[發明專利]一種在GaN HEMT器件中形成多功能p-GaN電極的方法及器件

在審

• 申請號: 202011500550.1
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112614778A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 李亦衡;武樂可;夏遠洋;張葶葶;朱友華;朱廷剛
• 申請（專利權）人: 江蘇能華微電子科技發展有限公司
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/335;H01L29/49;H01L29/778
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 王樺

本發明涉及一種在GaN HEMT器件中形成多功能p?GaN電極的方法，包括形成外延結構，使二維電子氣完全耗盡，對p?GaN層進行蝕刻，保留用于形成柵極的p?GaN區域，使二維電子氣重新出現，沉積鈍化層，在注入電極的位置對鈍化層進行蝕刻至勢壘層形成空穴，在空穴位置的勢壘層上生長附加勢壘層、p?GaN層，并保持二維電子氣不耗盡，形成柵極，形成源極、漏極，在p?GaN層上注入電極，并使注入電極自動連接到漏極，在p?GaN區域處形成電介質層。一種器件，由本發明方法形成。本發明可以適用于形成常開型GaN基MIS?HEMT，器件有效緩解“電流崩塌”問題，提高了器件整體性能。

技術領域

本發明涉及晶體管技術領域，特別是涉及一種在GaN HEMT器件中形成多功能p-GaN電極的方法及器件。

背景技術

GaN HEMT（高電子遷移率晶體管）是一種常開型器件（閾值電壓Vth0V），其在GaN溝道層和AlGaN勢壘層之間的界面區域存在二維電子氣（2DEG），如圖1所示。

為了實現常關型HEMT器件（Vth0V），柵極下方的二維電子氣（2DEG）在Vgs=0V時完全耗盡，并在VgsVth時以正柵極偏壓重新出現，如圖2所示，二維電子氣（2DEG）由于內置電場在p-GaN柵極下并不存在，但存在于p-GaN柵極以外的區域。

有幾種方法可以實現常關型HEMT器件（氟離子注入，具有MIS柵極，p-GaN柵極等的部分或全部凹陷的AlGaN）。在不同的方法中，p-GaN柵極已被證明是最可靠的，目前正被使用在商業產品中，在較薄的（例如5?20nm）AlGaN勢壘層頂部形成p-GaN層（或p-AlGaN或p-InGaN）可以有效地耗盡二維電子氣（2DEG），如圖2所示，從而實現常關操作。這種二維電子氣（2DEG）耗盡效應在很大程度上取決于AlGaN勢壘層的厚度和Al％，并且隨著AlGaN勢壘層的厚度（20nm）和/或Al％（20％）的增加而逐漸減弱。因此，要獲得理想的Vth（例如1?2V），必須同時調整AlGaN勢壘層的厚度和Al％。

眾所周知，GaN HEMT器件（常開“耗盡型”和常關“增強型”器件）會在器件導通/截止開關操作過程中，在截止狀態下產生較高的反向偏置應力后，從靜態基準線處獲得的瞬態導通狀態電流減小，這稱為“電流崩塌”或“動態羅恩”效應。由于器件表面區域附近和緩沖層內部存在高電場感應電子陷阱，因此出現了此問題。實際上，器件結構通常包括設計合理的場板（與柵極相連或與源連相連的FPs），合適的表面鈍化層（SiN，SiO₂，AlN或Al₂O₃等）和優化的緩沖堆（GaN位錯密度，碳或鐵補償摻雜水平和等級分布）。另一種有效的技術是在高反向偏置截止態應力期間，通過正向偏置P-N結（如圖3中HEMT結構中的p-GaN之間AlGaN，p-GaN空穴注入電極，在關態應力期間可以正向偏置，AlGaN勢壘厚度足夠厚，因此與在p-GaN柵極下耗盡的二維電子氣（2DEG）相比，在導通狀態操作期間二維電子氣（2DEG）不會耗盡），向器件空穴注入，以與捕獲的電子復合并消除被捕獲的電子。

p-GaN在GaN HEMT器件中有兩個作用：首先，它可以用作柵電極，將常開的HEMT轉換為常關器件；其次，它可以在高壓截止狀態應力期間作為單獨的空穴注入電極（正向偏置時）添加，以緩解“電流崩塌”問題。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種在GaN HEMT器件中形成多功能p-GaN電極的方法及器件，形成獨立于p-GaN柵電極的p-GaN空穴注入電極。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種在GaN HEMT器件中形成多功能p-GaN電極的方法，包括以下步驟：

步驟1：

形成外延結構：在基層上生長緩沖層，在緩沖層上生長溝道層，在溝道層上生長勢壘層，在勢壘層上生長p-GaN層，使二維電子氣在溝道層與勢壘層之間的界面處完全耗盡，

步驟2：