[發(fā)明專利]一種提高耗盡型氮化鎵HEMT功率器件擊穿電壓的結(jié)構(gòu)及其制備方法

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• 申請日: 2021-01-29
• 公開（公告）號: CN112885890A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 邵國鍵;林罡;陳韜;劉柱;陳堂勝
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 施昊

本發(fā)明提供了一種提高耗盡型氮化鎵HEMT功率器件擊穿電壓的結(jié)構(gòu)及其制備方法，結(jié)構(gòu)包括襯底，所述襯底上設(shè)有外延層，所述外延層包括由下至上設(shè)置的成核層、第一材料層、溝道層以及勢壘層；所述外延層上方設(shè)有源極和漏極，所述源極和漏極之間設(shè)有柵極。本發(fā)明在形成源極、漏極、柵極后，通過在柵極、漏極之間引入離子摻雜區(qū)域，改變溝道中部分區(qū)域的二維電子氣濃度，在柵極一側(cè)改變電場分布，該峰值電場顯著低于無離子摻雜區(qū)域的器件，柵、漏極間的電場均勻性得到加強，電場分布得到有效改善，避免柵邊緣電場峰值引起器件的提前擊穿，器件可以承受更高的漏極電壓。最終器件的擊穿電壓得到提升，且器件的頻率特性不會降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種提高耗盡型氮化鎵HEMT功率器件擊穿電壓的結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

GaN作為第三代寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料,具有禁帶寬度大、擊穿電壓高、電子漂移速度快和抗輻射能力強等特點，AlGaN/GaN結(jié)構(gòu)的HEMT器件具有耐高溫、耐高壓、良好的高頻大功率等特性。AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)具有較強的極化效應(yīng),即使在未摻雜時，器件也可獲得高達1×10¹³cm^-2面密度的二維電子氣。近年來，在現(xiàn)有AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，如何進一步優(yōu)化GaN HEMT器件結(jié)構(gòu)和提升器件擊穿電壓成為研究的熱點。

造成器件擊穿的因素有多方面：

1、柵極邊緣電場強度過高：當(dāng)在AlGaN/GaN HEMT器件漏極施加較高電壓時，溝道中的耗盡區(qū)會逐漸移動至漏極一側(cè)。勢壘層的極化正電荷引起的電場分布會集中指向柵極邊緣，在邊緣位置形成峰值電場。當(dāng)電場強度超出器件的耐壓能力時，器件容易發(fā)生擊穿現(xiàn)象。

2、柵極泄漏電流：器件的表面的缺陷、沾污、懸掛鍵等容易形成表面態(tài)，其表面漂移點到現(xiàn)象造成柵極的泄漏電流。當(dāng)柵極電壓過高時，電子通過柵極峰值電場的邊緣隧穿到柵源之間的表面態(tài)中，造成器件擊穿。

為解決以上問題，通常在器件中設(shè)計場板，利用場板技術(shù)將峰值電場平坦化的分布于柵漏之間，以提高器件的擊穿電壓。但場板的引入會帶來額外的電容，降低器件的頻率特性。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種提高耗盡型氮化鎵HEMT功率器件擊穿電壓的結(jié)構(gòu)及其制備方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種提高耗盡型氮化鎵HEMT功率器件擊穿電壓的結(jié)構(gòu)，包括襯底，所述襯底上設(shè)有外延層，所述外延層包括由下至上設(shè)置的成核層、第一材料層、溝道層以及勢壘層；所述勢壘層上方設(shè)有源極和漏極，所述源極和漏極之間設(shè)有柵極，所述源極、漏極以及柵極上均覆蓋有側(cè)墻；其中，

所述溝道層內(nèi)具有二維電子氣，所述勢壘層內(nèi)具有離子摻雜區(qū)域，且所述離子摻雜區(qū)域位于柵極與漏極之間，靠近柵極一側(cè)。

進一步的，所述勢壘層包括第二材料層。

進一步的，所述勢壘層還包括第三材料層，所述第三材料層位于溝道層與第二材料層之間，所述第三材料層的禁帶寬度大于第二材料層。

進一步的，所述勢壘層還包括第四材料層，所述第四材料層位于第二材料層上方。

進一步的，所述離子摻雜區(qū)域的寬度為柵極與漏極間距的1％～90％，高度為所述勢壘層的厚度。

一種提高耗盡型氮化鎵HEMT功率器件擊穿電壓的結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

提供襯底，在襯底上形成外延層，所述外延層包括由下至上堆疊而成的成核層、第一材料層、溝道層以及勢壘層，并在外延層表面采用光刻和蒸發(fā)工藝形成源極和漏極；

在外延層上生長第一鈍化介質(zhì)層；

在源極和漏極之間選擇形成柵極的生長位置，去除所述生長位置的鈍化介質(zhì)；