[發(fā)明專利]基于溝槽柵垂直淺超結(jié)的氮化鎵基MOSFET器件及制作方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911060261.1
• 申請(qǐng)日: 2019-11-01
• 公開（公告）號(hào): CN110783411A
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉爽;趙勝雷;張進(jìn)成;劉志宏;宋秀峰;郝躍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/06;H01L29/423;H01L21/336
• 代理公司: 61205 陜西電子工業(yè)專利中心
• 代理人: 王品華

1.一種基于溝槽柵垂直淺超結(jié)的氮化鎵基MOSFET器件，包括襯底(1)、漂移層(2)、P-柱層(3)、P+層(4)、n+層(5)、柵介質(zhì)層(6)、源極(7)、漏極(8)、柵極(9)和鈍化層(10)。其中，漂移層(2)位于襯底(1)的上部，P-柱層(3)位于漂移層(2)中，P-柱層(3)兩側(cè)的上方依次為P+層(4)和n+層(5)，柵介質(zhì)層(6)位于n+層(5)上部，源極(7)位于柵介質(zhì)層(6)兩側(cè)，漏極(8)位于襯底(1)下部；柵極(9)位于柵介質(zhì)層(6)上部，且采用凹槽結(jié)構(gòu)，該凹槽位于漂移層(2)、P+層(4)和n+層(5)的中間，鈍化層(10)位于柵極(9)和源極(7)之間，其特征在于漂移層(2)中設(shè)有P-柱層(3)，用于拓展PN結(jié)耗盡區(qū)，提高器件擊穿電壓。

2.其特征在于漂移層(2)中設(shè)有P-柱層(3)，用于拓展PN結(jié)耗盡區(qū)，提高器件擊穿電壓。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，柵電極采用凹槽結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，P-柱層(3)的摻雜濃度為10¹⁶cm^-3～10¹⁸cm^-3，厚度不超過漂移區(qū)(2)厚度的1/2。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于，柵介質(zhì)層(6)和鈍化層(10)采用SiN或SiO₂或Al₂O₃或HfO₂介質(zhì)。

6.一種基于溝槽柵垂直淺超結(jié)的氮化鎵基MOSFET器件制作方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)對(duì)襯底表面進(jìn)行清洗和預(yù)處理以消除表面懸掛鍵，并在H₂氛圍反應(yīng)室的900℃～1200℃溫度下熱處理去除表面污染物；

2)在熱處理后的襯底上采用MOCVD工藝淀積厚度為5～20μm的GaN，作為器件的漂移層；

3)對(duì)漂移區(qū)進(jìn)行選擇性刻蝕，選擇待刻蝕的區(qū)域并刻蝕暴露出P-柱層的窗口，刻蝕的窗口厚度不超過漂移區(qū)厚度的1/2；

4)在暴露出的窗口外延摻雜濃度為10¹⁶cm^-3～10¹⁸cm^-3的P-柱層；

5)在漂移區(qū)和P-柱層上，采用MOCVD工藝淀積厚度為100nm～1000nm的P+層，其摻雜濃度為10¹⁸cm^-3～10¹⁹cm^-3；

6)在P+層上采用MOCVD工藝淀積厚度為100nm～1000nm的n+層，其摻雜濃度為10¹⁸cm^-3～10¹⁹cm^-3；

7)制作掩膜并采用刻蝕工藝暴露出源極窗口，源極窗口的厚度深入到P+層10nm～50nm，并采用磁控濺射工藝在待淀積窗口沉積源電極金屬，在器件背側(cè)淀積與源極相同的漏極金屬；

8)制作掩膜并采用刻蝕工藝暴露出柵極窗口，柵極窗口厚度深入到漂移層10nm～50nm，在柵極待淀積窗口淀積柵介質(zhì)層，之后在柵介質(zhì)層上淀積柵金屬；

9)將進(jìn)行完上述步驟的外延片放入PECVD反應(yīng)室內(nèi)，進(jìn)行鈍化層沉積；

10)在柵、源電極的鈍化層上進(jìn)行光刻和刻蝕，形成柵、源極接觸孔，完成器件制作。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：所述步驟2)和步驟4)和步驟5)和步驟6)的MOCVD工藝參數(shù)如下：

反應(yīng)室的壓力為：10～100Torr，

Ga源流量為：10-100μmol/min，

氨氣流量為：800-6000sccm，

氫氣流量為：1000-2000sccm。