[發(fā)明專利]一種多插指埋柵結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)型高壓HEMT器件及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110906419.3
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號(hào): CN113594232A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹以安;連夢小;毛明華
• 申請（專利權(quán)）人: 迪優(yōu)未來科技（清遠(yuǎn)）有限公司;華南師大（清遠(yuǎn)）科技創(chuàng)新研究院有限公司
• 主分類號(hào): H01L29/06
• 分類號(hào): H01L29/06;H01L29/778;H01L21/335;H01L29/423
• 代理公司: 北京清控智云知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11919
• 代理人: 仵樂娟

本發(fā)明涉及一種多插指埋柵結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)型高壓HEMT器件及其制備方法，包括依次層疊的應(yīng)力釋放層、高阻緩沖層、溝道層、插入層和勢壘層；源極和漏極位于勢壘層兩端，與所述插入層接觸；柵極位于勢壘層上；柵電介質(zhì)層，位于柵極和勢壘層之間；包含插指埋柵單元的多插指埋柵結(jié)構(gòu)，沿勢壘層表面延伸至勢壘層中一定深度，沿源極指向漏極的方向上，所述多插指埋柵結(jié)構(gòu)與勢壘層之間構(gòu)成多個(gè)依次排列的PN結(jié)。本發(fā)明采用離子注入工藝形成的多插指埋柵結(jié)構(gòu)的引入，大大提高了器件的耐壓特性，同時(shí)減少了柵極的泄露電流，提升了飽和漏極電流的上限，在獲得增強(qiáng)型器件的同時(shí)增大輸出電流。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及HEMT器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多插指埋柵結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)型高壓HEMT器件及其制備方法。

背景技術(shù)

AlGaN/GaN界面處因自發(fā)極化和壓電極化形成的高遷移率電子密度的二維電子氣(2DEG)。然而，高密度的2DEG會(huì)導(dǎo)致器件在零偏壓狀態(tài)下的HEMT器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，成為常開型器件。雖然常開的AlGaN/GaN用于低壓和高頻應(yīng)用，但對于電源開關(guān)應(yīng)用，常常需要常關(guān)特性來保證安全操作和簡單的柵極驅(qū)動(dòng)配置，從而保證在電力電子器件中的廣泛應(yīng)用。同時(shí)AlGaN/GaN HEMT器件結(jié)構(gòu)在理論上具有很高的耐壓特性，但實(shí)際擊穿只有幾百伏，距離GaN最大擊穿極限還有很大差距。

目前實(shí)現(xiàn)常關(guān)特性也就是增強(qiáng)型HEMT功率器件的方法有凹柵結(jié)構(gòu)、氟離子注入技術(shù)、P-GaN柵技術(shù)和級聯(lián)結(jié)構(gòu)，在這些結(jié)構(gòu)中，或多或少都存在著不可避免的缺陷。(1)凹槽柵僅能降低柵下區(qū)域的極化電荷密度、勢壘層的精確刻蝕在工藝中難以控制、閾值電壓與AlGaN勢壘層厚度密切，難以準(zhǔn)確控制器件的閾值電壓，其工藝重復(fù)性差。(2)氟離子注入在技術(shù)可控性、易操作性和減少晶格損傷等方面具有重要優(yōu)勢，但不可避免的會(huì)在溝道處產(chǎn)生少量氟離子、導(dǎo)致溝道處的載流子遷移率下降。(3)級聯(lián)結(jié)構(gòu)是將增強(qiáng)型MOSFET和高壓耗盡型GaN HEMT器件全臉的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但這種方式存在成本高、電阻串聯(lián)寄生效應(yīng)、工作溫度受限等問題。(4)P-GaN柵技術(shù)可以很好的避免上述的諸多問題，通過在柵極和AlGaN勢壘層之間插入P-GaN層，提升勢壘層的高度獲得增強(qiáng)型器件，但目前P-GaN柵極技術(shù)仍存在柵極擺幅小，柵極驅(qū)動(dòng)能力有限，且需要通過刻蝕選擇性的去除P-GaN蓋層，在此過程中下方的AlGaN勢壘層會(huì)受到等離子體沖擊的破壞，導(dǎo)致表面陷阱密度的增加和溝道處2DEG濃度和遷移率的下降，增加器件的導(dǎo)通電阻。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的首要目的是提供一種多插指埋柵結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)型高壓HEMT器件及其制備方法。該器件通過離子注入工藝，沿勢壘層表面至一定深度處形成包含多個(gè)插指埋柵單元的多插指埋柵結(jié)構(gòu)，使得柵下區(qū)域的AlGaN勢壘層厚度得以減薄，降低了由于極化效應(yīng)產(chǎn)生的2DEG濃度，同時(shí)由于在AlGaN勢壘層上引入p型AlGaN埋柵使得溝道處AlGaN的導(dǎo)帶升高到費(fèi)米能級以上，導(dǎo)致2DEG耗盡獲得高閾值電壓。由于常規(guī)P-GaN HEMT為保證能夠在正常情況下處于關(guān)斷狀態(tài)需要較薄的AlGaN厚度，同樣其非柵區(qū)域的AlGaN厚度較薄，產(chǎn)生的2DEG濃度較低，使得飽和漏極電流受限。而本發(fā)明多插指埋柵結(jié)構(gòu)的HEMT器件，其柵下區(qū)域是通過離子注入方式將n型AlGaN轉(zhuǎn)變?yōu)閜型AlGaN，使得其柵下區(qū)域n型AlGaN的厚度可控，從而允許非柵區(qū)域更大的AlGaN厚度，提升了飽和漏極電流的上限，在獲得增強(qiáng)型器件的同時(shí)增大輸出電流。多插指埋柵結(jié)構(gòu)的表面布置一柵電介質(zhì)層，在獲得增強(qiáng)型器件的同時(shí)作為保護(hù)層，防止高溫退火過程中離子注入?yún)^(qū)域的損壞和分解，減少了柵下區(qū)域附近的缺陷和雜質(zhì)，從而使得器件在正常工作時(shí)，減小柵極泄露電流對器件的影響。