一种用于提高击穿电压的氮化镓器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种用于提高击穿电压的氮化镓器件，属于半导体技术领域，包括在AlGaN势垒层上表面的源极和漏极之间的局部设有P

【技术实现步骤摘要】
一种用于提高击穿电压的氮化镓器件及其制造方法


[0001]本专利技术属于半导体
，尤其涉及一种用于提高击穿电压的氮化镓器件及其制造方法。

技术介绍

[0002]氮化镓材料是宽能带半导体，击穿电场强度高，导热性好，铝镓氮/氮化镓异质结结构在界面处形成高电子迁移率和高饱和电子速率的二维电子气，氮化镓器件具有耐高温、耐高压、大功率、高频和抗辐照等优点，可以广泛应用于电子电力系统和通信系统。提高器件击穿电压是实现高性能GaN功率器件性能的关键技术之一。
[0003]相关研究发现，引入金属场板可以有效地降低场板附近的峰值电场强度，从而提高氮化镓器件的击穿电压，同时降低沟道中电子受强电场激发进入表面态的几率，抑制电流崩塌效应，提高器件性能。常用的场板制造技术有单层(双层)栅场板技术，源场板技术，源栅双场板技术，其中，栅极场板可以提高击穿电压50％以上，但是栅极场板增加了栅极电容，降低了器件开关速度；源场板在提高击穿电压时，不会增加源极电容，从而不会影响开关速度，但是由于源场板的介质层厚度比较大，又不能太靠近栅极漏端，提高击穿电压的效果不如栅场板好；栅源双场板结构结合了栅场板的击穿电压特性和源场板的低电容特性，但是专利技术人认为，由于源场板在栅场板上方，源场板要通过很厚的介质层才能调节沟道电场强度分布，并且离栅极漏端保留对准光刻需要的一定距离，源场板的效果因此降低了。为此，需要设计出一种用于提高击穿电压的氮化镓器件及其制造方法。
[0004]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强理解本公开的背景，并且因此可以包括不构成现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]专利技术人通过研究发现，由于源场板和栅场板不在同一层上，源场板要通过两层介质层才能调节沟道电场强度分布，并且离栅极漏端保留对准光刻需要的一定距离，导致源场板的效果降低，不能满足氮化镓器件提高击穿电压的效果的目的。
[0006]鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种用于提高击穿电压的氮化镓器件及其制造方法，具体技术方案如下：
[0007]一种用于提高击穿电压的氮化镓器件，包括自下而上依次外延的衬底层，缓冲层，沟道层，隔离层，AlGaN势垒层，AlGaN势垒层上表面分设有源极和漏极，在AlGaN势垒层上表面的源极和漏极之间的局部设有P
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GaN反型层，P
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GaN反型层上表面设有栅金属层，栅金属层上表面设有栅场板，栅场板的一侧设有第一源场板，源极上连接有第二源场板，第二源场板的另一端连接第一源场板，AlGaN势垒层上方各结构的缝隙中填充有介质薄膜，漏极部分上表面露出。
[0008]在本公开的一些实施例中，所述沟道层为高质量氮化镓沟道层。
[0009]在本公开的一些实施例中，所述隔离层为AlN隔离层。
[0010]在本公开的一些实施例中，所述介质薄膜的材料为SiO2或Si3N4。
[0011]在本公开的一些实施例中，所述栅场板的长度为0.5～1μm。
[0012]在本公开的一些实施例中，所述第一源场板的长度为1～2μm。
[0013]一种用于提高击穿电压的氮化镓器件的制造方法，包括自下而上依次外延的衬底层，缓冲层，高质量氮化镓沟道层，AlN隔离层，AlGaN势垒层，P
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GaN反型层；在栅极位置保留P
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GaN反型层，其余部分通过ICP刻蚀去除，在AlGaN势垒层上表面分设有通过电子束蒸发台沉积源极和漏极的欧姆接触金属，在AlGaN势垒层上制备第一层介质薄膜，在P
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GaN反型层上表面沉积栅金属层，在栅金属层上表面设栅场板，栅场板延伸至第一层介质薄膜上表面，在栅场板一侧的第一层介质薄膜上表面设有第一源场板，栅场板与第一源场板非直接接触，在第一层介质薄膜上制备第二层介质薄膜，源极金属连接有第二源场板，第二源场板的另一端穿过第二层介质薄膜连接第一源场板，通过刻蚀工艺暴露出漏极金属。
[0014]相比较现有技术而言，本专利技术具有以下有益效果：
[0015]本专利技术的栅场板与第一源场板都在第一层介质薄膜上，由于电容大小与介质薄膜的厚度成反比关系，这样的场板结构可以大大提高场板的提高器件击穿电压的效果，多层场板的设计即单层栅场板和双层源场板结构，栅场板和双层源场板的电场强度调节作用可以互相叠加达到提高击穿电压的效果，同时由于引入双层源场板结构，还避免了栅场板的电容效应所带来的开关速度减慢问题。
附图说明
[0016]图1为本专利技术中氮化镓器件结构的示意图；
[0017]图中标号说明：1、衬底层；2、缓冲层；3、沟道层；4、隔离层；5、AlGaN势垒层；61、源极；62、漏极；7、P
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GaN反型层；71、栅金属层；72、栅场板；81、第一源场板；82、第二源场板；9、介质薄膜；91、第一层介质薄膜；92、第二层介质薄膜。
具体实施方式：
[0018]为了更好地了解本专利技术的目的、结构及功能，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0019]本文中为部件所编序号本身，仅用于区分所表述的对象，不具有任何顺序或技术含义。在本申请的描述中，需要理解的是，方位术语“上”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简要描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0020]如附图部分的图1所示，设计出一种用于提高击穿电压的氮化镓器件，包括自下而上依次外延的衬底层1，缓冲层2，沟道层3，隔离层4，AlGaN势垒层5，AlGaN势垒层5上表面分设有源极61和漏极62，在AlGaN势垒层5上表面的源极61和漏极62之间的局部设有P
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GaN反型层7，P
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GaN反型层7上表面设有栅金属层71，栅金属层71上表面设有栅场板72，栅场板72的一侧设有第一源场板81，源极61上连接有第二源场板82，第二源场板82的另一端连接第一源场板81，AlGaN势垒层5上方各结构的缝隙中填充有介质薄膜9，漏极62部分上表面露
出。
[0021]还公开了一种用于提高击穿电压的氮化镓器件的制造方法，包括自下而上依次外延的衬底层1，缓冲层2，高质量氮化镓沟道层，AlN隔离层4，AlGaN势垒层5，P
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GaN反型层7；在栅极位置保留P
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GaN反型层7，其余部分通过ICP刻蚀去除，在AlGaN势垒层5上表面分设有通过电子束蒸发台沉积源极61和漏极62的欧姆接触金属，在AlGaN势垒层5上制备第一层介质薄膜91，在P
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GaN反型层7上表面沉积栅金属层71，在栅金属层71上表面设栅场板72，栅场板72延伸至第一层介质薄膜91上表面，在栅场板72一侧的第一层介质薄膜91上表面设有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于提高击穿电压的氮化镓器件，其特征在于：包括自下而上依次外延的衬底层(1)，缓冲层(2)，沟道层(3)，隔离层(4)，AlGaN势垒层(5)，AlGaN势垒层(5)上表面分设有源极(61)和漏极(62)，在AlGaN势垒层(5)上表面的源极(61)和漏极(62)之间的局部设有P
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GaN反型层(7)，P
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GaN反型层(7)上表面设有栅金属层(71)，栅金属层(71)上表面设有栅场板(72)，栅场板(72)的一侧设有第一源场板(81)，源极(61)上连接有第二源场板(82)，第二源场板(82)的另一端连接第一源场板(81)，AlGaN势垒层(5)上方各结构的缝隙中填充有介质薄膜(9)，漏极(62)部分上表面露出。2.根据权利要求1所述的用于提高击穿电压的氮化镓器件，其特征在于，所述沟道层(3)为高质量氮化镓沟道层。3.根据权利要求1所述的用于提高击穿电压的氮化镓器件，其特征在于，所述隔离层(4)为AlN隔离层。4.根据权利要求1所述的用于提高击穿电压的氮化镓器件，其特征在于，所述介质薄膜(9)的材料为SiO2或Si3N4。5.根据权利要求1所述的用于提高击穿电压的氮化镓器件，其特征在于，所述栅场板(72)的长度为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡旭宏，
申请(专利权)人：徐州金沙江半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：