一種高可靠性氮化鎵基功率器件及制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于半導(dǎo)體的技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種高可靠性氮化鎵基功率器件，自下而上包括襯底和氮化鎵基層，在所述氮化鎵基層的兩端分別設(shè)置有源電極和漏電極，在其中部設(shè)置有柵電極，在所述柵電極和漏電極之間的區(qū)域自下而上還設(shè)置有阻隔層、鈍化層，在所述柵電極和源電極之間的區(qū)域僅設(shè)置有鈍化層，所述阻隔層用于減少氮化鎵基層中電子陷阱的數(shù)量，并阻止柵電極的電子進(jìn)入電子陷阱。還公開了一種高可靠性氮化鎵基功率器件的制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)的制備方法既能加快刻蝕過程，又能保證刻蝕完后凹槽表面的平整度，對凹槽法的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用提供了更好的選擇。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種高可靠性氮化鎵基功率器件及制備方法
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體的
，尤其涉及一種高可靠性氮化鎵基功率器件及制備方法。
技術(shù)介紹
由于氮化鎵GaN材料具有大禁帶寬度、強(qiáng)擊穿電場、高電子遷移率和高飽和電子漂移速度等優(yōu)越的物理特性，GaN基電子器件比硅基電子器件更適合在高溫、高壓與高頻等極端條件下工作。尤其是基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)形成的GaN基功率器件，憑借其良好的高頻和大功率特性，成為電力電子、無線通信和雷達(dá)等領(lǐng)域的核心器件。但是，盡管GaN基功率器件的性能正不斷取得突破，該器件的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用仍受到各種電學(xué)可靠性問題的限制，其中一個重要的可靠性問題就是電流崩塌，即器件在大電場應(yīng)力或大電流應(yīng)力的情況下，輸出電流減小。電流崩塌的主要原因在于器件中存在電子陷阱，在柵漏電極之間大電場應(yīng)力下，柵電極電子會被AlGaN層/鈍化層界面的電子陷阱俘獲，耗盡AlGaN層/GaN層界面下方的二維電子氣，引起電流減??；同時，器件工作在大電流時，熱電子會溢出二維電子氣溝道，被AlGaN層/鈍化層界面的電子陷阱俘獲，甚至被鈍化層中的電子陷阱俘獲，引起電流減小。由于柵極與漏極中間區(qū)域的電子陷阱對電流崩塌起到主要作用，因此避免電子被此區(qū)域的陷阱俘獲，是改善電流崩塌性能的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在電子陷阱，在柵漏電極之間大電場應(yīng)力下，柵電極電子會被AlGaN層/鈍化層界面的電子陷阱俘獲，耗盡AlGaN層/GaN層界面下方的二維電子氣，引起電流減小的缺陷，提供一種高可靠性氮化鎵基功率器件及制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供如下技術(shù)方案：一種高可靠性氮化鎵基功率器件，自下而上包括襯底和氮化鎵基層，在所述氮化鎵基層的兩端分別設(shè)置有源電極和漏電極，在其中部設(shè)置有柵電極，在所述柵電極和漏電極之間的區(qū)域自下而上還設(shè)置有阻隔層、鈍化層，在所述柵電極和源電極之間的區(qū)域僅設(shè)置有鈍化層，所述阻隔層用于減少氮化鎵基層中電子陷阱的數(shù)量，并阻止柵電極的電子進(jìn)入電子陷阱。進(jìn)一步，處于所述柵電極和漏電極之間的隔離層和鈍化層，所述隔離層的全部區(qū)域或者部分區(qū)域注有氟離子，或者所述鈍化層的全部區(qū)域或者部分區(qū)域注有氟離子，或者所述隔離層和鈍化層的全部區(qū)域或者部分區(qū)域均注有氟離子。進(jìn)一步，所述阻隔層采用AlN材料制成，所述鈍化層采用SiN材料制成。一種高可靠性氮化鎵基功率器件的制備方法，在襯底上外延生長氮化鎵基層，再沉積隔離層，然后對隔離層進(jìn)行刻蝕，僅保留柵電極和漏電極之間區(qū)域的隔離層，最后，制備源電極、漏電極、柵電極及鈍化層，并對柵電極和漏電極之間的區(qū)域進(jìn)行氟離子注入。進(jìn)一步，最后，先在氮化鎵基層的兩端制備源電極、漏電極，再沉積鈍化層，然后，對柵電極和漏電極之間的區(qū)域進(jìn)行氟離子注入，再制備柵電極。進(jìn)一步，包括以下步驟：步驟一、在襯底上依次外延生長GaN層和AlGaN層，再進(jìn)行光刻，然后再刻蝕AlGaN層的邊緣部分，直至GaN層的一部分被刻蝕掉；步驟二、沉積隔離層，然后進(jìn)行光刻和刻蝕，僅保留柵電極和漏電極之間區(qū)域的隔離層；步驟三、在AlGaN層的兩端分別制備源電極和漏電極，然后，沉積鈍化層，并將源電極和漏電極上方的鈍化層去掉；步驟四、向柵電極和漏電極之間區(qū)域的隔離層和鈍化層的全部區(qū)域或者部分區(qū)域注入氟離子，然后進(jìn)行退火處理；步驟五、將柵電極區(qū)域的鈍化層刻蝕掉，再制作柵電極。進(jìn)一步，所述源電極、漏電極和柵電極均利用電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸鍍制成，所述源電極、漏電極均采用Ti/Al/Ni/Au金屬材料制成，所述柵電極采用Ni/Au金屬材料制成。進(jìn)一步，所述襯底采用Si、藍(lán)寶石或者SiC材料制成，所述鈍化層采用Si3N4材料制成。本專利技術(shù)有益的技術(shù)效果在于：首先，利用MOCVD設(shè)備在襯底上生長外延片，并進(jìn)行臺面隔離；其次，柵電極與漏電極之間區(qū)域沉積隔離層即AlN薄膜，再制作源漏歐姆電極并沉積鈍化層；最后，對柵漏電極之間區(qū)域的隔離層和鈍化層區(qū)域進(jìn)行氟離子注入，并制作柵電極，由于AlN薄膜與AlGaN層的匹配度較好，AlGaN/AlN界面的電子陷阱數(shù)量會大為減少；同時，對隔離層及其上方的鈍化層進(jìn)行氟離子注入，由于氟離子具有強(qiáng)的電負(fù)性，能提升所在區(qū)域的能帶，從而能有效阻止電子進(jìn)入陷阱，其電流崩塌效應(yīng)有明顯改善，具有高的電學(xué)可靠性，在電力電子器件領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的總體流程示意圖；圖2為本專利技術(shù)的制備方法的具體圖示示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例詳細(xì)說明本專利技術(shù)的具體實(shí)施方式。本專利技術(shù)提供了一種高可靠性氮化鎵基功率器件，如圖1和2所示，這種芯片在柵電極與漏電極之間區(qū)域的AlGaN層上方覆蓋一層隔離層即AlN薄膜，由于AlN薄膜與AlGaN層的匹配度較好，AlGaN/AlN界面的電子陷阱數(shù)量會大為減少；同時，對隔離層及其上方的鈍化層進(jìn)行氟離子注入，由于氟離子具有強(qiáng)的電負(fù)性，能提升所在區(qū)域的能帶，從而能有效阻止電子進(jìn)入陷阱，具體地，本專利技術(shù)的高可靠性氮化鎵基功率器件自下而上包括襯底和氮化鎵基層，在氮化鎵基層的兩端分別設(shè)置有源電極和漏電極，在其中部設(shè)置有柵電極，在柵電極和漏電極之間的區(qū)域自下而上還設(shè)置有阻隔層、鈍化層，在柵電極和源電極之間的區(qū)域僅設(shè)置有鈍化層，該阻隔層用于減少氮化鎵基層中電子陷阱的數(shù)量，并阻止柵電極的電子進(jìn)入電子陷阱。這種功率器件芯片的電流崩塌效應(yīng)有明顯改善，具有高的電學(xué)可靠性，在電力電子器件領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)實(shí)際需要，對于處于柵電極和漏電極之間的隔離層和鈍化層，可以僅在隔離層的全部區(qū)域或者部分區(qū)域注有氟離子，或者僅在鈍化層的全部區(qū)域或者部分區(qū)域注有氟離子，或者隔離層和鈍化層的全部區(qū)域或者部分區(qū)域均注有氟離子。本專利技術(shù)還提供了一種高可靠性氮化鎵基功率器件的制備方法，在襯底上外延生長氮化鎵基層，再沉積隔離層，然后對隔離層進(jìn)行刻蝕，僅保留柵電極和漏電極之間區(qū)域的隔離層，最后，制備源電極、漏電極、柵電極及鈍化層，并對柵電極和漏電極之間的區(qū)域進(jìn)行氟離子注入，可以先在氮化鎵基層的兩端制備源電極、漏電極，再沉積鈍化層，然后，對柵電極和漏電極之間的區(qū)域進(jìn)行氟離子注入，再制備柵電極，具體包括以下步驟：步驟一、在襯底上依次外延生長GaN層和AlGaN層，可借用MOCVD設(shè)備進(jìn)行外延生長，再進(jìn)行光刻，然后再利用ICP設(shè)備刻蝕AlGaN層的邊緣部分，直至GaN層的一部分被刻蝕掉，以阻斷二維電子氣，其總刻蝕深度大于200nm；該襯底采用Si、藍(lán)寶石或者SiC材料制成。步驟二、沉積隔離層，可利用原子層沉積設(shè)備，在片子表面蒸鍍一層AlN薄膜即隔離層，該AlN薄膜的厚度在5nm左右，然后進(jìn)行光刻和刻蝕，僅保留柵電極和漏電極之間區(qū)域的隔離層，并進(jìn)行退火處理，這樣，該部分AlN層與下方AlGaN層形成的界面缺陷很少，因此，電子陷阱也很少；此時，可選地，利用離子注入機(jī)，向僅存的隔離層的全部區(qū)域或者部分區(qū)域注入氟離子。另外，此步驟中，將本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種高可靠性氮化鎵基功率器件，自下而上包括襯底和氮化鎵基層，在所述氮化鎵基層的兩端分別設(shè)置有源電極和漏電極，在其中部設(shè)置有柵電極，其特征在于：在所述柵電極和漏電極之間的區(qū)域自下而上還設(shè)置有阻隔層、鈍化層，在所述柵電極和源電極之間的區(qū)域僅設(shè)置有鈍化層，所述阻隔層用于減少氮化鎵基層中電子陷阱的數(shù)量，并阻止柵電極的電子進(jìn)入電子陷阱。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種高可靠性氮化鎵基功率器件，自下而上包括襯底和氮化鎵基層，在所述氮化鎵基層的兩端分別設(shè)置有源電極和漏電極，在其中部設(shè)置有柵電極，其特征在于：在所述柵電極和漏電極之間的區(qū)域自下而上還設(shè)置有阻隔層、鈍化層，在所述柵電極和源電極之間的區(qū)域僅設(shè)置有鈍化層，所述阻隔層用于減少氮化鎵基層中電子陷阱的數(shù)量，并阻止柵電極的電子進(jìn)入電子陷阱。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高可靠性氮化鎵基功率器件，其特征在于：處于所述柵電極和漏電極之間的隔離層和鈍化層，所述隔離層的全部區(qū)域或者部分區(qū)域注有氟離子，或者所述鈍化層的全部區(qū)域或者部分區(qū)域注有氟離子，或者所述隔離層和鈍化層的全部區(qū)域或者部分區(qū)域均注有氟離子。


3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高可靠性氮化鎵基功率器件，其特征在于：所述阻隔層采用AlN材料制成，所述鈍化層采用SiN材料制成。


4.一種高可靠性氮化鎵基功率器件的制備方法，其特征在于：在襯底上外延生長氮化鎵基層，再沉積隔離層，然后對隔離層進(jìn)行刻蝕，僅保留柵電極和漏電極之間區(qū)域的隔離層，最后，制備源電極、漏電極、柵電極及鈍化層，并對柵電極和漏電極之間的區(qū)域進(jìn)行氟離子注入。


5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高可靠性氮化鎵基功率器件的制備方法，其特征在于：最后，先在氮化鎵...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郝惠蓮，
申請(專利權(quán))人：上海工程技術(shù)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31