[發明專利]氮極性III族/氮化物磊晶結構及其主動元件與其積體化的極性反轉制作方法

有效

• 申請號: 201810532705.6
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN109004027B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 黃知澍
• 申請（專利權）人: 黃知澍
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L27/06;H01L21/8252;H01L21/335
• 代理公司: 北京中原華和知識產權代理有限責任公司 11019
• 代理人: 壽寧;張華輝

本發明是關于一種氮極性III族/氮化物磊晶結構及其主動元件與其制作方法。在元件設計上藉由氟離子結構使氮極性III族/氮化物磊晶結構內的二維電子氣在氟離子結構下方處能呈現空乏狀態，此時二維電子氣位于氮化鎵通道層與該氮化鎵鋁(y)層的接面處；爾后，藉由上述結構制作出氮化鎵加強型氮化鎵鋁/氮化鎵高速電子遷移率晶體管、混合型蕭特基位障二極管或混合型元件，此時，經過極性反轉制程步驟(也就是絕緣保護介電層所產生的應力)后，二維電子氣從該氮化鎵通道層與該氮化鎵鋁(y)層的接面處上升至該氮化鎵通道層與該氮化鎵鋁(x)層的接面處。

技術領域

本發明是關于一種磊晶結構，特別是關于一種氮極性III族/氮化物半導體系列成長的磊晶結構，其好處是氮化鎵鋁(x)(i-Al(x)GaN)層在氮極性成長下會有較少的缺陷，藉由本發明利用制程的方式，也就是利用絕緣保護介電層所產生的應力，將氮極性反轉為鎵極性極性使得二維電子氣(2-DEG)從氮化鎵/氮化鎵鋁(y)(iGaN/i-Al(y)GaN)層接口的氮化鎵通道(i-GaN channel)層內轉至氮化鎵鋁(x)/氮化鎵(i-Al(x)GaN層/iGaN)的氮化鎵通道層內，除了得到較低的氮化鎵鋁(x)表面缺陷(i-Al(x)GaN surface traps)外，原本的氮化鎵鋁(y)(i-Al(y)GaN)層正好可以阻擋表面缺陷(buffer trap)的電子進入通道層(channel layer)進而降低電流崩塌效應(Current Collapse)的問題的嶄新的主動元件與其積體化的制作方法，除此之外本發明也導入一柵極護城河結構，其位于該氮化鎵鋁(x)層1并圍繞氟離子(F-)結構兩側。

背景技術

在過去的習知技藝中，以磊晶結構來達到加強型氮化鎵鋁/氮化鎵高速電子遷移率晶體管(E-Mode AlGaN/GaN HEMT)最常見的方式就是1.鎵極性P型氮化鎵柵極加強型氮化鎵鋁/氮化鎵高速電子遷移率晶體管結構(Ga-Face P-GaN Gate E-Mode HEMTstructure)、2.氮極性加強型氮化鎵鋁/氮化鎵高速電子遷移率晶體管結構(N-Face Al(x)GaN Gate E-Mode HEMT structure)，但正如兩者元件的命名方式就可知只有閘極(Gate)的區域會保留P型氮化鎵(P-GaN)或氮化鎵鋁(x)(Al(x)GaN)。

最常見的制程方式就是在傳統的空乏型氮化鎵鋁/氮化鎵高速電子遷移率晶體管(D-Mode AlGaN/GaN HEMT)磊晶結構上額外成長一層P型氮化鎵層，之后再將閘極區域以外的P型氮化鎵以干式蝕刻的方式蝕刻掉，并盡量保持下一層氮化鎵鋁磊晶層厚度的完整性，因為當下一層氮化鎵鋁磊晶層被蝕刻掉太多的話會連帶造成鎵極性P型氮化鎵柵極加強型氮化鎵鋁/氮化鎵高速電子遷移率晶體管結構(Ga-Face P-GaN Gate E-Mode HEMTstructure)的氮化鎵鋁/氮化鎵接口的二維電子氣無法形成。因此，以干式蝕刻的方式其實難度很高因為:1.蝕刻深度難掌控、2.磊芯片上每一個磊晶層的厚度還是會有不均勻的；此外，此磊晶結構與一般空乏型氮化鎵鋁/氮化鎵高速電子遷移率晶體管磊晶結構皆有電流崩塌效應(Current Collapse)的問題必須去解決，例如：緩沖層的缺陷(Buffer Traps)及表面缺陷(Surface Traps)。

有鑒于此，本發明針對上述的缺失，提出一種嶄新的氮極性III族/氮化物磊晶結構與以及利用該磊晶結構的極性反轉后所形成的主動元件與其積體化的制作方法。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種嶄新的氮極性III族/氮化物磊晶結構與利用該磊晶結構所形成的主動元件與其積體化的極性反轉制作方法，以解決磊晶結構在高速電子遷移率晶體管所遇到的制程瓶頸，并且本發明的氮極性III族/氮化物磊晶結構基板上在極性反轉制程后可一次性形成數種能夠在高電壓高速操作的主動元件。