[發明專利]碳化硅基氮化鎵器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202211410490.3
• 申請日: 2022-11-11
• 公開（公告）號: CN115832040A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 吳龍江
• 申請（專利權）人: 深圳天狼芯半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/06
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 陽方玉

本申請涉及一種碳化硅基氮化鎵器件及其制備方法。碳化硅基氮化鎵器件包括：半導體襯底以及在半導體襯底的正面依次層疊設置的漂移層、緩沖層、溝道層和勢壘層，柵極設于勢壘層上，源極設于溝道層上，且設于勢壘層的第一側，中介金屬層設于漂移層上，且與緩沖層、溝道層以及勢壘層的第二側接觸。漏極設于半導體襯底的背面。本申請通過將漏極設置在半導體襯底的背面，并通過中介金屬層連接二維電子氣與漂移層，使得源極依次通過二維電子氣、中介金屬層、漂移層和半導體襯底與漏極連接，在仍具備HEMT器件的高速通斷特性的前提下，通過漂移層和半導體襯底提高了器件的耐電高壓的能力。

技術領域

本申請屬于高電子遷移率晶體管技術領域，尤其涉及一種碳化硅基氮化鎵器件及其制備方法。

背景技術

目前，氮化鎵是一種新型的第三代半導體材料，具備許多優異的特性，是未來發展功率半導體的主流，可以用于構造高電子遷移率晶體管(High Electron MobilityTransistor；HEMT)器件。與氮化鎵搭配的目前常用的襯底各有其優缺點，其中，碳化硅雖然成本昂貴可以使氮化鎵晶格錯位大幅降低，提高良率與器件性能。

但現有的以碳化硅為襯底的氮化鎵功率開關管還存在著耐高電壓的能力較差的問題。氮化鎵功率開關管中的二維電子氣(2DEG；Two-Dimensional Electron Gas)在被施加較高的反向電壓的情況下，二維電子氣容易被擊穿或誤導通。

發明內容

本申請的目的在于提供一種碳化硅基氮化鎵器件及其制備方法，旨在解決傳統的由氮化鎵和碳化硅構造的功率開關管存在的耐高電壓的能力較差的問題。

本申請實施例的第一方面提供了一種碳化硅基氮化鎵器件，包括：半導體襯底；在所述半導體襯底的正面依次層疊設置的漂移層、緩沖層、溝道層和勢壘層；柵極，設于所述勢壘層上；源極，設于所述溝道層上，且設于所述勢壘層的第一側；中介金屬層，設于所述漂移層上，且與所述緩沖層、所述溝道層以及所述勢壘層的第二側接觸；其中，所述勢壘層的第二側與所述勢壘層的第一側相對；漏極，設于所述半導體襯底的背面。

其中一實施例中，還包括P型蓋帽層；所述P型蓋帽層設于所述勢壘層與所述柵極之間。

其中一實施例中，所述源極包括填充金屬層和連接金屬層；所述填充金屬層自所述勢壘層的上表面延伸至所述緩沖層；所述連接金屬層設置在所述勢壘層的上方并與所述填充金屬層連接。

其中一實施例中，所述柵極的材料為肖特基金屬，所述源極和所述漏極的材料為歐姆金屬。

其中一實施例中，所述半導體襯底和所述漂移層均為N型碳化硅。

其中一實施例中，所述漂移層中的N型摻雜離子的濃度小于所述半導體襯底中的N型摻雜離子的濃度。

其中一實施例中，所述溝道層的材料為氮化鎵。

其中一實施例中，所述勢壘層的材料為氮化鋁鎵。

其中一實施例中，所述P型蓋帽層的材料為P型氮化鎵。

本申請實施例的第二方面提供了一種碳化硅基氮化鎵器件的制備方法，包括：在半導體襯底的正面依次形成漂移層、緩沖層、溝道層、勢壘層和P型蓋帽層；刻蝕所述P型蓋帽層的邊緣；對所述勢壘層的第一側進行刻蝕，直至暴露所述溝道層，以形成第一溝槽；對所述勢壘層的第二側以及對應的所述溝道層和所述緩沖層進行刻蝕，直至暴露所述漂移層，以形成第二溝槽；在所述第一溝槽填充金屬材料形成源極，在所述第二溝槽填充金屬材料形成中介金屬層，并在所述P型蓋帽層上形成柵極；在所述半導體襯底的背面構造漏極。