[發(fā)明專利]功率器件外延結(jié)構(gòu)的制備方法及功率器件外延結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010149236.7
• 申請日: 2020-03-05
• 公開（公告）號: CN111326577B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何俊蕾;劉成;趙杰;林育賜;郭德霄;徐寧;葉念慈
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南三安半導體有限責任公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/06
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 方曉燕

本發(fā)明提供一種功率器件外延結(jié)構(gòu)的制備方法及功率器件外延結(jié)構(gòu)，屬于氮化物功率器件技術(shù)領(lǐng)域。半導體外延結(jié)構(gòu)包括：襯底及依次形成于襯底上的緩沖層、溝道層、勢壘層、P型氮化物層、刻蝕終止層以及犧牲層，其中，刻蝕終止層為鋁鎵氮化合物材料。功率器件外延結(jié)構(gòu)的制備方法包括：制作半導體外延結(jié)構(gòu)；對半導體外延結(jié)構(gòu)進行高溫退火；刻蝕犧牲層，以形成表面平整的功率器件外延結(jié)構(gòu)。該功率器件外延結(jié)構(gòu)使P型氮化物層能夠通過高溫退火獲得較高空穴濃度的同時具有平整的表面，進而提升金屬與P型氮化物之間的電學特性及均勻性，以用于制備增強型HEMT。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氮化物功率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種功率器件外延結(jié)構(gòu)的制備方法及功率器件外延結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

HEMT（High-Electron-Mobility?Transistors，高電子遷移率晶體管）器件，是充分利用半導體的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)形成的二維電子氣而制成的。III族氮化物半導體由于壓電極化和自發(fā)極化效應(yīng)，在異質(zhì)結(jié)構(gòu)上（Heterostructure，如AlGaN/GaN）能夠形成高濃度的二維電子氣（2DEG）。所以在使用Ⅲ族氮化物制成的HEMT器件中，勢壘層一般不需要進行摻雜。Ⅲ族氮化物具有大的禁帶寬度、較高的飽和電子漂移速度、高的臨界擊穿電場和極強的抗輻射能力等特點，能夠滿下一代電力電子系統(tǒng)對功率器件更大功率、更高頻率、更小體積和更高溫度的工作的要求。

現(xiàn)有的Ⅲ族氮化物半導體HEMT器件作為高頻器件或者高壓大功率開關(guān)器件使用時，特別是作為功率開關(guān)器件時，增強型HEMT器件與耗盡型HEMT器件相比有助于提高系統(tǒng)的安全性、降低器件的損耗和簡化設(shè)計電路。目前實現(xiàn)增強型HEMT主要的方法為P型蓋帽層技術(shù)。即在柵極和勢壘層之間設(shè)置P型蓋帽層，通常III族氮化物半導體的P型蓋帽層同樣采用氮化物材料即P型氮化物層，并且其常用的P型雜質(zhì)為鎂（Mg），但是由于鎂的電離能較大，需要高溫下退火激活，以獲得高空穴濃度的P型氮化物層。但是在高溫退火時，氮化物易高溫分解使表面變得粗糙，會嚴重影響金屬與P型氮化物之間的電學特性及均勻性。因此，目前的P型氮化物層退火溫度較低，相應(yīng)地電離空穴濃度較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種功率器件外延結(jié)構(gòu)的制備方法及功率器件外延結(jié)構(gòu)，使P型氮化物層能夠通過高溫退火獲得較高電離空穴濃度的同時與金屬具有良好電學特性，以用于制備增強型HEMT。

本發(fā)明的實施例是這樣實現(xiàn)的：

本發(fā)明實施例的一方面，提供一種功率器件外延結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：

制作半導體外延結(jié)構(gòu)，其中，半導體外延結(jié)構(gòu)包括襯底以及依序?qū)盈B于襯底上的緩沖層、溝道層、勢壘層、P型氮化物層、刻蝕終止層以及犧牲層，刻蝕終止層為鋁鎵氮化合物材料，鋁鎵氮化合物為Al_xGa_1-xN，其中0＜x≤100%；

對半導體外延結(jié)構(gòu)進行高溫退火，激活P型氮化物層中的P型雜質(zhì)；

完全刻蝕掉犧牲層，以形成表面平整的功率器件外延結(jié)構(gòu)。

可選地，制作半導體外延結(jié)構(gòu)，包括：

在襯底上依序外延生長緩沖層、溝道層和勢壘層；

在勢壘層上外延生長P型氮化物層；

在P型氮化物層上依序外延生長刻蝕終止層和犧牲層。

可選地，制作半導體外延結(jié)構(gòu)，包括：

在襯底上依序外延生長緩沖層、溝道層、勢壘層、氮化物層、刻蝕終止層以及犧牲層；

向氮化物層中摻雜P型雜質(zhì)，以形成P型氮化物層。

可選地，犧牲層為鋁鎵氮化合物材料；犧牲層中的鋁組分低于刻蝕終止層中的鋁組分。

可選地，犧牲層為氮化鋁材料。