一种用于III-V族氮化物功率器件有源区与终端结构的制作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于III‑V族氮化物功率器件有源区与终端结构的制作方法。该方法可以用于制作III‑V族氮化物材料结势垒肖特基二极管结构。本结构中，外延层包括低掺杂浓度的N型漂移层以及高掺杂浓度的P型外延层。在P区中通过注入氢离子或其他具有相似作用的离子以钝化P区中镁离子的激活，降低P型导电率。通过以上方法可以局部钝化P区并与阳极形成肖特基接触，进而制成GaN结势垒肖特基结势垒二极管。通过以上方法也可以得到不同有效掺杂的区域，从而在器件结边缘制作终端，提高器件耐压。这种工艺在实验室和工业生产的条件下可行性较高。能够在P型III‑V族氮化物中降低P型导电率，从而制成结势垒肖特基、各型终端、IGBT、MOSFET等半导体器件或相关结构。

【技术实现步骤摘要】
一种用于III-V族氮化物功率器件有源区与终端结构的制作方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种用于III-V族氮化物功率器件有源区与终端结构的制作方法。
技术介绍
相较于以硅为代表的第一代半导体和以砷化镓为代表的第二代半导体，以碳化硅和III-V族氮化物为代表的第三代半导体，因其禁带宽度大、临界击穿场强高、电子饱和速率高等特点，在电力电子应用中具有显著优势。目前以结势垒肖特基二极管为代表的结势垒结构已经用于硅和碳化硅器件，但由于工艺原因，在III-V族氮化物器件中，难以形成选择性P性掺杂结构。肖特基二极管的正向导通电压较低，但是导通后呈现阻性并且反向耐压与方向漏电难以达到较高要求。传统PiN二极管反向击穿电压较高，但是正向导通压降较高，存在较大损耗。引入氢离子或其他具有相似作用的离子后制作得到的结势垒肖特基二极管之后可以有效结合上述两种结构优点，得到正向导通压降较低，击穿电压较高的特性。在器件阻断特性方面，尽管高压功率器件的阻断特性最终由漂移区的掺杂浓度和厚度决定，但通常会因结附近电场聚集出现提前击穿，因此终端保护技术对于提高器件耐压和可靠性有着重要作用。。在硅和碳化硅体系中，常用的功率器件终端结构包括场限环(FLR)，结终端延伸(JTE)等终端结构，往往涉及到局部P型掺杂。由于局部P型离子注入和激活效率的根本限制，通过热扩散和离子注入实现氮化镓局部P型掺杂极其困难，使得氮化镓高效稳足终端结构的实现颇具挑战。
技术实现思路
本专利技术首先所要解决的技术问题是提供一种用于III-V族氮化物功率器件有源区与终端结构的制作方法，该方法针对现有的结制作技术的难点与不足，适用于III-V族氮化物体系，工艺相对简单，可以降低P型掺杂区域导电率，进而得到结势垒肖特基二极管的有源区结构，或基于结的终端结构。为此，本专利技术所述方法采用以下技术方案：一种III-V族氮化物功率器件的有源区制作方法，该方法包括对有源区的P型掺杂区中的部分区域进行钝化，钝化的区域与功率器件的终端不连通。进一步地，钝化后的区域通过或不通过额外注入Si形成目标浓度的N型区域，并与未钝化的P区形成PN结，且钝化后的区域将与金属形成肖特基接触。进一步地，所述功率器件包括结势垒肖特基二极管(JBS)、混合PiN/Schottky二极管(MPS)。一种III-V族氮化物功率器件的终端结构制作方法，所述功率器件中包含有源区，且所述有源区外围具有P型掺杂区，该方法包括：对有源区外围的P型掺杂区进行钝化，获得所述终端结构。进一步地，所述的终端结构包括结终端扩展、场限环等终端结构。进一步地，终端结构与功率器件的电极、有源区中的任意一个重叠，不重叠或边缘对齐；其深度与主结深度相同，或者不同。进一步地，终端结构单独作为功率器件的终端，或者，与场板或沟槽结构共同构成功率器件的终端，其中所述沟槽的数量为任意个，沟槽的形状是：倒梯形、U型、v型、方形或阶梯型中任一种。进一步地，所述功率器件包括PiN二极管、肖特基二极管、结势垒肖特基二极管(JBS)、混合PiN/Schottky二极管(MPS)、MOSFET、电流孔径垂直电子晶体管(CAVET)。上述有源区和终端结构的制作方法中，所述钝化是通过引入离子来实现的，所述离子包括但不限于氢离子。上述有源区和终端结构的制作方法中，离子的引入方式包括但不限于：离子注入、等离子体工艺、在含相应元素的气体氛围中经退火、在含相应元素的液体中浸泡。进一步地，离子的引入是采用相应的等离子体通过反应离子刻蚀、感应耦合等离子体-反应离子刻蚀、等离子体增强原子层沉积、等离子体增强化学气相沉积中任一种或多种工艺引入。上述有源区和终端结构的制作方法中，功率器件的衬底为氮化镓、碳化硅、硅、蓝宝石、绝缘体上硅(SOI)、氮化铝、金刚石中任一种。上述有源区和终端结构的制作方法中，功率器件的介质层为二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氮化铝、氧化铪、聚合物中任一种或多种介质层组合。上述有源区和终端结构的制作方法中，在钝化之前对需要钝化的目标半导体区域进行刻蚀或不刻蚀处理。上述有源区和终端结构的制作方法中，以界面电荷衡量在1×1011～1×1016cm-2，体电荷衡量在1×1015～1×1020cm-3引入离子。优选的，所述的氢离子或其他具有相似作用的离子，以界面电荷衡量在1×1012～1×1015cm-2，以体电荷衡量在1×1016～1×1019cm-3引入。更优选的，所述的氢离子或其他具有相似作用的离子，以界面电荷衡量在1×1013～1×1015cm-2，以体电荷衡量在1×1017～1×1019cm-3引入。上述有源区和终端结构的制作方法中，钝化区域，深度在0.1～3μm。上述终端结构的制作方法中，包含多个钝化区域，多个区域深度相同或不同，多个区域浓度相同或不同，多个区域间距相同或不同。本专利技术的有益效果为：通过引入适用于III-V族氮化物体系的氢离子或其他具有相似作用的离子，降低P区导电率，可以得到结势垒肖特基二极管的有源区结构，以及基于结的终端结构。工艺相对可行简单，结势垒肖特基二极管可以有效保证较低的正向导通电压和较高的反向击穿电压，终端结构则可以简单有效地提高器件的阻断水平。具体的，对于采用这种方法的结势垒肖特基二极管，正向导通时，引入氢离子或其他具有相似作用的离子得到的肖特基接触部分将在较低电压下导通，电压继续升高后，PN结部分也将导通。因此在正向情况下，这种结的结构可以保证较低的导通电压并承受较大的电流。反向时，PN结部分将会承受大部分电压，如果比例设置合适，PN结可以扩展并相连，形成阻断区，提高了反向耐压。对于采用这种方法的终端结构，引入氢离子或其他具有相似作用的离子降低P区导电率，进而形成结终端扩展、场限环等基于结的终端结构，有效减少边缘电场聚集，提高器件耐压。附图说明图1是本专利技术的一种实施结构示意图，在P型外延层中，使用氢离子或其他具有相似作用的离子注入技术制作结。得到氮化镓器件的结势垒肖特基结构。图2是本专利技术的一种实施结构示意图，在P型外延层中，使用氢离子或其他具有相似作用的离子注入技术制作结。与图1相比，离子注入的深度更大。图3是本专利技术的一种实施结构示意图，在P型外延层中，使用氢离子或其他具有相似作用的离子注入技术制作结。与图1相比，离子注入区的宽度改变，改变宽度比例可以调整结势垒肖特基二极管器件的反向耐压特性。图4是本专利技术的一种实施结构示意图，按照不同的浓度梯度引入氢离子或其他具有相似作用的离子，得到结终端扩展的终端结构。图5是本专利技术的一种实施结构示意图，对于GaN器件通过氢离子钝化原P区，并结合Si注入等方法制成N沟道区域，进而制成GaN材料的VDMOSFET。图6为本专利技术的一种实施结构示意图，使用引入氢离子钝化P区，钝化后的P区可通过或不通过额外注入Si进一步降低P区导电率，制成结势垒肖特基二极管。图7是通过仿真得到的PN结与离子注入区宽度比为1：1的结势垒肖特基二极管结构的PN结边缘的电场场强曲线，供本专利技术的结构优化和电场分布对比。图8是通过仿真得到的PN结与离子注入区宽度比为1：1的结势垒肖特基二极管结构的电场分布图。图9是通过仿真得到的PN结与离子注入区宽度比为1：1的结势垒肖特基二极管结构的PN结边缘的电场分布图。图10为结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种III‑V族氮化物功率器件的有源区制作方法，其特征在于，该方法包括对有源区的P型掺杂区中的部分区域进行钝化。

【技术特征摘要】
1.一种III-V族氮化物功率器件的有源区制作方法，其特征在于，该方法包括对有源区的P型掺杂区中的部分区域进行钝化。2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，钝化后的区域通过或不通过额外注入离子形成目标浓度的N型区域，且钝化后的区域将与金属电极形成肖特基接触。3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述功率器件包括结势垒肖特基二极管(JBS)、混合PiN/Schottky二极管(MPS)。4.一种III-V族氮化物功率器件的终端结构制作方法，所述功率器件中包含有源区，且所述有源区外围具有P型掺杂区，其特征在于，该方法包括：对有源区外围的P型掺杂区进行局部钝化，获得所述终端结构。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的终端结构包括结终端扩展、场限环等终端结构。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，终端结构与功率器件的电极、有源区中的任意一个重叠，不重叠或边缘对齐；其深度与主结深度相同，或者不同。7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，终端结构单独作为功率器件的终端，或者，与场板或沟槽结构共同构成功率器件的终端，其中所述沟槽的数量为任意个，沟槽的形状是：倒梯形、U型、V型、方形或阶梯型中任一种。8.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述功率器件包括PiN二极管、肖特基二极管、结势垒肖特基二极管(JB...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩绍文，杨树，焦若辰，杜鑫，盛况，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33