一种共源共栅级联型GaN器件、限流装置及其制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及半导体技术领域，公开了一种共源共栅级联型GaN器件、限流装置及其制备方法。本发明专利技术制备集成于共源共栅级联型GaN器件的限流装置时，利用光刻技术在晶圆上形成离子注入区域和非离子注入区域，利用光刻胶作为掩膜材料，通过离子注入工艺去除所述离子注入区域处的2DEG，利用光刻技术在所述晶圆上形成欧姆接触区域，在所述欧姆接触区域上制作欧姆接触电极，最后利用热退火技术对所述欧姆接触电极进行处理。本发明专利技术的制备工艺与常用有源区隔离工艺兼容，且能够增加器件在不同工作温度下限流装置的相对稳定性及电阻的功率能力，从整体上优化了EMI控制效果。优化了EMI控制效果。优化了EMI控制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种共源共栅级联型GaN器件、限流装置及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种共源共栅级联型GaN器件、限流装置及其制备方法。

技术介绍

[0002]共源共栅级联(Cascode)型GaN(氮化镓)器件是由低压Si
‑
MOSFET与高压耗尽型GaN HEMT采用共源共栅的方式构成。高压耗尽型GaN HEMT的漏极为级联结构的漏极，低压Si
‑
MOSFET的栅极作为级联结构的栅极，最终实现增强型功能，共源共栅级联型GaN器件的结构如图1所示。
[0003]共源共栅级联型GaN器件兼具增强型操作、易驱动、卓越的反向恢复特性及高可靠性等特点，是目前商用GaN功率器件主流结构之一。然而，共源共栅级联型GaN器件在开通关断时采用外部电阻Rg控制di/dt和dv/dt的范围有限，EMI(电磁干扰)控制效果不佳。
[0004]在高压耗尽型GaN HEMT的栅极集成限流装置是一种有效增加EMI控制范围的方法，如图2所示。进一步地，限流装置可在栅极采用电阻Rg2和肖特基(SBD)串联的方式，并联在电阻Rg1上，则可以实现对GaN器件开通和关断速度的分别调节，兼顾EMI性能和开关损耗，如图3所示。
[0005]然而，在封装过程中，虽然可以通过在高压耗尽型GaN HEMT的栅极与低压Si
‑
MOSFET的源极之前引入无源电阻元件作为限流装置(如图4所示)，但其无疑增大了器件的寄生参数，对EMI的改善效果有限，同时也增大了封装成本。r/>[0006]不同于通过封装实现外部集成限流装置的方案，现有技术中提出通过金属条作为电阻结构来实现集成限流装置的方案。然而该方案通常很难通过多个金属条并联的方式来实现，而是要通过如图5所示的一定长度的单根金属条(金属厚度和宽度要很小)来实现。这种方案会占用更大的面积，导致晶圆上器件数量降低及单颗器件成本的增加，且金属的电阻率随温度的升高而增加，无法保证器件在不同工作温度下电阻的一致性，同样存在EMI控制效果不佳的缺陷。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种共源共栅级联型GaN器件、限流装置及其制备方法，解决了目前共源共栅级联型GaN器件的限流装置的实现方案存在EMI控制效果不佳的缺陷的技术问题。
[0008]本专利技术第一方面提供一种限流装置的制备方法，所述限流装置集成于共源共栅级联型GaN器件，所述制备方法包括：
[0009]利用光刻技术在晶圆上形成离子注入区域和非离子注入区域；多个所述非离子注入区域并联间隔设置，相邻两个所述非离子注入区域之间设置所述离子注入区域；
[0010]利用光刻胶作为掩膜材料，通过离子注入工艺去除所述离子注入区域处的2DEG(二维电子气)；所述晶圆包括从下往上依次设置的衬底、GaN层、所述2DEG和AlGaN层；
[0011]利用光刻技术在所述晶圆上形成欧姆接触区域；
[0012]在所述欧姆接触区域上制作欧姆接触电极；
[0013]利用热退火技术对所述欧姆接触电极进行处理。
[0014]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述非离子注入区域的并联数量基于共源共栅级联型GaN器件在应用过程中的开启/关断时间进行确定。
[0015]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述非离子注入区域的并联数量的求解公式为：
[0016][0017]式中，n表示非离子注入区域的并联数量，Q
oss_GaN
为共源共栅级联型GaN器件的高压耗尽型GaN HEMT的输出电荷，t
on/off
为共源共栅级联型GaN器件在应用过程中的开启/关断时间，J为2DEG允许通过的单位宽度最大电流密度，W为单个非离子注入区域的宽度。
[0018]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，单个所述非离子注入区域的长度基于所述并联数量和非离子注入区域的方块电阻进行确定。
[0019]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，单个所述非离子注入区域的长度的求解公式为：
[0020][0021]式中，L表示单个所述非离子注入区域的长度，R
g
为预置的共源共栅级联型GaN器件的外部电阻需求值，n为非离子注入区域的并联数量，R
sh
为非离子注入区域的方块电阻，W为单个非离子注入区域的宽度。
[0022]根据本专利技术第一方面的一种能够实现的方式，所述在所述欧姆接触区域上制作欧姆接触电极，包括：
[0023]对所述欧姆接触区域的介质进行刻蚀；
[0024]通过物理气相沉积和金属刻蚀工艺制作欧姆接触电极。
[0025]本专利技术第二方面提供一种限流装置，所述限流装置根据如上任意一项能够实现的方式所述的限流装置的制备方法制得。
[0026]本专利技术第三方面提供一种共源共栅级联型GaN器件，集成有：
[0027]如上所述的限流装置。
[0028]根据本专利技术第三方面的一种能够实现的方式，所述共源共栅级联型GaN器件还集成有：
[0029]与所述限流装置连接的SBD结构；所述SBD结构基于AlGaN/GaN异质结制备得到。
[0030]根据本专利技术第三方面的一种能够实现的方式，所述SBD结构包括：
[0031]第一SBD单元和第二SBD单元；
[0032]所述第一SBD单元和所述第二SBD单元的极性相反；
[0033]所述第一SBD单元与一个所述限流装置串联得到第一串联组，所述第二SBD单元与另一个所述限流装置串联得到第二串联组，所述第一串联组与所述第二串联组并联。
[0034]从以上技术方案可以看出，本专利技术具有以下优点：
[0035]本专利技术制备集成于共源共栅级联型GaN器件的限流装置的工艺包括：利用光刻技
术在晶圆上形成离子注入区域和非离子注入区域，利用光刻胶作为掩膜材料，通过离子注入工艺去除所述离子注入区域处的2DEG，利用光刻技术在所述晶圆上形成欧姆接触区域，在所述欧姆接触区域上制作欧姆接触电极，利用热退火技术对所述欧姆接触电极进行处理；本专利技术的制备工艺与常用有源区隔离工艺兼容，无需增加新的工艺步骤，便能实现晶圆级的集成；通过离子注入工艺实现限流装置，利用离子注入横向扩散的特点，能够降低2DEG体迁移率并减少迁移率对温度的变化率，相对于通过金属条来实现集成限流装置的方案，具有更平稳的温度稳定性，增加了器件在不同工作温度下限流装置的相对稳定性，能够满足在不同温度下对EMI改善的要求；本专利技术中多个非离子注入区域并联间隔设置，相邻两个非离子注入区域之间设置离子注入区域，可以避免离子注入区域发热，减少发热的区的聚集，增加电阻的功率能力，从而从整体上优化了EMI控制效果。
附图说明
[0036]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种限流装置的制备方法，所述限流装置集成于共源共栅级联型GaN器件，其特征在于，所述制备方法包括：利用光刻技术在晶圆上形成离子注入区域和非离子注入区域；多个所述非离子注入区域并联间隔设置，相邻两个所述非离子注入区域之间设置所述离子注入区域；利用光刻胶作为掩膜材料，通过离子注入工艺去除所述离子注入区域处的2DEG；所述晶圆包括从下往上依次设置的衬底、GaN层、所述2DEG和AlGaN层；利用光刻技术在所述晶圆上形成欧姆接触区域；在所述欧姆接触区域上制作欧姆接触电极；利用热退火技术对所述欧姆接触电极进行处理。2.根据权利要求1所述的限流装置的制备方法，其特征在于：所述非离子注入区域的并联数量基于共源共栅级联型GaN器件在应用过程中的开启/关断时间进行确定。3.根据权利要求2所述的限流装置的制备方法，其特征在于，所述非离子注入区域的并联数量的求解公式为：式中，n表示非离子注入区域的并联数量，Q
oss_GaN
为共源共栅级联型GaN器件的高压耗尽型GaN HEMT的输出电荷，t
on/off
为共源共栅级联型GaN器件在应用过程中的开启/关断时间，J为2DEG允许通过的单位宽度最大电流密度，W为单个非离子注入区域的宽度。4.根据权利要求2所述的限流装置的制备方法，其特征在于：单个所述非离子注入区域的长度基于所述并联数量和非离子注入区域的方块电阻进行确定。5.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴毅锋，杨超，高吴昊，
申请(专利权)人：珠海镓未来科技有限公司，
类型：发明
国别省市：