CN117012834A - 一种高效散热氧化镓ldmosfet器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件及其制备方法，涉及半导体功率器件技术领域，该器件包括金刚石绝缘层、p型轻掺杂氧化镓漂移区、N+源区、N‑沟道区、源极金属层、高K栅极绝缘层、栅极金属以及漏极金属层。该高效散热氧化镓LDMOSFET器件及其制备方法，通过采用半绝缘或高纯净金刚石，具备很高的热导率，可以增强器件散热能力，同时漏电能抑制衬底漏电，提高器件高温特性；N‑沟道区的上方覆盖半绝缘或高纯净金刚石绝缘层，可以将器件沟道中的热很快传导出去；采用高K介质二氧化铪，能增加栅极绝缘介质的厚度，减少栅极漏电，同时提高栅极的耐压能力，提高器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体为一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件及其制备方法。
背景技术
氧化镓作为超宽禁带半导体的典型代表，其由于卓越的击穿场强、禁带宽度、电子饱和迁移率，对未来功率器件的发展有明显的优势。在这样的背景下，开发基于氧化镓的MOSFET对于超宽禁带半导体功率器件发展具备很深远的意义。
现有技术中，虽然氧化镓具备禁带宽度大、电子饱和迁移率高、击穿场强高、介电常数大等优势，但是其热导率较低，功率器件在大电流应用时存在散热问题。
为了增加氧化镓器件的上部和下部散热能力，提高氧化镓器件的高温工作能力和散热能力，我们提出了一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件及其制备方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件，包括金刚石绝缘层，所述金刚石绝缘层作为衬底位于该器件的最底端，所述金刚石绝缘层的上方设置有p型轻掺杂氧化镓漂移区，所述p型轻掺杂氧化镓漂移区的顶部呈凸型设计，所述p型轻掺杂氧化镓漂移区顶部的外侧设置有N+源区，所述N+源区的内侧设置有位于p型轻掺杂氧化镓漂移区顶部一侧的N-沟道区；
在所述N+源区上方的对应位置分别设置有源极金属层和漏极金属层，在所述p型轻掺杂氧化镓漂移区顶部上方的对应位置设置有高K栅极绝缘层，所述高K栅极绝缘层的上方设置有栅极金属，在所述N-沟道区上方的对应位置设置有金刚石绝缘层。
进一步优化本技术方案，所述金刚石绝缘层为半绝缘或高纯净金刚石绝缘层，所述金刚石的热导率为22W/cm·K。
进一步优化本技术方案，所述N+源区、p型轻掺杂氧化镓漂移区以及N-沟道区均基于氧化镓材料进行制备。
进一步优化本技术方案，所述高K栅极绝缘层的栅极绝缘介质采用高K介质二氧化铪。
一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法，基于上述的高效散热氧化镓LDMOSFET器件进行制备，包括以下具体步骤：
S1、在半绝缘或高纯净金刚石绝缘层的上方，采用溅射沉积的方式淀积p型轻掺杂氧化镓漂移区；
S2、在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第一阻挡层，第一阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第一阻挡层，形成对应于N-沟道区的第一通孔；
S3、去除第一阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第二阻挡层，第二阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第二阻挡层，形成对应于源区的第二通孔；
S4、去除第二阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第三阻挡层，第三阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第三阻挡层，形成对应于源极和漏极金属的第三通孔，在第三通孔上方进行金属淀积；
S5、去除第三阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第四阻挡层，第四阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第四阻挡层，形成对应于高K介质绝缘层的第四通孔，在第四通孔上方进行二氧化铪淀积；
S6、去除第四阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第五阻挡层，第五阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第五阻挡层，形成对应于栅极金属的第五通孔，在第五通孔进行栅极金属Al的淀积；
S7、去除第五阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第六阻挡层，第六阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成对应于N-沟道区上方金刚石的第六通孔，在第六通孔进行半绝缘或高纯净金刚石绝缘层的淀积。
进一步优化本技术方案，所述步骤S1中，进行p型掺杂的材料为B，掺杂浓度为1-5×1012cm-3。
进一步优化本技术方案，所述步骤S2中，在第一通孔上方进行N型离子注入，进行N型掺杂，掺杂材料为N，掺杂浓度为2-8×1015cm-3。
进一步优化本技术方案，所述步骤S3中，在第二通孔上方进行N型离子注入，进行N型掺杂，掺杂材料为N，掺杂浓度为1-10×1018cm-3。
进一步优化本技术方案，所述步骤S4中，在第三通孔上方进行金属淀积时，采用的金属为镍铜合金。
与现有技术相比，本发明提供了一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件及其制备方法，具备以下有益效果：
该高效散热氧化镓LDMOSFET器件及其制备方法，通过采用半绝缘或高纯净金刚石，具备很高的热导率，可以增强器件散热能力，同时漏电能抑制衬底漏电，提高器件高温特性；N-沟道区的上方覆盖半绝缘或高纯净金刚石绝缘层，可以将器件沟道中的热很快传导出去；采用高K介质二氧化铪，能增加栅极绝缘介质的厚度，减少栅极漏电，同时提高栅极的耐压能力，提高器件的可靠性。
附图说明
图1为本发明提出的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的器件剖面示意图；
图2为本发明提出的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法中步骤S1的器件剖面示意图；
图3为本发明提出的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法中步骤S2的器件剖面示意图；
图4为本发明提出的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法中步骤S3的器件剖面示意图；
图5为本发明提出的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法中步骤S4的器件剖面示意图；
图6为本发明提出的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法中步骤S5的器件剖面示意图；
图7为本发明提出的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法中步骤S6的器件剖面示意图；
图8为本发明提出的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法中步骤S7的器件剖面示意图。
图中：1、金刚石绝缘层；2、p型轻掺杂氧化镓漂移区；3、N+源区；4、N-沟道区；5、漏极金属层；6、源极金属层；7、高K栅极绝缘层；8、栅极金属。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例一：
请参阅图1，一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件，包括金刚石绝缘层1，所述金刚石绝缘层1作为衬底位于该器件的最底端，所述金刚石绝缘层1的上方设置有p型轻掺杂氧化镓漂移区2，所述p型轻掺杂氧化镓漂移区2的顶部呈凸型设计，所述p型轻掺杂氧化镓漂移区2顶部的外侧设置有N+源区3，所述N+源区3的内侧设置有位于p型轻掺杂氧化镓漂移区2顶部一侧的N-沟道区4；
在所述N+源区3上方的对应位置分别设置有源极金属层6和漏极金属层5，在所述p型轻掺杂氧化镓漂移区2顶部上方的对应位置设置有高K栅极绝缘层7，所述高K栅极绝缘层7的上方设置有栅极金属8，在所述N-沟道区4上方的对应位置设置有金刚石绝缘层1，因为金刚石热导率是氧化镓的81.5倍，可以将N-沟道区4产生的热量传导到器件顶部，散出去，同时绝缘特性好，可以有效抑制器件的衬底和沟道上方漏电，提高器件工作温度。
在本实施例中，所述金刚石绝缘层1为半绝缘或高纯净金刚石绝缘层，所述金刚石的热导率为22W/cm·K，通过采用金刚石衬底可以有效提高器件的散热能力。
在本实施例中，所述N+源区3、p型轻掺杂氧化镓漂移区2以及N-沟道区4均基于氧化镓材料进行制备，具备超宽禁带半导体的高击穿场强，因而具备高耐压特性。与此同时其禁带宽度大，器件本征载流子少，可以工作在高温环境。
在本实施例中，所述高K栅极绝缘层7的栅极绝缘介质采用高K介质二氧化铪，能增加栅极绝缘介质厚度，减少栅极漏电。
综上，该高效散热氧化镓LDMOSFET器件，通过采用半绝缘或高纯净金刚石，具备很高的热导率，可以增强器件散热能力，同时漏电能抑制衬底漏电，提高器件高温特性；N-沟道区4的上方覆盖半绝缘或高纯净金刚石绝缘层1，可以将器件沟道中的热很快传导出去；采用高K介质二氧化铪，能增加栅极绝缘介质的厚度，减少栅极漏电，同时提高栅极的耐压能力，提高器件的可靠性。
实施例二：
一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法，基于实施例一所述的高效散热氧化镓LDMOSFET器件进行制备，包括以下具体步骤：
S1、如图2所示，在半绝缘或高纯净金刚石绝缘层1的上方，采用溅射沉积的方式淀积p型轻掺杂氧化镓漂移区2，进行p型掺杂的材料为B，掺杂浓度为1-5×1012cm-3；
S2、如图3所示，在p型轻掺杂氧化镓漂移区2上方，化学气相淀积第一阻挡层，第一阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第一阻挡层，形成对应于N-沟道区4的第一通孔，在第一通孔上方进行N型离子注入，进行N型掺杂，掺杂材料为N，掺杂浓度为2-8×1015cm-3；
S3、如图4所示，去除第一阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区2上方，化学气相淀积第二阻挡层，第二阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第二阻挡层，形成对应于源区的第二通孔，在第二通孔上方进行N型离子注入，进行N型掺杂，掺杂材料为N，掺杂浓度为1-10×1018cm-3；
S4、如图5所示，去除第二阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区2上方，化学气相淀积第三阻挡层，第三阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第三阻挡层，形成对应于源极和漏极金属的第三通孔，在第三通孔上方进行金属淀积，在第三通孔上方进行金属淀积时，采用的金属为镍铜合金；
S5、如图6所示，去除第三阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区2上方，化学气相淀积第四阻挡层，第四阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第四阻挡层，形成对应于高K介质绝缘层的第四通孔，在第四通孔上方进行二氧化铪淀积；
S6、如图7所示，去除第四阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区2上方，化学气相淀积第五阻挡层，第五阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第五阻挡层，形成对应于栅极金属8的第五通孔，在第五通孔进行栅极金属8Al的淀积；
S7、如图8所示，去除第五阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区2上方，化学气相淀积第六阻挡层，第六阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成对应于N-沟道区4上方金刚石的第六通孔，在第六通孔进行半绝缘或高纯净金刚石绝缘层1的淀积。
本发明的有益效果是：
该高效散热氧化镓LDMOSFET器件及其制备方法，通过采用半绝缘或高纯净金刚石，具备很高的热导率，可以增强器件散热能力，同时漏电能抑制衬底漏电，提高器件高温特性；N-沟道区的上方覆盖半绝缘或高纯净金刚石绝缘层，可以将器件沟道中的热很快传导出去；采用高K介质二氧化铪，能增加栅极绝缘介质的厚度，减少栅极漏电，同时提高栅极的耐压能力，提高器件的可靠性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件，其特征在于，包括金刚石绝缘层，所述金刚石绝缘层作为衬底位于该器件的最底端，所述金刚石绝缘层的上方设置有p型轻掺杂氧化镓漂移区，所述p型轻掺杂氧化镓漂移区的顶部呈凸型设计，所述p型轻掺杂氧化镓漂移区顶部的外侧设置有N+源区，所述N+源区的内侧设置有位于p型轻掺杂氧化镓漂移区顶部一侧的N-沟道区；
在所述N+源区上方的对应位置分别设置有源极金属层和漏极金属层，在所述p型轻掺杂氧化镓漂移区顶部上方的对应位置设置有高K栅极绝缘层，所述高K栅极绝缘层的上方设置有栅极金属，在所述N-沟道区上方的对应位置设置有金刚石绝缘层。
2.根据权利要求1所述的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件，其特征在于，所述金刚石绝缘层为半绝缘或高纯净金刚石绝缘层，所述金刚石的热导率为22W/cm·K。
3.根据权利要求1所述的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件，其特征在于，所述N+源区、p型轻掺杂氧化镓漂移区以及N-沟道区均基于氧化镓材料进行制备。
4.根据权利要求1所述的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件，其特征在于，所述高K栅极绝缘层的栅极绝缘介质采用高K介质二氧化铪。
5.一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法，基于权利要求1-4中任一项所述的高效散热氧化镓LDMOSFET器件进行制备，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1、在半绝缘或高纯净金刚石绝缘层的上方，采用溅射沉积的方式淀积p型轻掺杂氧化镓漂移区；
S2、在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第一阻挡层，第一阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第一阻挡层，形成对应于N-沟道区的第一通孔；
S3、去除第一阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第二阻挡层，第二阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第二阻挡层，形成对应于源区的第二通孔；
S4、去除第二阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第三阻挡层，第三阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第三阻挡层，形成对应于源极和漏极金属的第三通孔，在第三通孔上方进行金属淀积；
S5、去除第三阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第四阻挡层，第四阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第四阻挡层，形成对应于高K介质绝缘层的第四通孔，在第四通孔上方进行二氧化铪淀积；
S6、去除第四阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第五阻挡层，第五阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀第五阻挡层，形成对应于栅极金属的第五通孔，在第五通孔进行栅极金属Al的淀积；
S7、去除第五阻挡层及光刻胶，在p型轻掺杂氧化镓漂移区上方，化学气相淀积第六阻挡层，第六阻挡层上涂抹光刻胶，通过对光刻胶的通孔部分曝光，利用光刻溶液去除曝光处光刻胶进而刻蚀阻挡层，形成对应于N-沟道区上方金刚石的第六通孔，在第六通孔进行半绝缘或高纯净金刚石绝缘层的淀积。
6.根据权利要求5所述的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，进行p型掺杂的材料为B，掺杂浓度为1-5×1012cm-3。
7.根据权利要求5所述的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，在第一通孔上方进行N型离子注入，进行N型掺杂，掺杂材料为N，掺杂浓度为2-8×1015cm-3。
8.根据权利要求5所述的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，在第二通孔上方进行N型离子注入，进行N型掺杂，掺杂材料为N，掺杂浓度为1-10×1018cm-3。
9.根据权利要求5所述的一种高效散热氧化镓LDMOSFET器件的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，在第三通孔上方进行金属淀积时，采用的金属为镍铜合金。
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