002>方向垂直的方向，包括<1-100>、<11-20>等則不存在自建電場(chǎng)。對(duì)于半極性方向來(lái)說(shuō)，例如在<0002>與<1-100>或者<11-20>之間的方向，該方向上的內(nèi)建電場(chǎng)強(qiáng)度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于<0002>方向。

在本發(fā)明中，柵極處的二維電子氣被非極性面/半極性面和p型氮化物共同作用下產(chǎn)生中斷，器件的閾值電壓可以大大提高，可以與現(xiàn)有的功率系統(tǒng)匹配。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案如下：