一种垂直电流孔径晶体管制备方法及对应器件技术

本发明专利技术提供了一种垂直电流孔径晶体管制备方法及对应器件，涉及垂直电流孔径晶体管制备的技术领域，通过高精度激光进行选区掺杂形成电流阻挡层，激光参数精确可控，相比现有掺杂，对掺杂区域晶格损伤更小，无需高温退火，简化了现有垂直电流孔径晶体管制备工艺，使制得的垂直电流孔径晶体管具有绝缘性能更好的电流阻挡区，最终提升了垂直电流孔径晶体管良率，降低了相应的制造成本。降低了相应的制造成本。降低了相应的制造成本。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直电流孔径晶体管制备方法及对应器件


[0001]本专利技术涉及垂直电流孔径晶体管的领域，特别涉及一种垂直电流孔径晶体管制备方法及对应器件。

技术介绍

[0002]III族氮化合物半导体在光电器件、电力电子、微波射频器件等领域具有广阔的应用前景，其主要包括AlN、GaN、InN及这些材料的多元合金如AlGaN、InGaN、AlInN、AlScN、AlInGaN等。GaN基异质结材料是III族氮化物半导体材料体系中的重要代表，其延续了GaN材料高击穿电场、高电子饱和漂移速度等优点。以GaN基异质结材料中的AlGaN
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GaN异质结材料为例，AlGaN与GaN两者形成I型异质结，二维电子气2DEG位于异质结界面的GaN一侧。将AlGaN
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GaN异质结材料应用于半导体器件，研制出的AlGaN
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GaN异质结场效应晶体管、AlGaN
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GaN异质结肖特基二极管等器件具有良好的高频、高功率、耐高温以及抗辐射性能，在功率半导体器件领域有巨大前景。
[0003]现有技术中存在两种不同的结构的异质结场效应晶体管，请参考图1为横向结构的高电子迁移率晶体管，又称HEMTs，图2为另一种是垂直结构的异质结场效应晶体管，又称VFETs，包括垂直型金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFETs和垂直电流孔径晶体管CAVETs。目前本领域对横向结构的HEMTs器件进行了广泛研究，且取得了相对成熟的技术进步，横向结构的HEMTs器件能有效利用2DEG形成的沟道，从而降低导通电阻，但在降低导通电阻的同时要使HEMTs器件获得较高的击穿电压就必须增加HEMTs器件栅极和漏极之间距离，使制得的HEMTs器件存在面积过大等问题。对于电流流向为纵向的垂直结构VFETs器件，可通过增加漂移区的厚度来增加器件的击穿电压，而无需牺牲器件尺寸，这样就能有效地利用芯片面积去处理器件规格所要求的电流和电压，所以采用垂直结构VFETs器件能有助于减少芯片尺寸和制造成本。
[0004]但在垂直结构VFETs器件的发展过程中，电流阻挡层CBL和电流导通通孔Aperture的制备一直是制备垂直结构VFETs器件的难点。目前对于电流阻挡层CBL和电流导通通孔Aperture的制备一般采用如下两种方法：（1）通过Mg离子注入将本征GaN转化为轻p型掺杂GaN层，同时在电流导通通孔预设位置上方掩膜避免Mg离子的注入，轻p型掺杂GaN层作为电流阻挡层CBL，同时未被离子注入的区域作为电流导通通孔Aperture。
[0005]（2）通过Al离子注入本征GaN层中，使GaN晶格损伤形成类似绝缘层作为电流阻挡层CBL，利用掩膜没有进行Al离子注入的区域电阻率较低，电流会优先选择这里通过，从而作为电流导通通孔Aperture。
[0006]上述现有的垂直结构VFETs器件制造工艺中，通过Mg离子注入引入晶格损伤会导致电流阻挡层CBL产生很大的漏电，而通过Al离子注入引入的晶格损伤除了使电流阻挡层CBL产生漏电外还会导致特别严重的电流崩塌效应，且Al注入带来的晶格损伤必须在1350℃以上的高温下才能修复，对于工业用比较复杂而且相对昂贵，此外大面积的离子注入带
来的晶格损伤对二次外延的晶体质量有所影响。这些问题一直是制约着垂直结构VFETs器件发展的瓶颈，从而影响器件良率，间接得提高了垂直结构VFETs器件的制造成本。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了克服现有技术的不足，提供一种垂直电流孔径晶体管制备方法及对应器件。
[0008]为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种垂直电流孔径晶体管的制备方法，包括：提供外延片，所述外延片包括衬底、位于所述衬底表面的第二掺杂类型的GaN缓冲层；在所述外延片第一表面形成激光辐照掩蔽层，通过脉冲激光辐照对未被激光辐照掩蔽层所覆盖的外延片第一表面进行选区掺杂，形成第一掺杂类型的电流阻挡层；去除掩蔽层后进行二次外延生长，从而形成位于所述外延片第一表面的本征GaN层以及位于所述本征GaN层表面的异质材料层；电流阻挡层之间的本征GaN层或GaN缓冲层作为电流导通通孔；形成垂直电流孔径晶体管的源极电极、栅极、栅源极间介质层和漏极电极。
[0009]可选的，所述外延片还包括位于所述GaN缓冲层表面的电流阻挡材料层；对所述电流阻挡材料层在待形成的电流导通通孔对应的位置进行刻蚀，露出GaN缓冲层表面形成通孔，在所述通孔内形成第一掩蔽层，所述第一掩蔽层作为激光辐照掩蔽层。
[0010]可选的，所述在电流阻挡材料层内部形成尺寸与电流导通通孔一致的第一掩蔽层包括：先在所述电流阻挡材料层表面形成所述第二掩蔽层；通过第二掩蔽层的窗口对电流阻挡材料层进行刻蚀；在电流阻挡材料层被刻蚀区域形成所述第一掩蔽层。
[0011]可选的，所述电流阻挡材料层为通过原位生长掺杂形成的第一类型的轻掺杂GaN层。
[0012]可选的，先在GaN缓冲层表面形成待形成的电流导通通孔相对应的第三掩蔽层，再通过脉冲激光辐照对未被第三掩蔽层所覆盖的GaN缓冲层进行选定区域掺杂。
[0013]可选的，通过脉冲激光对未被激光辐照掩蔽层所覆盖的选定区域进行掺杂包括：将外延片置于含有第一类型杂质源的气体氛围中，使所述气体吸附于外延片表面；对未被激光辐照掩蔽层所覆盖的选定区域进行脉冲激光辐照，使第一类型杂质扩散进入选定区域GaN缓冲层晶格中；脉冲激光辐照结束后，在外延片表面的GaN缓冲层选定区域的上表面形成高阻GaN区域。
[0014]可选的，通过脉冲激光对未被激光辐照掩蔽层所覆盖的选定区域进行掺杂包括：外延片第一表面形成有掺杂金属层和激光辐照掩蔽层；对未被激光辐照掩蔽层所覆盖的选定区域的掺杂金属层进行脉冲激光辐照，使选定区域内的掺杂金属层的金属原子从GaN缓冲层表面向内部扩散；脉冲激光辐照结束后，在外延片表面的GaN缓冲层选定区域的上表面形成高阻GaN区域。
[0015]可选的，所述掺杂金属层为金属Al层，在所述外延片第一表面形成掺杂金属层，在所述掺杂金属层表面选定区域以外的区域形成激光辐照掩蔽层。
[0016]可选的，所述衬底的材料为GaN或SiC或Si或Sapphire或AlN。
[0017]本专利技术实施例还提供了一种垂直电流孔径晶体管，通过上述的一种垂直电流孔径晶体管的制备方法制得。
[0018]综上所述，本专利技术的有益效果在于：
本专利技术实施例提供了一种垂直电流孔径晶体管制备方法及对应器件，通过高精度激光进行选区掺杂形成电流阻挡层，激光参数精确可控，相比现有掺杂，对掺杂区域晶格损伤更小，无需高温退火，且利用激光辐照掺杂工艺，在辐照结束后掺杂离子会回到电流阻挡层表面，使得电流阻挡层表面形成高阻GaN区域，绝缘性能相比现有工艺会好很多，且简化了现有垂直电流孔径晶体管制备工艺，使制得的垂直电流孔径晶体管具有绝缘性能更好的电流阻挡区，最终提升了垂直电流孔径晶体管良率，降低了相应的制造成本。
[0019]此外，本专利技术实施例通过对未被第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直电流孔径晶体管的制备方法，其特征在于，包括：提供外延片，所述外延片包括衬底、位于所述衬底表面的第二掺杂类型的GaN缓冲层；在所述外延片第一表面形成激光辐照掩蔽层，通过脉冲激光辐照对未被激光辐照掩蔽层所覆盖的外延片第一表面进行选区掺杂，形成第一掺杂类型的电流阻挡层；去除掩蔽层后进行二次外延生长，从而形成位于所述外延片第一表面的本征GaN层以及位于所述本征GaN层表面的异质材料层；电流阻挡层之间的本征GaN层或GaN缓冲层作为电流导通通孔；形成垂直电流孔径晶体管的源极电极、栅极、栅源极间介质层和漏极电极。2.根据权利要求1所述的一种垂直电流孔径晶体管的制备方法，其特征在于，所述外延片还包括位于所述GaN缓冲层表面的电流阻挡材料层；对所述电流阻挡材料层在待形成的电流导通通孔对应的位置进行刻蚀，露出GaN缓冲层表面形成通孔，在所述通孔内形成第一掩蔽层，所述第一掩蔽层作为激光辐照掩蔽层。3.根据权利要求2所述的一种垂直电流孔径晶体管的制备方法，其特征在于，所述在电流阻挡材料层内部形成尺寸与电流导通通孔一致的第一掩蔽层包括：先在所述电流阻挡材料层表面形成第二掩蔽层；通过第二掩蔽层的窗口对电流阻挡材料层进行刻蚀；在电流阻挡材料层被刻蚀区域形成所述第一掩蔽层。4.根据权利要求2所述的一种垂直电流孔径晶体管的制备方法，其特征在于，所述电流阻挡材料层为通过原位生长掺杂形成的第一类型的轻掺杂GaN层。5.根据权利要求1所述的一种垂直电流孔径晶体管的制备方法，其特征在于，先在GaN缓冲层表面形成待形成的电流导通通孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王蓉，刘小平，皮孝东，开翠红，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：