CN111883578A - 氮化物功率器件及其制备方法 - Google Patents
氮化物功率器件及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111883578A CN111883578A CN202010786618.0A CN202010786618A CN111883578A CN 111883578 A CN111883578 A CN 111883578A CN 202010786618 A CN202010786618 A CN 202010786618A CN 111883578 A CN111883578 A CN 111883578A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- ion implantation
- type nitride
- power device
- nitride layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 title claims abstract description 131
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 6
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract description 82
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 44
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 37
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 10
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 9
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 6
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 abstract description 17
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 8
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 15
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 6
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000002248 hydride vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 4
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004166 TaN Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 1
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- -1 fluorine ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
- H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
- H01L29/66446—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET]
- H01L29/66462—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with a heterojunction interface channel or gate, e.g. HFET, HIGFET, SISFET, HJFET, HEMT
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/778—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface
- H01L29/7786—Field effect transistors with two-dimensional charge carrier gas channel, e.g. HEMT ; with two-dimensional charge-carrier layer formed at a heterojunction interface with direct single heterostructure, i.e. with wide bandgap layer formed on top of active layer, e.g. direct single heterostructure MIS-like HEMT
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
本发明提供一种氮化物功率器件及其制备方法，属于半导体技术领域。氮化物功率器件，包括：衬底，以及依次形成于衬底上的沟道层和势垒层，势垒层上局部形成有P型氮化物层，P型氮化物层上设有栅极，势垒层上设有源极和漏极，源极和漏极分别位于P型氮化物层的相对两侧，且分别与P型氮化物层间隔设置，沟道层内形成有离子注入区，且离子注入区位于P型氮化物层与漏极之间的间隔区域在沟道层上的正投影内，离子注入区内注入有负离子。本发明的目的在于提供一种氮化物功率器件及其制备方法，该氮化物功率器件具有较高击穿电压的同时，能够避免引入表面缺陷以及引入寄生电容，从而具有良好的动态特性和功率增益。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种氮化物功率器件及其制备方法。
背景技术
高电子迁移率晶体管(High-Electron-Mobility Transistors，HEMT)具有二维电子气(2DEG)密度高，电子迁移率高和击穿电场强度高等特点，适合作为下一代高频高压功率开关。在硅基氮化物高电子迁移率晶体管(HEMT)用作功率开关时，其击穿电压(BV)是一个关键参数。
由于PN结或肖特基结在终端处的最大电场大于体内电场，这个峰值电场强度决定了器件的击穿电压，因此，提高器件的击穿电压主要是从降低结终端位置的电场强度入手。目前主要通过结终端技术调节器件沟道特别是栅极漏侧边缘的电场分布，降低该处电场峰值，提高器件的击穿电压。最常用的终端技术为金属场板技术。根据场板与栅极或源极相连，可分为栅场板和源场板。以栅场板技术为例，栅场板通过扩展栅极漏侧边缘的耗尽区从而降低栅极漏侧边缘的峰值电场。但是这种方法会在栅漏之间引入寄生电容，寄生电容的存在会对器件的功率增益存在不良影响。另一种终端技术是通过选择性刻蚀源极和漏极之间的势垒层，在栅极和漏极之间形成沟槽，减小非栅区域的二维电子气浓度，使耗尽区横向扩展，调节器件栅极漏侧边缘的电场分布，降低该区域峰值电场强度，从而提高器件击穿电压。这种方式虽然能够避免引入寄生电容，但刻蚀沟槽会在刻蚀表面处引入大量缺陷，使器件动态特性变差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮化物功率器件及其制备方法，该氮化物功率器件具有较高击穿电压的同时，能够避免引入表面缺陷以及引入寄生电容，从而具有良好的动态特性和功率增益。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明实施例的一方面，提供一种氮化物功率器件，包括：衬底，以及依次形成于衬底上的沟道层和势垒层，势垒层上局部形成有P型氮化物层，P型氮化物层上设有栅极，势垒层上设有源极和漏极，源极和漏极分别位于P型氮化物层的相对两侧，且分别与P型氮化物层间隔设置，沟道层内形成有离子注入区，且离子注入区位于P型氮化物层与漏极之间的间隔区域在沟道层上的正投影内，离子注入区内注入有负离子。
可选地，离子注入区的长度满足以下关系：
0＜L≤Lgd/2，其中，L为离子注入区的长度，Lgd为P型氮化物层与漏极之间的间隔距离。
可选地，离子注入区还位于P型氮化物层在沟道层上的正投影内。
可选地，离子注入区的长度满足以下关系：
0＜L≤Lgd/2+Lg，其中，L为离子注入区的长度，Lgd为P型氮化物层与漏极之间的间隔距离，Lg为P型氮化物层的宽度。
可选地，所述离子注入区的厚度满足以下关系：
0<T<T0-T1；0＜T1＜T0，其中，T为所述离子注入区的厚度，T0为所述沟道层的厚度，T1为所述离子注入区的顶部与所述沟道层的顶部间的距离。
可选地，负离子为含氟离子。
本发明实施例的另一方面，提供一种氮化物功率器件的制备方法，包括：
在衬底上依序形成沟道层、势垒层以及P型氮化物层；
在P型氮化物层上设置栅极，并在势垒层上分别设置源极和漏极；其中，源极和漏极分别位于P型氮化物层的相对两侧，且分别与P型氮化物层间隔设置；
在离子注入区进行负离子注入；其中，离子注入区位于栅极漏侧下方的沟道层内；
退火以激活注入的负离子。
可选地，负离子注入采用的等离子气体为含氟元素的气体。
可选地，负离子注入的剂量为1015～1019/cm3。
可选地，退火以激活注入的负离子的退火温度为300至1300℃，退火时间为30s至10min。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种氮化物功率器件，包括衬底，以及依次形成于衬底上的沟道层和势垒层。其中，势垒层上还局部形成有P型氮化物层，在P型氮化物层上设置有栅极，势垒层上设置有源极和漏极，并且，源极和漏极分别位于P型氮化物层的相对两侧，与P型氮化物层间隔设置。在沟道层内形成有离子注入区，并且该离子注入区位于P型氮化物层与漏极之间的间隔区域在沟道层上的正投影内，离子注入区内注入有负离子。通过在P型氮化物层与漏极之间的间隔区域下方的沟道层内进行负离子注入，栅极的漏侧边缘区域下方异质结沟道区域内二维电子气浓度减小，处于耗尽状态，使沟道耗尽区横向扩展，从而增加整体耗尽区宽度，降低器件栅极漏侧边缘处的峰值电场，提高器件的击穿电压。该氮化物功率器件通过负离子注入的形式提高器件的击穿电压，能够避免引入表面缺陷以及引入寄生电容，从而具有良好的动态特性和功率增益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的氮化物功率器件的结构示意图之一；
图2为本发明实施例提供的氮化物功率器件的结构示意图之二；
图3为本发明实施例提供的氮化物功率器件的制备方法的流程示意图之一；
图4为本发明实施例提供的氮化物功率器件的制备方法的流程示意图之二。
图标：110-衬底；120-沟道层；130-势垒层；140-P型氮化物层；150-栅极；160-源极；170-漏极；180-离子注入区；190-介质层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种氮化物功率器件，如图1和图2所示，包括：衬底110，以及依次形成于衬底110上的沟道层120和势垒层130，势垒层130上局部形成有P型氮化物层140，P型氮化物层140上设有栅极150，势垒层130上设有源极160和漏极170，源极160和漏极170分别位于P型氮化物层140的相对两侧，且分别与P型氮化物层140间隔设置，沟道层120内形成有离子注入区180，且离子注入区180位于P型氮化物层140与漏极170之间的间隔区域在沟道层120上的正投影内，离子注入区180内注入有负离子。
可选地，在实际应用中，离子注入区180内注入的负离子，可以是氟离子或其他含氟离子等，当然，本领域技术人员也可以根据实际工艺需求注入其他负离子，此处不做限制。
示例地，负离子注入的剂量可以为1015～1019/cm3。例如，1015/cm3、1016/cm3、1017/cm3、1018/cm3、1019/cm3等。当然，在本发明其他实施例中，负离子注入的剂量还可以是其他具体数值，此处不做限制。
在实际应用中，位于栅极150漏侧下方沟道层120内的离子注入区180的具体位置本领域技术人员可以根据实际需求和工艺要求进行设置。
示例地，如图1所示，离子注入区180位于P型氮化物层140与漏极170之间的间隔区域在沟道层120上的正投影内。
通过将离子注入区180设置于P型氮化物层140和漏极170之间的间隔区域下方的沟道层120内，能够使离子注入区180内注入的负离子更好的提高肖特基栅的有效势垒高度，从而耗尽栅极150漏侧边缘下方的沟道内的二维电子气，提高器件击穿电压。其中，离子注入区180通常靠近于栅极150一侧。
在该氮化物功率器件中，沟道层120和势垒层130之间能够形成异质结沟道，使得两者的接触界面处能够形成二维电子气。示例地，沟道层120可以为氮化镓材料而势垒层130为铝镓氮材料。当然，在本发明实施例中，构成异质结结构的沟道层120和势垒层130还可以分别为氮化镓材料和铟镓氮材料等，此处对于沟道层120和势垒层130的具体材料不做限制，只要能够构成异质结结构即可。
通常，该氮化物功率器件中的P型氮化物可以采用具有P型掺杂的氮化镓材料，当然，还可以采用具有P型掺杂的铝镓氮材料等其他III族氮化物材料，此处不做限制，只要能够作为栅下P型盖帽层，以使该器件作为增强型器件即可。其中，P型掺杂的杂质可以采用镁元素，当然，在实际应用中，P型杂质还可以是锌、铍、钙、钡等元素，此处不做具体限制。
该氮化物功率器件中，由于缺乏良好的同质衬底110，衬底110通常可以采用蓝宝石、碳化硅、硅等异质衬底110。因此，在实际应用中，为了使沟道层120能够更好的外延生长于衬底110上，可以在衬底110和沟道层120之间先形成缓冲层，以减轻沟道层120和衬底110之间的晶格失配和热失配。当然，本发明实施例对于该氮化物功率器件中缓冲层的具体实现形式或设置形式不做限制，本领域技术人员可以根据实际需求进行设置，例如，还可以通过设置较厚的沟道层120以使沟道层120靠近于衬底110的部分能够起到缓冲层的作用，使沟道层120远离衬底110的部分具有较好的结晶质量以与势垒层130形成良好的异质结结构。
本发明实施例提供的氮化物功率器件，包括衬底110，以及依次形成于衬底110上的沟道层120和势垒层130。其中，势垒层130上还局部形成有P型氮化物层140，在P型氮化物层140设置有栅极150，势垒层130上设置有源极160和漏极170，并且，源极160和漏极170分别位于P型氮化物层140的相对两侧，与P型氮化物层140间隔设置。在沟道层120内形成有离子注入区180，并且该离子注入区180位于P型氮化物层140与漏极170之间的间隔区域在沟道层120上的正投影内，离子注入区180内注入有负离子。通过在P型氮化物层140与漏极170之间的间隔区域下方的沟道层120内进行负离子注入，能够使栅极150的漏侧边缘区域下方异质结沟道区域内二维电子气浓度减小，处于耗尽状态，使沟道耗尽区横向扩展，从而增加整体耗尽区宽度，降低器件栅极150漏侧边缘处的峰值电场，提高器件的击穿电压。该氮化物功率器件通过负离子注入的形式提高器件的击穿电压，能够避免引入表面缺陷以及引入寄生电容，从而具有良好的动态特性和功率增益。
可选地，上述离子注入区180的长度可以满足以下关系：
0＜L≤Lgd/2，其中，如图1所示，L为离子注入区180的长度，Lgd为P型氮化物层140与漏极170之间的间隔距离。
其中，离子注入区180的长度是沿P型氮化物层140和漏极170之间的间隔距离延伸方向上的长度值。即离子注入区180的长度方向与P型氮化物层140和漏极170之间的间隔距离的测量方向一致。
通过将离子注入区180的长度设置为上述范围，能够使离子注入区180内注入的负离子可以更好的减小位于栅极150漏侧下方的二维电子气浓度，降低栅极150漏侧边缘处的峰值电场。
示例地，如图2所示，离子注入区180还可以同时位于P型氮化物层140在沟道层120上的正投影内。
通过将离子注入区180同时设置于P型氮化物层140和漏极170之间的间隔区域下方的沟道层120内，以及栅极150下方的沟道层120内，能够使离子注入区180内注入的负离子降低栅极150漏侧边缘的峰值电场的同时，增强耗尽栅极150区域下方的沟道区内的二维电子气，提高器件击穿电压。
可选地，上述离子注入区180的长度可以满足以下关系：
0＜L≤Lgd/2+Lg，其中，如图2所示，L为离子注入区180的长度，Lgd为P型氮化物层140与漏极170之间的间隔距离，Lg为P型氮化物层140的宽度。
其中，离子注入区180的长度以及P型氮化物层140的长度，分别是沿P型氮化物层140和漏极170之间的间隔距离延伸方向上的长度值。即离子注入区180的长度方向以及P型氮化物层140的宽度方向与P型氮化物层140和漏极170之间的间隔距离的测量方向一致。
通过将离子注入区180的长度设置为上述范围，能够使离子注入区180内注入的负离子可以在对栅极150漏侧边缘下方的二维电子气进行耗尽的同时，增强栅极150区域下方的二维电子气耗尽，进一步提高器件的击穿电压，提高器件的功率增益。
可选地，上述离子注入区180的厚度可以满足以下关系：
0<T<T0-T1；0＜T1＜T0，其中，T为离子注入区180的厚度，T0为沟道层120的厚度，T1为离子注入区180的顶部与沟道层120的顶部间的距离。
通过设置离子注入区180的顶部与沟道层120的顶部间具有一定的距离(T1)，能够避免离子注入区180内注入的负离子溢出或渗透进入到二维电子气沟道内而影响异质结的正常特性。
可选地，如图1和图2所示，势垒层130上还形成有介质层190，介质层190位于源极160以及漏极170分别与P型氮化物层140之间的间隔区域内。
通过在势垒层130上形成介质层190，能够利用介质层190防止沟道层120和势垒层130之间的应力释放，从而起到稳定势垒层130表面的作用。除此之外，介质层190还能对势垒层130进行表面钝化，减小器件动态导通电阻，提高器件的动态特性。
通常介质层190可以采用氮化硅等材料，当然，本领域技术人员还可以采用其他材料作为介质层190，此处不做限制，只要能够起到稳定钝化的效果即可。
本发明实施例的另一方面，提供一种氮化物功率器件的制备方法，该方法中所涉及的衬底110、沟道层120、势垒层130、P型氮化物层140、源极160、漏极170以及栅极150等结构的具体实施和设置均与前述的氮化物功率器件相同或相似，此处不再赘述。以下，将对该方法进行说明。
如图3所示，该氮化物功率器件的制备方法可以包括：
S201：在衬底110上依序形成沟道层120、势垒层130以及P型氮化物层140。
S202：在P型氮化物层140上设置栅极150，并在势垒层130上分别设置源极160和漏极170。
其中，源极160和漏极170分别位于P型氮化物层140的相对两侧，且分别与P型氮化物层140间隔设置。
S203：在离子注入区180进行负离子注入。
其中，离子注入区180位于栅极150漏侧下方的沟道层120内。
S204：退火以激活注入的负离子。
在该方法中，衬底110上形成沟道层120、势垒层130以及P型氮化物层140，可以采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)和化学气相沉积(CVD)等外延生长工艺实现。
其中，由于P型氮化物层140与栅极150在势垒层130上的正投影重合，因此，可以在外延生长整层P型氮化物层140之后，对P型氮化物层140进行刻蚀，以实现使P型氮化物层140仅位于栅极150区域内。
对于P型氮化物层140的刻蚀，可以采用干法刻蚀和/或湿法刻蚀的工艺实现。例如，采用等离子刻蚀机通过感应耦合等离子体刻蚀法(Inductively Coupled Plasma，简称ICP)选择性刻蚀P型氮化物层140，等离子体可以配置为反应性等离子体(RIE)、顺流等离子体(downstream)、直接等离子体(direction plasma)等。
在该方法中，形成源极160和漏极170可以采用电子束蒸发工艺在源极160和漏极170区域蒸发欧姆接触金属的方式实现。除此之外，也可以采用溅射工艺在源极160和漏极170区域溅射欧姆接触金属。欧姆接触金属包括但不限于Ti，Ta，Al，Ni，Au，TiN，TaN等金属及其合金。
示例地，离子注入区180可以位于P型氮化物层140与漏极170之间的间隔区域在沟道层120上的正投影内，还可以同时位于P型氮化物层140及其与漏极170之间的间隔区域在沟道层120上的正投影内。
在离子注入区180进行负离子注入，示例地，可以利用光刻技术将定义的离子注入区180进行覆盖，并根据离子注入区180的具体尺寸设计进行图案化，然后通过光刻胶作为负离子注入的掩膜进行离子注入。
示例地，负离子注入所采用的等离子气体可以是含氟元素的气体，例如CF4，SF6，CHF3等，此处不做限制。
并且，相应地，负离子注入的剂量可以为1015～1019/cm3。
需要说明的是，本领域技术人员应当知晓，为了能够使沟道层120可以更好的在衬底110上外延生长，在形成沟道层120之前还可以先在衬底110上形成缓冲层，以减小形成沟道层120时的晶格失配和热失配。
本发明实施例提供的氮化物功率器件的制备方法，可以在衬底110上依序形成沟道层120、势垒层130以及P型氮化物层140，在P型氮化物层140上设置栅极150，并在势垒层130上分别设置源极160和漏极170。其中，P型氮化物层140与栅极150在势垒层130势垒层130上的正投影重合，源极160和漏极170分别位于P型氮化物层140的相对两侧，且分别与P型氮化物层140间隔设置。以及在离子注入区180进行负离子注入；其中，离子注入区180位于栅极150漏侧下方的沟道层120内，然后退火以激活注入的负离子，从而制备形成氮化物功率器件。通过在沟道层120内进行负离子注入，能够使栅极150的漏侧边缘区域下方异质结沟道区域内二维电子气浓度减小，处于耗尽状态，使沟道耗尽区横向扩展，从而增加整体耗尽区宽度，降低器件栅极150漏侧边缘处的峰值电场，提高器件的击穿电压。该氮化物功率器件通过负离子注入的形式提高器件的击穿电压，能够避免引入表面缺陷以及引入寄生电容，从而具有良好的动态特性和功率增益。
可选地，在P型氮化物层140上设置栅极150，并在势垒层130上分别设置源极160和漏极170之后，如图4所示，该方法还包括：
S301：在势垒层130上形成介质层190并通过离子注入工艺或台面刻蚀工艺定义有源区。
其中，介质层190位于源极160以及漏极170分别与P型氮化物层140之间的间隔区域内。
其中，介质层190同样可以采用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、金属氧化物化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、氢化物气相外延(HVPE)和化学气相沉积(CVD)等外延生长工艺实现，并通过干法刻蚀或湿法刻蚀的方式定义出有源区图案。
可选地，退火以激活注入的负离子的退火温度为300至1300℃，退火时间为30s至10min。
示例地，退火温度为300℃、500℃、800℃、1000℃、1300℃等，退火时间为30S、1min、5min以及10min等。
通过将退火温度以及退火时间设置为上述数值，能够实现快速热退火，激活注入的负离子的同时，还能够修复晶格损伤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氮化物功率器件，其特征在于，包括：衬底，以及依次形成于所述衬底上的沟道层和势垒层，所述势垒层上局部形成有P型氮化物层，所述P型氮化物层上设有栅极，所述势垒层上设有源极和漏极，所述源极和所述漏极分别位于所述P型氮化物层的相对两侧，且分别与所述P型氮化物层间隔设置，所述沟道层内形成有离子注入区，且所述离子注入区位于所述P型氮化物层与所述漏极之间的间隔区域在所述沟道层上的正投影内，所述离子注入区内注入有负离子。
2.如权利要求1所述的氮化物功率器件，其特征在于，所述离子注入区的长度满足以下关系：
0＜L≤Lgd/2，其中，L为所述离子注入区的长度，Lgd为所述P型氮化物层与所述漏极之间的间隔距离。
3.如权利要求1所述的氮化物功率器件，其特征在于，所述离子注入区还位于所述P型氮化物层在所述沟道层上的正投影内。
4.如权利要求3所述的氮化物功率器件，其特征在于，所述离子注入区的长度满足以下关系：
0＜L≤Lgd/2+Lg，其中，L为所述离子注入区的长度，Lgd为所述P型氮化物层与所述漏极之间的间隔距离，Lg为所述P型氮化物层的宽度。
5.如权利要求1至4任一项所述的氮化物功率器件，其特征在于，所述离子注入区的厚度满足以下关系：
0<T<T0-T1；0＜T1＜T0，其中，T为所述离子注入区的厚度，T0为所述沟道层的厚度，T1为所述离子注入区的顶部与所述沟道层的顶部间的距离。
6.如权利要求1至4任一项所述的氮化物功率器件，其特征在于，所述负离子为含氟离子。
7.一种氮化物功率器件的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底上依序形成沟道层、势垒层以及P型氮化物层；
在所述P型氮化物层上设置栅极，并在所述势垒层上分别设置源极和漏极；其中，所述源极和所述漏极分别位于所述P型氮化物层的相对两侧，且分别与所述P型氮化物层间隔设置；
在离子注入区进行负离子注入；其中，所述离子注入区位于所述栅极漏侧下方的沟道层内；
退火以激活注入的负离子。
8.如权利要求7所述的氮化物功率器件的制备方法，其特征在于，负离子注入采用的等离子气体为含氟元素的气体。
9.如权利要求8所述的氮化物功率器件的制备方法，其特征在于，所述负离子注入的剂量为1015～1019/cm3。
10.如权利要求8或9所述的氮化物功率器件的制备方法，其特征在于，所述退火以激活注入的负离子的退火温度为300至1300℃，退火时间为30s至10min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010786618.0A CN111883578A (zh) | 2020-08-07 | 2020-08-07 | 氮化物功率器件及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010786618.0A CN111883578A (zh) | 2020-08-07 | 2020-08-07 | 氮化物功率器件及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111883578A true CN111883578A (zh) | 2020-11-03 |
Family
ID=73211001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010786618.0A Pending CN111883578A (zh) | 2020-08-07 | 2020-08-07 | 氮化物功率器件及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111883578A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008172055A (ja) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Sharp Corp | 窒化物半導体装置及びそれを用いた電力変換装置 |
| CN103077891A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-05-01 | 桂林电子科技大学 | 基于超级结的氮化镓hemt器件及制备方法 |
| CN104538440A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-22 | 电子科技大学 | 一种缓冲层荷电resurf hemt器件 |
| CN110518068A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-29 | 重庆邮电大学 | 一种具有p-GaN栅结构的常关型InAlN/GaN HMET器件及其制备方法 |
-
2020
- 2020-08-07 CN CN202010786618.0A patent/CN111883578A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008172055A (ja) * | 2007-01-12 | 2008-07-24 | Sharp Corp | 窒化物半導体装置及びそれを用いた電力変換装置 |
| CN103077891A (zh) * | 2013-01-21 | 2013-05-01 | 桂林电子科技大学 | 基于超级结的氮化镓hemt器件及制备方法 |
| CN104538440A (zh) * | 2014-12-29 | 2015-04-22 | 电子科技大学 | 一种缓冲层荷电resurf hemt器件 |
| CN110518068A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-29 | 重庆邮电大学 | 一种具有p-GaN栅结构的常关型InAlN/GaN HMET器件及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11699748B2 (en) | Normally-off HEMT transistor with selective generation of 2DEG channel, and manufacturing method thereof | |
| US10756207B2 (en) | Lateral III-nitride devices including a vertical gate module | |
| US9711633B2 (en) | Methods of forming group III-nitride semiconductor devices including implanting ions directly into source and drain regions and annealing to activate the implanted ions | |
| US20200111876A1 (en) | Algan/gan heterojunction hemt device compatible with si-cmos process and manufacturing method therefor | |
| EP1798762B1 (en) | Method of forming semiconductor devices including implanted regions and protective layers | |
| TWI433240B (zh) | 具有自我對準耐高溫接點之半導體元件及其製造方法 | |
| US9184258B2 (en) | GaN based semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| WO2016141762A1 (zh) | Iii族氮化物增强型hemt及其制备方法 | |
| CN103503152A (zh) | 用于半导体器件的电极配置 | |
| CN113380623A (zh) | 通过p型钝化实现增强型HEMT的方法 | |
| JP5126733B2 (ja) | 電界効果トランジスタ及びその製造方法 | |
| EP2084733A2 (en) | Methods of fabricating semiconductor devices including implanted regions for providing low-resistance contact to buried layers and related devices | |
| CN110429127B (zh) | 一种氮化镓晶体管结构及其制备方法 | |
| CN106876256B (zh) | SiC双槽UMOSFET器件及其制备方法 | |
| CN111384171B (zh) | 高沟道迁移率垂直型umosfet器件及其制备方法 | |
| US20090039421A1 (en) | Nitride semiconductor device and method for producing nitride semiconductor device | |
| CN104701359A (zh) | 垂直结构AlGaN/GaN HEMT器件及其制作方法 | |
| CN109950323B (zh) | 极化超结的ⅲ族氮化物二极管器件及其制作方法 | |
| CN112018176A (zh) | 一种半导体器件及其制造方法 | |
| KR102404522B1 (ko) | 반도체 소자 제조방법 | |
| CN107154426A (zh) | 一种提高硅基GaN HEMT关态击穿电压的器件结构及实现方法 | |
| JP2016521460A (ja) | ヘテロ接合トランジスタに通常は妨げられる注入領域を形成する方法 | |
| JP2014099523A (ja) | ヘテロ接合電界効果型トランジスタおよびその製造方法 | |
| CN111883578A (zh) | 氮化物功率器件及其制备方法 | |
| CN112420827A (zh) | N面GaN HEMT器件及其制作方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201103 |