一种交叉增强型GaNHEMT器件及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及GaN HEMT器件技术领域，解决了GaN HEMT器件反向导通时会产生较大的反向电压，导致反向导通功耗过大，尤其涉及一种交叉增强型GaN HEMT器件及其制备工艺，包括HEMT器件，以及生长在HEMT器件上的旁路快恢复二极管器件，旁路快恢复二极管器件包括在绝缘介质层上外延生长低掺杂的二极管漂移区，以及在二极管漂移区刻蚀有用于绝缘隔绝并使电流导通路径变长的四个双向并列设置的深氧化层沟槽。本发明专利技术通过在二极管漂移区中引入四个双向并列设置的深氧化层沟槽结构，能够减小反向恢复时间，避免了动态穿通、抑制振荡以及源漏极压降过大，减小了GaN HEMT器件的开关损耗并增加可靠性。靠性。靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种交叉增强型GaN HEMT器件及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及GaN HEMT器件
，尤其涉及一种交叉增强型GaN HEMT器件及其制备工艺。

技术介绍

[0002]目前，由于GaN HEMT(High Electron Mobility Transistor高电子迁移率晶体管)器件具备优异的功率及频率特性，高击穿和低噪声特性，广泛应用于移动通信、雷达等领域，然而，基于GaN HEMT器件固有的特性，在反向导通时会产生较大的反向电压，会造成较大损耗。
[0003]根据P=UI，电流不变情况下，电压越大，功率就越大，功耗也就越大，因此GaN HEMT器件存在反向导通时无低阻电流路径，导致反向导通功耗过大，以及源漏极压降过大的问题，并且无法满足GaN HEMT器件在大电压、大电感应用场景下的应用需求，从而限制了GaN HEMT器件的广泛应用。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种交叉增强型GaN HEMT器件及其制备工艺，解决了GaN HEMT器件反向导通时会产生较大的反向电压，导致反向导通功耗过大，以及源漏极压降过大的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种交叉增强型GaN HEMT器件，该GaN HEMT器件包括HEMT器件，以及生长在HEMT器件上的旁路快恢复二极管器件，所述旁路快恢复二极管器件包括在绝缘介质层上外延生长低掺杂的二极管漂移区，以及在二极管漂移区刻蚀有用于绝缘隔绝并使电流导通路径变长的N≥2个双向并列设置的深氧化层沟槽；N≥2个深氧化层沟槽相互交叉分布，且N≥2个深氧化层沟槽之间的间距为1～5um，单个深氧化层沟槽的深度为5～20um，宽度为5～20um，且二极管漂移区的深度为1～10um。
[0006]进一步地，所述旁路快恢复二极管器件还包括在二极管漂移区上方对应位置干刻蚀后，再刻蚀区域P型重掺杂和N型重掺杂分别形成的P型重掺杂区和N型重掺杂区，在P型重掺杂区和N型重掺杂区分别淀积并光刻形成阳极和阴极。
[0007]进一步地，所述HEMT器件包括：基底层，所述基底层作为HEMT器件的基础平台；其中，生长在基底层上的外延层，所述外延层用于保护二维电子气的二维特性并增强HEMT器件，其包括用于耗尽二维电子气的P型氮化镓层；设置在外延层表面上的源极区域和漏极区域，所述源极区域和漏极区域分别具有提高HEMT器件耐压能力的第一场板结构和第二场板结构，且第一场板结构的长度大于第二场板结构的长度；以及设置在源极区域和漏极区域之间且靠近源极区域的栅极区域，第一场板结构
超过部分的栅极区域，所述栅极区域位于P型氮化镓层的上表面，所述栅极区域的金属延伸至面向漏极区域的P型氮化镓层边缘上；以及分别生长在源极区域和漏极区域上且金属互连的第一源极金属和第一漏极金属，所述第一源极金属延伸至栅极区域形成第三场板结构，所述第一漏极金属具有第四场板结构；其中还包括分别生长在第一源极金属和第一漏极金属上且金属互连的第二源极金属和第二漏极金属，用于绝缘隔绝的绝缘介质层，所述绝缘介质层覆盖部分的外延层上表面以及源极区域、漏极区域、栅极区域、第一源极金属、第一漏极金属、第二源极金属和第二漏极金属以及第一场板结构、第二场板结构、第三场板结构和第四场板结构。
[0008]进一步地，所述源极区域为欧姆接触，且形成所述源极区域的材料包括钛、铝、铜、金中的至少一种；所述漏极区域为欧姆接触，且形成所述漏极区域的材料包括钛、铝、铜、金中的至少一种；形成所述栅区域极的材料包括铜、金、钯和铂中的至少一种。
[0009]进一步地，形成所述绝缘介质层的材料包括氧化铝、氮化硅中的至少一种。
[0010]进一步地，所述基底层包括：采用QST基底作为基础平台的衬底层，以及在衬底层中由氧注入形成的埋氧层，且埋氧层的厚度不低于1um。
[0011]所述衬底层的材料包括n型或本征的氮化镓、铝镓氮、铟镓氮、铝铟镓氮、磷化铟、砷化镓、碳化硅、金刚石、蓝宝石、锗和硅中的至少一种。
[0012]进一步地，所述外延层包括：在衬底层上生长一层GaN材料作为HEMT器件的缓冲层和沟道层，所述缓冲层用于保护2DEG的二维特性，所述沟道层覆盖所述缓冲层，所述沟道层用于作为传输2DEG的通道；以及设置在沟道层表面且远离衬底层的势垒层，所述势垒层与缓冲层形成异质结，且源极区域和漏极区域均设置在势垒层的表面并与其形成欧姆接触；以及选择性刻蚀至势垒层上的P型氮化镓层，所述P型氮化镓层与缓冲层形成用于耗尽沟道层中2DEG的PN结。
[0013]进一步地，形成所述缓冲层的材料包括n型或非故意掺杂的氮化镓和铟镓氮中的至少一种，且所述缓冲层的厚度为1～10um，形成所述沟道层的材料为非故意掺杂的氮化镓，且所述沟道层的厚度为300～500nm。
[0014]进一步地，形成所述势垒层的材料包括AlmGanN，其中，0.1≤m≤0.3，0.7≤n≤0.9，且所述势垒层的厚度为5～100nm，形成P型氮化镓层的材料包括P型氮化镓，P型氮化镓层的厚度为50～1000nm。
[0015]该技术方案还提供了一种用于实现上述GaN HEMT器件的制备工艺，包括以下步骤：S1、基底层的生长，采用QST基底作为基础，在基底上通过氧注入工艺形成一层厚度不小于0.1 um的埋氧层，进一步提高隔离性，增加HEMT器件的性能，而后在埋氧层上再次生长一层基底形成衬底层；S2、外延层的生长，采用CVD工艺在基底层上生长外延层，外延层包括缓冲层、沟道层、势垒层，最后是P型氮化镓层，具体为在第二层基底之上通过CVD工艺生长一层GaN材料作为HEMT器件的缓冲层
和沟道层，缓冲层和沟道层厚度不低于10nm，同样采用CVD工艺生长AlGaN材料，Al组分不低于0.1，作为势垒层和P型氮化镓层，势垒层的厚度为5～100nm，P型氮化镓层的厚度为50～1000nm；S3、势垒层的表面钝化，使用掩膜板对P型氮化镓层进行干法刻蚀，P型氮化镓层是选择性刻蚀至势垒层，然后淀积绝缘介质层的氧化物以钝化P型氮化镓层和势垒层的表面；S4、打开P型氮化镓层上的栅极区域的接触区，使用掩膜板干刻蚀P型氮化镓层上的氧化物以形成栅极区域的接触区；S5、栅极区域的金属淀积和刻蚀成型，先淀积栅极的金属层，然后使用掩膜板刻蚀掉多余区域，干刻蚀栅极金属延伸到面向漏极区域的P型氮化镓层边缘上，以形成栅极区域与栅极场板；S6、打开沟道层上的源极区域和漏极区域的接触区，在栅极金属顶部淀积一层绝缘介质层氧化物，然后加掩模板刻蚀掉多余区域，干刻蚀氧化物和势垒层到达或进入沟道层，以形成源极区域和漏极区域的接触区；S7、源极区域和漏极区域的金属淀积和刻蚀成型，先淀积形成源极区域和漏极区域的金属层，然后使用掩膜板刻蚀掉多余区域，干刻蚀源极金属延伸至栅极区域，形成源极区域的第一场板结构；S8、打开沟道层上的第一源极金属和第一漏极金属的接触区，在源极金属和漏极金属的顶部淀积一层绝缘介质层氧化物，然后加掩模板刻蚀掉多余区域，干刻蚀至源极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种交叉增强型GaN HEMT器件，该交叉增强型GaN HEMT器件包括HEMT器件（1），以及生长在HEMT器件（1）上的旁路快恢复二极管器件（2），其特征在于：所述旁路快恢复二极管器件（2）包括在绝缘介质层上外延生长低掺杂的二极管漂移区（21），以及在二极管漂移区（21）刻蚀有用于绝缘隔绝并使电流导通路径变长的N≥2个双向并列设置的深氧化层沟槽（22）；N≥2个深氧化层沟槽（22）相互交叉分布，且N≥2个深氧化层沟槽（22）之间的间距为1～5um，单个深氧化层沟槽（22）的深度为5～20um，宽度为5～20um，且二极管漂移区（21）的深度为1～10um。2.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件，其特征在于，所述旁路快恢复二极管器件（2）还包括在二极管漂移区（21）上方对应位置干刻蚀后，再刻蚀区域P型重掺杂和N型重掺杂分别形成的P型重掺杂区（23）和N型重掺杂区（24），在P型重掺杂区（23）和N型重掺杂区（24）分别淀积并光刻形成阳极和阴极。3.根据权利要求1所述的GaN HEMT器件，其特征在于，所述HEMT器件（1）包括：基底层（11），所述基底层（11）作为HEMT器件（1）的基础平台；其中，生长在基底层（11）上的外延层（12），所述外延层（12）用于保护二维电子气的二维特性并增强HEMT器件（1），其包括用于耗尽二维电子气的P型氮化镓层（124）；设置在外延层（12）表面上的源极区域（13）和漏极区域（14），所述源极区域（13）和漏极区域（14）分别具有提高HEMT器件（1）耐压能力的第一场板结构和第二场板结构，且第一场板结构的长度大于第二场板结构的长度；以及设置在源极区域（13）和漏极区域（14）之间且靠近源极区域（13）的栅极区域（15），第一场板结构超过部分的栅极区域（15），所述栅极区域（15）位于P型氮化镓层（124）的上表面，所述栅极区域（15）的金属延伸至面向漏极区域（14）的P型氮化镓层（124）边缘上；以及分别生长在源极区域（13）和漏极区域（14）上且金属互连的第一源极金属（16）和第一漏极金属（17），所述第一源极金属（16）延伸至栅极区域（15）形成第三场板结构，所述第一漏极金属（17）具有第四场板结构；其中还包括分别生长在第一源极金属（16）和第一漏极金属（17）上且金属互连的第二源极金属（18）和第二漏极金属（19）；用于绝缘隔绝的绝缘介质层（110），所述绝缘介质层（110）覆盖部分的外延层（12）上表面以及源极区域（13）、漏极区域（14）、栅极区域（15）、第一源极金属（16）、第一漏极金属（17）、第二源极金属（18）和第二漏极金属（19）以及第一场板结构、第二场板结构、第三场板结构和第四场板结构。4.根据权利要求3所述的GaN HEMT器件，其特征在于，所述源极区域（13）为欧姆接触，且形成所述源极区域（13）的材料包括钛、铝、铜、金中的至少一种；所述漏极区域（14）为欧姆接触，且形成所述漏极区域（14）的材料包括钛、铝、铜、金中的至少一种；形成所述栅区域（15）极的材料包括铜、金、钯和铂中的至少一种。5.根据权利要求3所述的GaN HEMT器件，其特征在于，形成所述绝缘介质层（110）的材料包括氧化铝、氮化硅中的至少一种。6.根据权利要求3所述的GaN HEMT器件，其特征在于，所述基底层（11）包括：采用基底作为基础平台的衬底层（111），以及在衬底层（111）中由氧注入形成的埋氧层（112），且埋氧层（112）的厚度为1～10um。
7.根据权利要求6所述的GaN HEMT器件，其特征在于，所述外延层（12）包括：在衬底层（111）上生长一层GaN材料作为HEMT器件（1）的缓冲层（121）和沟道层（122），所述缓冲层（121）用于保护2DEG的二维特性，所述沟道层（122）覆盖所述缓冲层（121），所述沟道层（122）用于作为传输2DEG的通道；以及设置在沟道层（122）表面且远离衬底层（111）的势垒层（123），所述势垒层（123）与缓冲层（121）形成异质结，且源极区域（13）和漏极区域（14）均设置在势垒层（123）的表面并与其形成欧姆接触；以及选择性刻蚀至势垒层（123）上的P型氮化镓层（124），所述P型氮化镓层（124）与缓冲层（121）形成用于耗尽沟道层（122）中2DEG的PN结。8.根据权利要求7所述的GaN HEMT器件，其特征在于，形成所述缓冲层（121）的材料包括n型或非故意掺杂的氮化镓和铟镓氮中的至少一种，且所述缓冲层（121）的厚度为1～10um，形成所述沟道层（122）的材料为非故意掺杂的氮化镓，且所述沟...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄明乐，
申请(专利权)人：合肥仙湖半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：