[發(fā)明專利]一種SOI基p-GaN增強(qiáng)型GaN功率開(kāi)關(guān)器件的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010574731.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111739801B
• 公開(kāi)（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(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號(hào): H01L21/335
• 分類號(hào): H01L21/335;H01L29/778;H01L29/10;H01L29/06
• 代理公司: 上海泰能知識(shí)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p?GaN增強(qiáng)型GaN功率開(kāi)關(guān)器件的制備方法，包括：柵介質(zhì)生長(zhǎng)；柵金屬生長(zhǎng)；刻蝕以制作柵電極；生長(zhǎng)第一層鈍化層；源漏區(qū)歐姆接觸；離子注入；生長(zhǎng)第二層鈍化層；打開(kāi)源漏窗口；第一深槽刻蝕，第二深槽刻蝕。該方法中p?GaN帶來(lái)的器件可控性、穩(wěn)定性優(yōu)勢(shì)和SOI帶來(lái)的器件單片隔離優(yōu)勢(shì)有助于實(shí)現(xiàn)GaN單片集成半橋電路，大大減少了寄生電感和die的面積，推動(dòng)了功率開(kāi)關(guān)器件的集成化和小型化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率器件制備領(lǐng)域，特別涉及一種SOI基p-GaN增強(qiáng)型GaN功率開(kāi)關(guān)器件的制備方法。

背景技術(shù)

隨著后摩爾時(shí)代和5G時(shí)代的到來(lái)，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料硅已逐漸逼近其理論性能極限，科技發(fā)展需要性能更加優(yōu)越的材料。第三代半導(dǎo)體GaN相對(duì)硅材料有著諸多優(yōu)勢(shì)。高禁帶寬度和臨界擊穿電場(chǎng)使得GaN功率器件具有導(dǎo)通電阻低、開(kāi)關(guān)效率高、本征泄漏電流低和耐高溫高壓等特性?？梢灶A(yù)料，GaN功率半導(dǎo)體未來(lái)將在微波通信領(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。由于極化效應(yīng)，GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面會(huì)形成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)，因此GaN HEMT非常適合于高頻大功率應(yīng)用。

GaN材料的體晶生長(zhǎng)難度很大，因此目前主流GaN HEMT器件材料都采用異質(zhì)外延生長(zhǎng)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。雖然Si和GaN存在晶格失配和熱失配大的問(wèn)題，但由于Si工藝已經(jīng)非常成熟，成本也較低，產(chǎn)業(yè)界還是以Si基外延GaN為主流。

半橋電路在電力電子領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛。傳統(tǒng)襯底材料上高低端器件共享同一個(gè)襯底，受到串?dāng)_和襯偏效應(yīng)的影響，因此很難實(shí)現(xiàn)單片集成半橋電路(如圖2a所示)。GaN-on-SOI HEMT制作的功率開(kāi)關(guān)半橋電路具有天然的優(yōu)勢(shì)。因此，GaN-on-SOI HEMT在推動(dòng)功率開(kāi)關(guān)器件集成化、小型化的過(guò)程中具有重要的意義。

如發(fā)表于2019年IEEE ELECTRON DEVICE LETTERS的文獻(xiàn)“High-Voltage p-GaNHEMTs With OFF-StateBlocking Capability After Gate Breakdown”所述，現(xiàn)有技術(shù)中多采用硅襯底制作p-GaN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(wèn)題是提供一種SOI基p-GaN增強(qiáng)型GaN功率開(kāi)關(guān)器件的制備方法以克服現(xiàn)有技術(shù)中傳統(tǒng)襯底材料上高低端器件很難實(shí)現(xiàn)單片集成半橋電路的缺陷。

本發(fā)明提供一種SOI基p-GaN增強(qiáng)型GaN功率開(kāi)關(guān)器件的制備方法，包括：

(1)柵介質(zhì)生長(zhǎng)：在SOI基GaN外延層表面生長(zhǎng)一層介質(zhì)層，所述SOI基GaN外延層從下而上依次包括：Si(100)、SiO₂、Si(111)、GaN、AlGaN、p-GaN；

(2)柵金屬生長(zhǎng)：在所述介質(zhì)層表面生長(zhǎng)柵金屬；

(3)刻蝕以制作柵電極：利用光刻定義柵區(qū)域，刻蝕剩余的柵金屬、介質(zhì)層及p-GaN層，形成柵電極；

(4)第一次鈍化：在器件表面生長(zhǎng)第一層鈍化層；

(5)源漏區(qū)歐姆接觸：利用光刻定義源漏區(qū)域，刻蝕鈍化層，生長(zhǎng)源漏金屬，然后進(jìn)行退火；

(6)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；

(7)第二次鈍化：在器件表面生長(zhǎng)第二層鈍化層；