[發明專利]氮化鎵基功率器件外延結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202110171622.0
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112993012A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 梁玉玉;蔡文必;何俊蕾;劉成;葉念慈
• 申請（專利權）人: 廈門市三安集成電路有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/20;H01L29/423;H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 北京超成律師事務所 11646
• 代理人: 張江陵

本申請提供一種氮化鎵基功率器件外延結構及其制備方法，涉及半導體技術領域。該方法包括：在外延結構的P型蓋帽層上沉積掩膜層，外延結構包括柵極區域和非柵極區域，P型蓋帽層覆蓋柵極區域和非柵極區域的第一鋁鎵氮層；刻蝕掩膜層，以將非柵極區域的P型蓋帽層露出；刻蝕露出的P型蓋帽層，以露出非柵極區域的第一鋁鎵氮層；在露出的第一鋁鎵氮層上外延生長第二鋁鎵氮層，第二鋁鎵氮層的鋁離子濃度大于第一鋁鎵氮層的鋁離子濃度，第二鋁鎵氮層的厚度小于P型蓋帽層的厚度。該氮化鎵基功率器件外延結構的制備方法能夠實現勢壘層柵極區域鋁組分低、非柵極區域鋁組分高，進而提升器件閾值電壓及柵極可靠性，并降低導通電阻，提升器件性能。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體而言，涉及一種氮化鎵基功率器件外延結構及其制備方法。

背景技術

氮化鎵作為第三代寬禁帶半導體材料的典型代表，由于其擁有較大的禁帶寬度、較高的臨界擊穿電場以及較高的電子飽和速度，在寬帶通信、電力電子等領域被廣泛應用。其中，應用最廣泛的當屬高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)。

現有技術中，增強型氮化鎵基高電子遷移率晶體管主要通過以下幾種方式制得：凹柵結構、氟離子注入技術以及p型蓋帽層技術等。其中，p型蓋帽技術是目前最常用的實現工業量產增強型氮化鎵基高電子遷移率晶體管的方式，即在柵極金屬和AlGaN勢壘層之間引入P型摻雜的GaN或AlGaN外延材料，以抬高整個異質結的導帶從而耗盡柵極下方溝道的二維電子氣，使器件由耗盡型轉變為增強型。其中，勢壘層柵極區域鋁組分降低可降低柵極下方二維電子氣濃度，提升器件閾值電壓，同時也有利于提升柵極可靠性；非柵極區域鋁組分高，可增加二維電子氣濃度，減小導通電阻。然而，現有的外延結構通常為具有單一鋁組分的AlGaN勢壘層，因此，其無法滿足柵極區域Al組分低，非柵極區域Al組分高的需求。

發明內容

本發明的目的在于提供一種氮化鎵基功率器件外延結構及其制備方法，其能夠實現勢壘層柵極區域鋁組分低、非柵極區域鋁組分高，進而提升器件閾值電壓及柵極可靠性，并降低導通電阻，提升器件性能。

本發明的實施例是這樣實現的：

本發明的一方面，提供一種氮化鎵基功率器件外延結構的制備方法，該氮化鎵基功率器件外延結構的制備方法包括：在外延結構的P型蓋帽層上沉積掩膜層，外延結構包括柵極區域和非柵極區域，P型蓋帽層覆蓋柵極區域和非柵極區域的第一鋁鎵氮層；刻蝕掩膜層，以將非柵極區域的P型蓋帽層露出；刻蝕露出的P型蓋帽層，以露出非柵極區域的第一鋁鎵氮層；在露出的第一鋁鎵氮層上外延生長第二鋁鎵氮層，第二鋁鎵氮層的鋁離子濃度大于第一鋁鎵氮層的鋁離子濃度，第二鋁鎵氮層的厚度小于P型蓋帽層的厚度。該氮化鎵基功率器件外延結構的制備方法能夠實現勢壘層柵極區域鋁組分低、非柵極區域鋁組分高，進而提升器件閾值電壓及柵極可靠性，并降低導通電阻，提升器件性能。

可選地，第二鋁鎵氮層與柵極區域的P型蓋帽層之間形成有間隙，間隙位于非柵極區域。

可選地，在露出的第一鋁鎵氮層上外延生長第二鋁鎵氮層，包括：在掩膜層上形成介質層，介質層覆蓋第一鋁鎵氮層，其中，介質層與掩膜層同材料；通過光刻工藝去除非柵極區域的介質層，并保留包覆P型蓋帽層外周壁和掩膜層外周壁的介質層；在非柵極區域的第一鋁鎵氮層上形成第二鋁鎵氮層；去除掩膜層和介質層，以在第二鋁鎵氮層和柵極區域的P型蓋帽層之間形成間隙。

可選地，介質層和掩膜層的材料均為二氧化硅。

可選地，在露出的第一鋁鎵氮層上外延生長第二鋁鎵氮層，包括：去除掩膜層；在P型蓋帽層上外延生長第二鋁鎵氮層，第二鋁鎵氮層具有包覆P型蓋帽層外周的包覆層和覆蓋露出的第一鋁鎵氮層的覆蓋層；在第二鋁鎵氮層上形成第三光刻膠層；在第三光刻膠層上形成窗口，以使第二鋁鎵氮層露出，包覆層在第一鋁鎵氮層上的正投影位于窗口在第一鋁鎵氮層上的正投影之內；刻蝕第二鋁鎵氮層，以在第二鋁鎵氮層和柵極區域的P型蓋帽層之間形成間隙。