CN216749909U - 一种集成多工作模式的GaN半导体器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于半导体器件技术领域，尤其为一种集成多工作模式的GaN半导体器件，包括依次连接的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层，隔离层，所述势垒层的顶部安装有本征或高阻帽层、P型帽层、栅极、漏极、源极以及介质钝化层，所述源极的顶部安装有场板，所述本征或高阻帽层、P型帽层、栅极、漏极、场板、源极均位于介质钝化层内。本实用新型利用单一的耗尽型GaN器件制作工艺基础上增加P型帽层作为栅极调制其正下方的二维电子气密度，实现增强型器件并可根据实际需要调整其阈值电压，以适应不同产品的需求。
Description
技术领域
本实用新型属于集成电路版图设计与半导体制程范畴。
背景技术
GaN材料作为第三代化合物半导体的典型代表，GaN半导体是利用AlGaN/GaN 异质结通过自发极化和压电极化效应在异质结界面处形成高密度二维电子气，该二维电子气具有很高的迁移率，因此与传统器件相比，GaN高迁移率晶体管器件具有高跨导、高饱和电流等特点。但是自然界中没有天然的GaN材料，需要在某种高阻态衬底上通过MBE(分子束外延)或者MOCVD(金属氧化物化学气相淀积) 方式生长GaN材料，同时由于强烈的自发极化和压电极化效应，零栅压时，在 AlGaN/GaN异质结界面处存在高浓度的2DEG，因此传统器件为耗尽型器件，然而在实际电路应用中，增强型器件与耗尽型器件都有广泛的需求，而增强型器件于耗尽型器件的集成对于提高电路的集成度，降低生产成本都是非常有必要的。
实用新型内容
为了解决背景技术中的问题，本实用新型提供种一种集成多工作模式的 GaN半导体器件。具体的：
1、在硅、SiC、金刚石、蓝宝石等高阻态衬底片上通过分子束外延或者金属氧化物化学气相淀积技术依次生长AlGaN缓冲层、i-GaN沟道层、AlGaN势垒层、PGaN帽层；
2、利用掩膜光罩、刻蚀技术依次刻蚀掉除增强型器件的PGaN帽层及高压器件漏极靠近栅极一侧的热载流子俘获区域之外所有PGaN；
3、利用掩膜光罩，离子注入技术对栅冒下方栅根两侧形成沟道区电场调制效应的高阻态PGaN帽层；
4、利用掩膜光罩，刻蚀技术及磁控溅射技术进行源漏接触区的刻蚀并形成欧姆接触；
5、利用掩膜光罩，刻蚀技术或离子注入技术对器件进行介质或者高阻态半导体的隔离；
6、利用掩膜光罩，刻蚀技术及电子束蒸发于剥离技术形成栅极并形成肖特基势垒接触；
7、利用掩膜光罩，可以技术及电子束蒸发技术形成场板结构。
附图说明
图1为本实用新型器件纵向结构示意图。
图2为实用新型器件外延层纵向结构示意图。
图3为实用新型期间结构的PGaN刻蚀实施图。
图4是实用新型器件结构的制作高阻态PGaN实施图。
图5是实用新型器件结构的欧姆接触刻蚀实施图
图6是实用新型器件结构的隔离实施图。
图7是实用新型器件结构的栅极金属实施图
图8是实用新型器件结构的场板结构实施图
图9是实用新型器件结构的钝化实施图
图10是增强型器件的版图平面结构
图11是耗尽型器件的版图平面结构
具体实施方式
为了对本实用新型的技术内容、特点与作用有具体的了解，结合图示，对本实用新型下的主要工序的制作详细描述如下：
如图1，为本实用新型的增强型与耗尽型GaN器件的实施图。图10是增强型器件的版图平面结构，图11是耗尽型器件的版图平面结构。
具体的实施步骤，如下：
步骤1，如图2所示，利用分子束外延或者金属氧化物化学气相淀积技术在衬底片上分别生长AlGaN缓冲层1um-10um，其中铝组分比例为0.01-0.1，生长i-GaN 沟道层10-100nm厚度，生长AlGaN势垒层厚度10-50nm,其中铝组分0.1-0.3，生长PGaN帽层厚度10-100nm；
步骤2，如图3所示，对外延片进行有机清洗后旋转涂光刻胶2-10um厚度，用 PGaN光刻板曝光显影出PGaN保留区，并采用电感耦合等离子体刻蚀技术，通入 Cl2+BCl3一定比例的刻蚀气体对PGaN进行刻蚀，该光刻板为dark，优选的，可以额外制作使用耗尽器件栅极版进行图形套刻，并刻蚀一定比例的AlGaN势垒层作为耗尽型器件的阈值电压调整措施；
步骤3，如图4所示，去胶清洗甩干后，旋转涂胶，较厚1-10um，用i-PGaN 光刻板曝光显影，并采用离子注入机进行带胶注入B离子，形成i-PGaN区域；
步骤4，如图5所示，去胶清洗甩干后，旋转涂胶，较厚1-10um,用源漏欧姆接触光刻板曝光显影，并采用电感耦合等离子体刻蚀技术，通入Cl2+BCl3一定比例的刻蚀气体对AlGaN+GaN进行刻蚀,至接触到二维电子气沟道区为止，并利用磁控溅射设备溅射金属Ti(1000A)/Al(5000A),采用反溅射技术对其他区域的金属进行刻蚀，而后进行快速退火400℃，氮气环境1-3分钟；
步骤5，如图6所示，清洗甩干后，旋转涂胶，较厚1-10um,用隔离光刻板进行曝光显影，并利用离子注入机注入B离子，能量10-100Kev,计量1-20e14cm-2,惊醒带胶注入，形成器件的隔离槽；
步骤6，如图7所示，去胶清洗甩干后，旋转涂胶，胶厚1-10um,用栅极光刻板曝光显影，制作出栅极图形，并采用电子束蒸发技术沉积金属Ni(厚度 200-500A)/Al(厚度1000-5000A)，并在丙酮中剥离，优选的，可以使用栅面光刻板进行套刻，制作出栅极面图形，并采用电子束蒸发技术沉积金属AL(1-3um), 在丙酮中剥离制作出栅面；
步骤7，如图8所示，利用等离子化学气相淀积技术，通入硅烷+氨气沉积氮化硅，厚度1000-10000A，作为栅极的钝化层以及场板与山金属之间的绝缘层，并涂胶，用场板光刻板曝光显影，优选的，可以同时利用欧姆接触通孔版进行套刻，同时利用等离子体刻蚀技术，通入CHF3+CF4+O2一定比例的混合气体进行通孔刻蚀，并电子束蒸发金属Al,厚度1-3um,作为场板金属层以及源漏金属的引出层；
步骤8，如图9所示，利用等离子化学气相淀积技术，通入硅烷+氨气沉积氮化硅，厚度1000-10000A，作为器件的保护钝化层使用，并交由后续引线键合光刻板，制作除引线键合区。
各位技术人员须知：虽然本实用新型已按照上述具体实施方式做了描述，但是本实用新型思想并不仅限于此实用新型，任何运用本实用新型思想的改装，都将纳入本专利权保护范围内。
Claims (5)
1.一种集成多工作模式的GaN半导体器件，其特征在于：包括依次连接的衬底(1)、缓冲层(2)、沟道层(3)、势垒层(4)，隔离层(5)，所述势垒层(4)的顶部安装有本征或高阻帽层(6)、P型帽层(7)、栅极(8)、漏极(9)、源极(11)以及介质钝化层(12)，所述源极(11)的顶部安装有场板(10)，所述本征或高阻帽层(6)、P型帽层(7)、栅极(8)、漏极(9)、场板(10)、源极(11)均位于介质钝化层(12)内。
2.根据权利要求1所述的一种集成多工作模式的GaN半导体器件，其特征在于：所述衬底(1)的材质为GaN或硅或碳化硅或金刚石或蓝宝石或半导体材质。
3.根据权利要求1所述的一种集成多工作模式的GaN半导体器件，其特征在于：所述缓冲层(2)的材质为AlGaN或GaN或AlN。
4.根据权利要求1所述的一种集成多工作模式的GaN半导体器件，其特征在于：所述势垒层(4)的材质为AlGaN或N型半导体材料。
5.根据权利要求1所述的一种集成多工作模式的GaN半导体器件，其特征在于：所述P型帽层(7)的材质为高阻态的Si或SiC或金刚设或蓝宝石。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202123238431.6U CN216749909U (zh) | 2021-12-21 | 2021-12-21 | 一种集成多工作模式的GaN半导体器件 |
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Country Status (1)
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2021
- 2021-12-21 CN CN202123238431.6U patent/CN216749909U/zh active Active
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