[發明專利]一種具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構及其制備方法

在審

• 申請號: 202111555912.1
• 申請日: 2021-12-17
• 公開（公告）號: CN114220871A
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 劉超;王珩
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 韓獻龍

1.一種具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構，其特征在于，由下自上依次包括：陰極電極、重摻雜N型氮化物襯底區、輕摻雜N型氮化物漂移區、重摻雜P型氮化物區、陽極電極，重摻雜P型氮化物區和輕摻雜N型氮化物漂移區豎直接觸面之間設置有隔離層。

2.根據權利要求1所述具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構，其特征在于，所述隔離層為二氧化硅、氮化硅、氧化鉿、氮化鋁或氧化鋁。

3.根據權利要求1所述具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構，其特征在于，重摻雜P型氮化物區和輕摻雜N型氮化物漂移區的兩個豎直接觸面之間均設置有隔離層，每個隔離層的橫向厚度均為50nm～300nm；優選的，每個隔離層的橫向厚度均為50nm～150nm，更優選為50nm。

4.根據權利要求1所述具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構，其特征在于，所述輕摻雜N型氮化物漂移區由輕摻雜N型氮化物漂移層和輕摻雜N型氮化物突出體組成；輕摻雜N型氮化物突出體為長方體結構，輕摻雜N型氮化物突出體沿輕摻雜N型氮化物漂移層的長度方向設置于輕摻雜N型氮化物漂移層上方的中間位置，輕摻雜N型氮化物突出體和輕摻雜N型氮化物漂移層構成“凸”字形的豎直截面；所述重摻雜P型氮化物區設置于輕摻雜N型氮化物突出體兩側、輕摻雜N型氮化物漂移層的上表面，重摻雜P型氮化物區的厚度與輕摻雜N型氮化物突出體的厚度相同。

5.根據權利要求4所述具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構，其特征在于，包括以下條件中的一項或多項：

i、所述輕摻雜N型氮化物突出體的厚度為0.5μm～3.0μm，寬度為1μm～10μm；優選的，輕摻雜N型氮化物突出體的寬度為1μm～5μm，進一步優選為1μm；

ii、隔離層高度與輕摻雜N型氮化物突出體的厚度相同；

iii、所述重摻雜P型氮化物區一側的寬度、單個隔離層厚度、輕摻雜N型氮化物突出體寬度的一半之總和等于輕摻雜N型氮化物漂移層寬度的一半。

6.根據權利要求1所述具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構，其特征在于，重摻雜P型氮化物區的摻雜元素為鎂離子，有效摻雜濃度為1e16cm^-3～3e17cm^-3；優選的，有效摻雜濃度為1e16cm^-3～2e17cm^-3，進一步優選為1e17cm^-3。

7.根據權利要求1所述具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構，其特征在于，包括以下條件中的一項或多項：

i、輕摻雜N型氮化物漂移區的摻雜元素為硅，摻雜濃度為5×10¹⁴～3×10¹⁶cm^-3，優選摻雜濃度為2e16cm^-3；

ii、陽極電極包括肖特基接觸陽極電極和歐姆接觸陽極電極；肖特基接觸陽極電極設置于輕摻雜N型氮化物漂移區的頂面和隔離層的上表面；所述歐姆接觸陽極電極設置于重摻雜P型氮化物區上表面；

iii、重摻雜N型氮化物襯底區為重摻雜N型氮化鎵襯底區，輕摻雜N型氮化物漂移區為輕摻雜N型氮化鎵漂移區，重摻雜P型氮化物區為重摻雜P型氮化鎵區。

8.如權利要求1-7任意一項所述具有溝槽隔離層的垂直型Ⅲ族氮化物功率半導體器件結構的制備方法，包括步驟：

(1)利用MOCVD方法制備重摻雜N型氮化物襯底區；

(2)利用MOCVD方法在重摻雜N型氮化物襯底區上同質外延輕摻雜N型氮化物漂移區域；

(3)利用干法刻蝕工藝，在輕摻雜N型氮化物漂移區域上表面兩側刻蝕溝槽區域；然后對刻蝕表面進行損傷處理；

(4)通過等離子體增強化學的氣相沉積(PECVD)在溝槽底部和側壁沉積隔離層，然后用各向異性反應離子刻蝕(RIE)去除溝槽底部的隔離層；

(5)在溝槽底部外延生長重摻雜P型氮化物區；

(6)利用電子束蒸鍍儀制備陰極電極和陽極電極。