[發(fā)明專利]一種SOI基凹柵增強(qiáng)型GaN功率開關(guān)器件的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010573844.0
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111739800B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭理;游晉豪;程新紅;俞躍輝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L29/778;H01L29/423;H01L27/12
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31233
• 代理人: 魏峯;黃志達(dá)

本發(fā)明涉及一種SOI基凹柵增強(qiáng)型GaN功率開關(guān)器件的制備方法，包括：第一次鈍化；源漏區(qū)歐姆接觸；離子注入；刻蝕凹柵區(qū)域；生長柵介質(zhì)層和柵金屬；第二次鈍化；打開源漏窗口；第一次深槽刻蝕；第二次深槽刻蝕。該方法制備的凹柵結(jié)構(gòu)帶來的工藝相對簡單、柵漏電流小的優(yōu)勢和SOI材料帶來的器件單片隔離優(yōu)勢為實(shí)現(xiàn)GaN單片集成半橋電路奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為GaN功率器件的發(fā)展提供了新方向。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率器件領(lǐng)域，特別涉及一種SOI基凹柵增強(qiáng)型GaN功率開關(guān)器件的制備方法。

背景技術(shù)

后摩爾時(shí)代和5G時(shí)代的到來呼吁性能更加優(yōu)越的半導(dǎo)體材料。寬禁帶半導(dǎo)體GaN相對硅等傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料有著禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導(dǎo)率大、電子飽和速度大等諸多優(yōu)勢，因此GaN功率器件具有導(dǎo)通電阻低、開關(guān)效率高、本征泄漏電流低等特性，很適合制作耐高溫、高頻的大功率器件。可以預(yù)料，GaN功率半導(dǎo)體未來將在微波射頻領(lǐng)域(如5G、雷達(dá))和大功率電力電子領(lǐng)域(如快速充電、工業(yè)控制)得到廣泛的應(yīng)用。

GaN電子器件主要以GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)(如AlGaN/GaN、InAlN/GaN)HEMT(高電子遷移率晶體管)為主。不同于傳統(tǒng)硅MOS器件，HEMT的載流子是GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面形成的具有很高的遷移率和極高的載流子面密度的二維電子氣(2DEG)，2DEG為GaN HMET賦予了優(yōu)越的性能。

目前主流GaN HEMT器件材料都采用異質(zhì)外延生長GaN的方法制造。外延GaN最常用的襯底材料是藍(lán)寶石、SiC和Si，如圖1所示。襯底和GaN之間存在著晶格失配和熱失配的問題，雖然SiC與GaN的失配相對較小，但是其價(jià)格昂貴。因此盡管Si和GaN存在晶格失配和熱失配大的問題，但由于Si工藝屬于當(dāng)前主流成熟工藝，成本較低，所以目前業(yè)界還是以Si基外延GaN為主流。

GaN-on-SOI HEMT制作的功率開關(guān)半橋電路具有天然的優(yōu)勢。因此，GaN-on-SOIHEMT在推動(dòng)功率開關(guān)器件集成化、小型化的過程中具有重要的意義，為GaN功率器件發(fā)展拓寬了思路。

如發(fā)表于2018年IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS的文獻(xiàn)“High-MobilityNormally OFF Al2O3/AlGaN/GaN MISFET With Damage-FreeRecessed-Gate Structure”所述，現(xiàn)有技術(shù)中多采用硅襯底制作凹柵增強(qiáng)型HEMT器件，雖然工藝較為成熟，但這種類型的器件不利于實(shí)現(xiàn)半橋電路高低端器件的單片隔離。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種SOI基凹柵增強(qiáng)型GaN功率開關(guān)器件的制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中GaN HEMT器件材料中襯底和GaN之間存在晶格失配和熱失配的問題。

本發(fā)明提供一種SOI基凹柵增強(qiáng)型GaN功率開關(guān)器件的制備方法，包括：

(1)第一次鈍化：在SOI基GaN外延層表面生長第一層鈍化層，所述SOI基外延層由下而上依次為Si(100)、SiO₂、Si(111)、GaN、AlGaN、GaN帽層；

(2)源漏區(qū)歐姆接觸：利用光刻定義源漏區(qū)域，刻蝕第一層鈍化層，生長源漏金屬，然后進(jìn)行退火；

(3)離子注入：利用光刻定義注入?yún)^(qū)域，隨后該區(qū)域(高低端器件中間)進(jìn)行離子注入，注入離子需穿透第一層鈍化層，AlGaN層，終止于GaN層，用于截?cái)喽S電子氣；

(4)刻蝕凹柵區(qū)域：利用光刻定義柵區(qū)域，刻蝕第一層鈍化層、GaN帽層、AlGaN勢壘層；

(5)生長柵介質(zhì)層和柵金屬：在步驟(4)中刻蝕區(qū)域淀積柵介質(zhì)，然后生長柵金屬，隨后去除柵區(qū)域外的柵介質(zhì)；

(6)第二次鈍化：在器件表面生長第二層鈍化層；