多路控制复合功能器件制造技术

本发明专利技术公开了一种多路控制复合功能器件，主要解决现有氮化镓基功率晶体管只能单向阻断的问题。其自下而上包括：衬底、过渡层、沟道层和势垒层，沟道层和势垒层通过内部的隔离深槽分成多个条状结构；每个条状结构从左至右依次设置有左电极、左P型块、左凹槽、节点，右P型块、右凹槽、右电极；势垒层上部的左、右P型块上分别为左、右介质块；左、右介质块上部分别为左、右栅极；左、右凹槽均由n个等间距平行排列的矩形槽构成，其下侧均位于沟道层中；左、右凹槽内部与其凹槽两侧的势垒层上分别设有第一电极和第二电极，这两个电极均由n个大小相同的T型金属块构成。本发明专利技术能实现双向阻断，芯片面积利用率高，可用作电力电子系统。可用作电力电子系统。可用作电力电子系统。

【技术实现步骤摘要】
多路控制复合功能器件


[0001]本专利技术属于微电子
，特别涉及一种复合功能器件，可用作电力电子系统的基本单元。
技术背景
[0002]随着宽禁带半导体材料的发展，传统硅基功率晶体管其性能已趋近理论极限，很难满足下一代高性能电力电子系统对高温、高压、高频、高效和高功率密度的迫切要求。而基于P型帽层GaN基异质结结构的增强型高电子迁移率晶体管，即氮化镓基功率晶体管，可实现更低导通电阻、更快开关速度、更高功率密度等优异特性，有助于大大提升电力电子系统的性能和可靠性，显著减小功耗。因此，大力研发高性能、高可靠性氮化镓基功率器件，对我国实现节能减排和绿色发展发挥着举足轻重的作用。
[0003]传统氮化镓基功率晶体管是基于GaN基异质结结构，其包括：衬底1、过渡层2、沟道层3、势垒层4、P
‑
GaN栅5、漏极6、源极7、栅金属8；势垒层4上部左侧淀积有漏极6，势垒层4上部右侧淀积有源极7，势垒层4上部中间部分淀积有P
‑
GaN栅5，P
‑
GaN栅5上部淀积有栅金属8，如图1所示。这种传统氮化镓基功率晶体管由于受到材料外延技术与器件制造工艺水平的限制，晶体管表面和体内会产生大量的缺陷，这些缺陷的存在会俘获电荷，从而导致严重的电流崩塌问题，进一步衰减器件的可靠性和功率特性，且该结构只允许漏极电位高于源极，只能实现单向阻断，参见Effects of hole traps on the temperature dependence of current collapse in a normally
‑
OFF gate
‑
injection transistor,Japanese Journal of Applied Physics,55(5),2016。在当前许多功率管理系统的
中，往往需要功率开关器件具有很强的反向阻断能力，由于传统GaN基HEMT功率开关器件的漏极为欧姆接触，因而不能施加反向电压。因此，迫切需要研发具有优异反向阻断能力的功能器件。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种多路控制复合功能器件，以实现双向阻断特性，提升器件的可靠性，并大大缩减占用面积，提升芯片面积利用率和集成度。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一、器件结构
[0007]一种多路控制复合功能器件，自下而上包括：衬底1、过渡层2、沟道层3和势垒层4，其特征在于：
[0008]所述沟道层3和势垒层4内部设有隔离深槽5，该隔离深槽5由m个大小相同且前、后分布的深槽构成，相邻两个深槽之间的距离相等，m＞1；
[0009]所述隔离深槽5将沟道层3和势垒层4分成m+1个条状结构，在每个条状结构上，从左至右依次设置有左电极10、左P型块6、左凹槽13、节点12，右P型块7、右凹槽14、右电极11；
[0010]所述左P型块6与右P型块7均位于势垒层4上部，其上侧分别设有左介质块8与右介质块9；
[0011]所述左凹槽13与右凹槽14均由n个矩形槽构成，这n个矩形槽为等间距平行排列，其下侧均位于沟道层3中；
[0012]所述左凹槽13中设有第一电极15，右凹槽14中设有第二电极16，该第一电极与第二电极均由n个大小相同的T型金属块构成，这些T型金属块的垂直部分下侧均位于沟道层3内部，水平部分的下侧位于势垒层4上表面，n＞1；
[0013]所述左介质块8与右介质块9上部分别设有左栅极17与右栅极18。
[0014]进一步，所述势垒层4的Al组分为0.1～0.4，其厚度a为1nm～40nm。
[0015]进一步，所述左P型块6与右P型块7采用P
‑
GaN或CuO或NiO材料，其厚度为5nm～500nm，掺杂浓度均为5
×
10
15
cm
‑3～1
×
10
22
cm
‑3。
[0016]进一步，所述左介质块8与右介质块9采用Al2O3或HfO2或Si3N4，其厚度为5nm～100nm。
[0017]进一步，所述每个条状结构上的左凹槽13与右凹槽14中的n个矩形槽的深度均为h，h>a，其中a为势垒层4的厚度。
[0018]进一步，在每个条状结构上，第一电极15与第二电极16各自包含的n个T型金属块中，第一个T型金属块与第二个T型金属块之间的距离为t1，第二个T型金属块与第三个T型金属块之间的距离为t2，
…
，第(n
‑
1)个T型金属块与第n个T型金属块之间的距离为t
n
‑1，且满足t1＝t2＝
…
＝t
n
‑1，每个T型金属块的垂直部分下侧与势垒层上表面之间的距离均为h；
[0019]进一步，每个第一电极15中的T型金属块的水平部分左端与左P型块6右端之间的距离为x1，水平部分右端与节点12之间的距离为u1；每个第二电极16中的T型金属块的水平部分左端与右P型块7右端之间的距离为x2，水平部分右端与右电极11之间的距离为u2；且满足x1＝x2＝x，u1＝u2＝u，其中x远小于u，u>1μm。
[0020]进一步，所述左栅极17、右栅极18均小于其所对应的左介质块8、右介质块9的长度。
[0021]进一步，所述左电极10、右电极11和节点12均与势垒层4为欧姆接触；第一电极15分别与势垒层4和沟道层3之间形成肖特基接触；第二电极16分别与势垒层4和沟道层3之间形成肖特基接触。
[0022]二、制作方法
[0023]一种制作本专利技术多路控制复合功能器件的方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0024]A)在衬底1上外延GaN基宽禁带半导体材料，形成过渡层2；
[0025]B)在过渡层2上外延GaN材料，形成沟道层3；
[0026]C)在沟道层3上外延GaN基宽禁带半导体材料，形成厚度为a的势垒层4；
[0027]D)在势垒层4上外延P型半导体材料，形成厚度为5～500nm、掺杂浓度为5
×
10
15
～1
×
10
22
cm
‑3的P型层；
[0028]E)在P型层上外延介质材料，形成厚度为5nm～100nm的介质层；
[0029]F)在该介质层上第一次制作掩膜，利用该掩膜对介质层、P型层、势垒层4、沟道层3依次进行刻蚀，刻蚀至沟道层3内部为止，形成m个大小相同且等间距平行排列的深槽，这m个深槽共同组成了隔离深槽5；这m个深槽将沟道层3和势垒层4分成m+1个条状结构；
[0030]G)刻蚀形成左P型块6、右P型块7、左介质块8与右介质块9：
[0031]G1)在刻蚀后的介质层、P型层、沟道层3、势垒层4与隔离深槽5上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多路控制复合功能器件，自下而上包括：衬底(1)、过渡层(2)、沟道层(3)和势垒层(4)，其特征在于：所述沟道层(3)和势垒层(4)内部设有隔离深槽(5)，该隔离深槽(5)由m个大小相同且前、后分布的深槽构成，相邻两个深槽之间的距离相等，m＞1；所述隔离深槽(5)将沟道层(3)和势垒层(4)分成m+1个条状结构，在每个条状结构上，从左至右依次设置有左电极(10)、左P型块(6)、左凹槽(13)、节点(12)，右P型块(7)、右凹槽(14)、右电极(11)；所述左P型块(6)与右P型块(7)均位于势垒层(4)上部，其上侧分别设有左介质块(8)与右介质块(9)；所述左凹槽(13)与右凹槽(14)均由n个矩形槽构成，这n个矩形槽为等间距平行排列，其下侧均位于沟道层(3)中；所述左凹槽(13)中设有第一电极(15)，右凹槽(14)中设有第二电极(16)，该第一电极与第二电极均由n个大小相同的T型金属块构成，这些T型金属块的垂直部分下侧均位于沟道层(3)内部，水平部分的下侧位于势垒层(4)上表面，n＞1；所述左介质块(8)与右介质块(9)上部分别设有左栅极(17)与右栅极(18)。2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述势垒层(4)的Al组分为0.1～0.4，其厚度a为1nm～40nm。3.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述左P型块(6)与右P型块(7)采用P
‑
GaN或CuO或NiO材料，其厚度为5nm～500nm，掺杂浓度均为5
×
10
15
cm
‑3～1
×
10
22
cm
‑3。4.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述左介质块(8)与右介质块(9)采用Al2O3或HfO2或Si3N4，其厚度为5nm～100nm。5.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述每个条状结构上的左凹槽(13)与右凹槽(14)中的n个矩形槽的深度均为h，h>a，其中a为势垒层4的厚度。6.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：在每个条状结构上，第一电极(15)与第二电极(16)各自包含的n个T型金属块中，第一个T型金属块与第二个T型金属块之间的距离为t1，第二个T型金属块与第三个T型金属块之间的距离为t2，
…
，第(n
‑
1)个T型金属块与第n个T型金属块之间的距离为t
n
‑1，且满足t1＝t2＝
…
＝t
n
‑1，每个T型金属块的垂直部分下侧与势垒层上表面之间的距离均为h；每个第一电极(15)中的T型金属块的水平部分左端与左P型块(6)右端之间的距离为x1，水平部分右端与节点(12)之间的距离为u1；每个第二电极(16)中的T型金属块的水平部分左端与右P型块(7)右端之间的距离为x2，水平部分右端与右电极(11)之间的距离为u2；且满足x1＝x2＝x，u1＝u2＝u，其中x远小于u，u>1μm。7.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，所述左栅极(17)、右栅极(18)均小于其所对应的左介质块(8)、右介质块(9)的长度。8.根据权利要求1所述的器件，其特征在于：所述左电极(10)、右电极(11)和节点(12)均与势垒层(4)为欧姆接触；所述第一电极(15)分别与势垒层(4)和沟道层(3)之间形成肖特基接触；所述第二电极(16)分别与势垒层(4)和沟道层(3)之间形成肖特基接触。
9.一种制作权利要求1多路控...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛维，裴晨，杨翠，杜鸣，马佩军，张金风，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：