[發明專利]垂直型III-V族氮化物功率器件終端結構及制作方法

有效

• 申請號: 201710219954.5
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN107104135B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 楊樹;韓紹文;盛況
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/872;H01L29/868;H01L29/78
• 代理公司: 杭州裕陽聯合專利代理有限公司 33289
• 代理人: 姚宇吉

本發明首先提供了一種垂直型III?V族氮化物功率器件終端制作方法，該方法在主結邊緣的III?V族氮化物中引入氟離子、氧離子或其他電負性離子。本發明還提供了一種垂直型III?V族氮化物功率器件終端結構，該終端結構包括形成于主結邊緣的負離子區，所述負離子區通過在III?V族氮化物中引入氟離子、氧離子或其他電負性離子形成，具體為在半導體漂移層表面的pn結或肖特基結邊沿形成包含氟離子、氧離子或其他電負性離子的區域和結構，在高壓阻斷時能夠通過負離子電荷補償效應將結邊沿電場向終端區域擴展，從而有效緩解結邊沿電場聚集。本發明可以大幅度降低主結邊沿的電場聚集效應，提高器件的耐壓和可靠性；本發明尤其適用于垂直型氮化鎵基功率二極管和晶體管器件。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種垂直型III-V族氮化物功率器件的終端結構，還有該終端結構的制作方法。

背景技術

相較于以硅為代表的第一代半導體和以砷化鎵為代表的第二代半導體，以碳化硅和氮化鎵為代表的第三代半導體，因其禁帶寬度大、臨界擊穿場強高、電子飽和速率高等特點，在電力電子應用中具有顯著優勢。

目前氮化鎵器件的主流技術是在硅、碳化硅和藍寶石等襯底上進行異質外延的平面型器件。然而，基于異質襯底的平面型器件存在外延材料缺陷密度較高、溝道性能易受陷阱效應影響引發動態導通電阻退化等問題，在高壓大功率電力電子應用中受到根本性的限制。而通過在單晶氮化鎵襯底上同質外延實現的垂直型氮化鎵功率器件可以從本質上解決以上問題。

在器件阻斷特性方面，盡管高壓功率器件的阻斷特性最終由漂移區的摻雜濃度和厚度決定，但通常會因結附近電場聚集出現提前擊穿，因此終端保護技術對于提升器件耐壓和可靠性發揮著至關重要的作用。

在硅和碳化硅體系中，常用的功率器件終端結構包括場限環（FLR），結終端延伸（JTE）等終端結構，往往涉及到局部P型摻雜。由于局部P型離子注入和激活效率的根本限制，通過熱擴散和離子注入實現氮化鎵局部P型摻雜極其困難，使得氮化鎵高效穩定終端結構的實現頗具挑戰。

發明內容

本發明首先所要解決的技術問題是提供一種垂直型III-V族氮化物功率器件終端結構制作方法，該方法針對現有垂直型氮化鎵的終端技術的難點與不足，適用于氮化鎵體系，工藝簡單，同時與傳統的邊緣終端結構可以結合設計。

為此，本發明所述方法采用以下技術方案：

在主結邊緣的III-V族氮化物中引入氟離子、氧離子或其他電負性離子。

其中，氟離子、氧離子或其他電負性離子可以通過離子注入的方式引入。

或者，氟離子、氧離子或其他電負性離子可以通過等離子體工藝或氣體氛圍或液體氛圍的方式引入。

進一步的，氟離子、氧離子或其他電負性離子的來源可以是相應的等離子體。

更進一步的，氟離子、氧離子或其他電負性離子的等離子體由反應離子刻蝕（RIE）、感應耦合等離子體-反應離子刻蝕（ICP-RIE）、等離子體增強原子層沉積（PEALD）、等離子體增強化學氣相沉積法（PECVD）中任一種或多種工藝引入。

更進一步的，氣體氛圍引入方式為：氟離子、氧離子或其他電負性離子可以是在含相應元素的氣體氛圍中經退火而引入。

更進一步的，液體氛圍引入方式為：氟離子、氧離子或其他電負性離子可以是在含相應元素的液體中經浸泡而引入。

進一步的，在引入負離子之前，可以對目標半導體區域進行刻蝕或不刻蝕處理。

本發明還需要解決的技術問題是提供一種垂直型III-V族氮化物功率器件終端結構。

該終端結構包括形成于主結邊緣的負離子區，所述負離子區通過在III-V族氮化物中引入氟離子、氧離子或其他電負性離子形成。