CN109817523B - 电荷平衡结构、具有电荷平衡结构的功率器件及制作方法 - Google Patents

电荷平衡结构、具有电荷平衡结构的功率器件及制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了电荷平衡结构、具有电荷平衡结构的功率器件及制作方法，通过扩散形成P型外延层和N型外延层的混合结构，使得P型外延层和N型外延层相互耗尽，形成电荷平衡的结构，使得P型外延层无法耗尽沟道内的二维电子气，只有栅极区域的P型外延层能够耗尽沟道内的二维电子气。由于不使用刻蚀工艺就可以形成栅极图形，表面缺陷较少。同时，由于在炉内原位生长，可以大大减少脏污，因此可以获得优良的介质特性。本发明还提供了具有电荷平衡结构的功率器件。

Description

电荷平衡结构、具有电荷平衡结构的功率器件及制作方法
技术领域
本发明涉及一种半导体器件，尤其涉及一种功率器件的制作方法。
背景技术
现有的氮化镓增强型HEMT器件主要通过凹栅结构、PGaN栅结构和氟离子注入等方式形成，其中只有PGaN栅结构目前实现了商业化。目前PGaN结构采用刻蚀工艺形成栅极图形，而该方法对刻蚀的深度难以控制，重复性差。且刻蚀容易对界面形成损伤，产生较多的界面态，导致表面俘获效应和界面漏电严重。而采用常规钝化介质由于表面缺陷和脏污造成表面界面态密度大，进一步加剧表面俘获效应和界面漏电。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是提供一种电荷平衡结构、具有电荷平衡结构的功率器件的制作方法，解决传统刻蚀工艺损伤带来的界面态密度增大的问题。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种电荷平衡结构的制作方法，包括如下步骤：
1)在生长好的P型外延层上形成扩散阻挡层，并图形化扩散阻挡层；
2)进行N型杂质扩散处理，使得阻挡层外的外延层形成P型外延层和N型外延层的混合结构；而位于扩散阻挡层下方的外延层始终为P型外延层；所述P型外延层和N型外延层的混合结构相互耗尽形成电荷平衡结构。
在一较佳实施例中：通过调整N型杂质扩散的时间，调整扩散出的N型外延层的结深来调控电荷平衡的程度。
在一较佳实施例中：所述P型外延层为GaN外延层或者AlGaN外延层。
本发明还提供了一种具有电荷平衡结构的功率器件的制作方法，包括如下步骤：
1)在生长好的P型外延层上形成扩散阻挡层，并图形化扩散阻挡层；
2)进行N型杂质扩散处理，使得阻挡层外的外延层形成P型外延层和N型外延层的混合结构；而位于扩散阻挡层下方的外延层始终为P型外延层；
3)原位生长钝化介质，形成一覆盖所述P型外延层和N型外延层的混合结构、以及扩散阻挡层的钝化层；
4)通过离子注入工艺完成器件隔离；
5)在所述钝化层形成金属电极图形，对所述图形进行刻蚀及金属蒸镀形成漏极金属电极和源极金属电极；
6)对位于扩散阻挡层上方的钝化层进行蚀刻，当扩散阻挡层为介质时，通过湿法刻蚀去除后对P型外延层进行金属蒸镀形成栅极金属电极；当扩散阻挡层为金属时，扩散阻挡层直接作为栅极金属电极。
在一较佳实施例中：通过调整N型杂质扩散的时间，调整扩散出的N型外延层的结深来调控电荷平衡的程度。
在一较佳实施例中：所述P型外延层为GaN外延层或者AlGaN外延层。
本发明还提供了一种具有电荷平衡结构的功率器件，包括由下至上依次层叠设置的衬底、缓冲层、GaN/AlGaN层、势垒层；
所述势垒层的上表面设置有栅极金属电极、源极金属电极、漏极金属电极和电荷平衡结构；所述电荷平衡结构P型外延层和N型外延层的混合结构，其为P型外延层上经过N型杂质扩散处理而成。
本发明还提供了一种具有电荷平衡结构的功率器件的制作方法，通过扩散形成P型外延层和N型外延层的混合结构，使得P型外延层和N型外延层相互耗尽，形成电荷平衡的结构，使得P型外延层无法耗尽沟道内的二维电子气，只有栅极区域的P型外延层能够耗尽沟道内的二维电子气。由于不使用刻蚀工艺就可以形成栅极图形，表面缺陷较少。同时，由于在炉内原位生长，可以大大减少脏污，因此可以获得优良的介质特性。
附图说明
图1-4为本发明优选实施例中具有电荷平衡结构的功率器件的制作流程图。
具体实施方式
下文结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步说明。
参考图1-4，一种具有电荷平衡结构的功率器件的制作方法，包括如下步骤：
1)在Si衬底101的上表面依次生长缓冲层102、GaN层103和势垒层104；
2)在势垒层104的上表面生长P型GaN外延层106；
3)在生长好的P型GaN外延层上形成扩散阻挡层109，并图形化扩散阻挡层；所述扩散阻挡层109的材质包括但不限于氧化硅、氧化铝、金属。
4)进行N型杂质扩散处理，使得阻挡层外的外延层形成P型GaN外延层106和N型GaN外延层107的混合结构；而位于扩散阻挡层下方的外延层始终为P型GaN外延层，就形成了PGaN栅极108；
5)炉内原位生长钝化介质，形成一覆盖所述P型GaN外延层106和N型GaN外延层107的混合结构、以及扩散阻挡层109的钝化层111；
6)通过离子注入工艺完成器件隔离；
7)在所述钝化层111形成欧姆金属电极图形，对所述图形进行刻蚀及金属蒸镀形成漏极金属电极110和源极金属电极105；
8)对位于扩散阻挡层上方的钝化层111进行蚀刻，当扩散阻挡层111为介质时，通过湿法刻蚀去除后对PGaN栅极108进行金属蒸镀形成栅极金属电极；当扩散阻挡层为金属时，扩散阻挡层111直接作为栅极金属电极。
扩散形成P型GaN外延层106和N型GaN外延层107的混合结构，P型GaN外延层106和N型GaN外延层107相互耗尽，形成电荷平衡的结构，使得P型GaN外延层106无法耗尽沟道内的二维电子气。只有PGaN栅极108能够耗尽沟道内的二维电子气。电荷平衡的程度可通过扩散时间控制N型GaN外延层107的结深来进行调控，以达到最优化。
由于不使用刻蚀工艺形成PGaN栅极图形，表面缺陷较少。同时，由于在炉内原位生长钝化介质，可以大大减少脏污，因此可以获得优良的介质特性。
作为本实施例的简单替换，所述P型外延层的材料还可以为AlGaN外延层。
依照上述方法制作的一种具有电荷平衡结构的功率器件，包括由下至上依次层叠设置的衬底、缓冲层、GaN/AlGaN层、势垒层；
所述势垒层的上表面设置有栅极金属电极、源极金属电极、漏极金属电极和电荷平衡结构；所述电荷平衡结构P型外延层和N型外延层的混合结构，其为P型外延层上经过N型杂质扩散处理而成。
以上仅为本发明的优选实施例，但本发明的范围不限于此，本领域的技术人员可以容易地想到本发明所公开的变化或技术范围。替代方案旨在涵盖在本发明的范围内。因此，本发明的保护范围应由权利要求的范围确定。

Claims (7)

1.一种电荷平衡结构的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
1）在生长好的P型外延层上形成扩散阻挡层，并图形化扩散阻挡层；
2）进行N型杂质扩散处理，使得阻挡层外的外延层形成P型外延层和N型外延层的混合结构；而位于扩散阻挡层下方的外延层始终为P型外延层；所述P型外延层和N型外延层的混合结构相互耗尽形成电荷平衡结构，使得P型GaN外延层无法耗尽沟道内的二维电子气，只有PGaN栅极能够耗尽沟道内的二维电子气。
2.根据权利要求1所述的一种电荷平衡结构的制作方法，其特征在于：通过调整N型杂质扩散的时间，调整扩散出的N型外延层的结深来调控电荷平衡的程度。
3.根据权利要求2所述的一种电荷平衡结构的制作方法，其特征在于：所述P型外延层为GaN外延层或者AlGaN外延层。
4.一种具有电荷平衡结构的功率器件的制作方法，其特征在于包括如下步骤：
1）在生长好的P型外延层上形成扩散阻挡层，并图形化扩散阻挡层；
2）进行N型杂质扩散处理，使得阻挡层外的外延层形成P型外延层和N型外延层的混合结构；而位于扩散阻挡层下方的外延层始终为P型外延层；所述P型外延层和N型外延层的混合结构相互耗尽形成电荷平衡结构，使得P型GaN外延层无法耗尽沟道内的二维电子气，只有PGaN栅极能够耗尽沟道内的二维电子气；
3）原位生长钝化介质，形成一覆盖所述P型外延层和N型外延层的混合结构、以及扩散阻挡层的钝化层；
4）通过离子注入工艺完成器件隔离；
5）在所述钝化层形成金属电极图形，对所述图形进行刻蚀及金属蒸镀形成漏极金属电极和源极金属电极；
6）对位于扩散阻挡层上方的钝化层进行蚀刻，当扩散阻挡层为介质时，通过湿法刻蚀去除后对P型外延层进行金属蒸镀形成栅极金属电极；当扩散阻挡层为金属时，扩散阻挡层直接作为栅极金属电极。
5.根据权利要求4所述的一种具有电荷平衡结构的功率器件的制作方法，其特征在于：通过调整N型杂质扩散的时间，调整扩散出的N型外延层的结深来调控电荷平衡的程度。
6.根据权利要求5所述的一种具有电荷平衡结构的功率器件的制作方法，其特征在于：所述P型外延层为GaN外延层或者AlGaN外延层。
7.一种具有电荷平衡结构的功率器件，其特征在于包括由下至上依次层叠设置的衬底、缓冲层、GaN/AlGaN层、势垒层；
所述势垒层的上表面设置有栅极金属电极、源极金属电极、漏极金属电极和电荷平衡结构；所述电荷平衡结构是P型外延层和N型外延层的混合结构，其为P型外延层上经过N型杂质扩散处理而成，使得P型GaN外延层无法耗尽沟道内的二维电子气，只有PGaN栅极能够耗尽沟道内的二维电子气。
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