【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件，具体是指一种垂直型氮化镓功率晶体管及其制造方法。
技术介绍
1、氮化镓（gan）作为重要的第三代半导体材料之一，因其具有禁带宽度大、击穿场强高、电子迁移率高、耐高温等优点，很适合制造功率半导体器件。
2、从器件的拓扑结构分类，氮化镓功率晶体管可以分为横向功率晶体管与垂直型功率晶体管。氮化镓功率晶体管的研究早期以横向器件为主。氮化镓横向功率晶体管以低成本硅基氮化镓高电子迁移率晶体管（gan hemt）为代表，基于algan/gan异质结结构，利用异质结界面上产生的高浓度、高电子迁移率的二维电子气作为导电沟道。而横向gan hemt器件的击穿电压受缓冲层质量限制，目前主要应用于650 v以下的领域。
3、而相比于横向功率晶体管，氮化镓垂直型功率晶体管具有以下优势：（1）垂直结构可以在不增加芯片面积的情况下，通过增加漂移层的厚度来提升耐压，其更容易获得更高的击穿电压和更大的电流密度；（2）导电通道在器件内部，不易受到表面缺陷的影响，器件稳定性、可靠性更高；（3）电流导通路径的面积更大，能够承受更大的电流密度；（4）由于垂直结构电流在器件内部更为均匀，器件的热稳定性更佳。因此，垂直型氮化镓功率晶体管在高压、大功率领域具有更大的应用潜力。
4、垂直型氮化镓沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管（简称为垂直型氮化镓沟槽mosfet）是垂直型氮化镓功率晶体管中一种重要的结构，利用沟槽侧壁的mos结构来控制器件的开启和关断，其具有阈值电压高（可预防器件的误开启）、击穿电压高、具有雪崩击穿能
5、然而，目前的垂直型氮化镓沟槽mosfet的栅极沟槽结构，主要通过干法刻蚀形成，而干法刻蚀会对沟槽表面（包括底部和沟槽侧壁沟道）造成较大的损伤，引入额外的缺陷及陷阱态，进而带来器件沟道迁移率低、导通电阻增大、击穿电压降低(易发生漏极至栅极硬击穿)、器件栅极可靠性低等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种垂直型氮化镓功率晶体管及其制造方法，采用沟槽mosfet结构，通过氮化镓二次外延形成栅极沟槽结构，可避免通过传统干法刻蚀形成沟槽而引入的沟槽表面损伤问题。
2、本专利技术的实施例通过以下技术方案实现：
3、第一方面，一种垂直型氮化镓功率晶体管，包括从下到上设置的漏极金属、衬底、缓冲层、第一漂移层，二次外延形成的第二漂移层、沟道层、源极导电层，栅极介质层及栅极金属和源极金属，所述第二漂移层、沟道层、源极导电层的中部均开设有沟槽，所述栅极介质层和栅极金属均设置于所述沟槽内，所述栅极金属与所述栅极介质层的上部，所述第二漂移层、沟道层、源极导电层的一侧设置有器件隔离区域。
4、在本专利技术的一实施例中，所述衬底材料为n型氮化镓，厚度为100-500微米；所述缓冲层材料为高掺杂n型氮化镓，厚度为0.1-3微米，掺杂浓度为1×1018-1×1020cm-3；
5、在本专利技术的一实施例中，所述第一漂移层材料为低掺杂n型氮化镓，厚度为1-30微米，掺杂浓度为5×1015-1×1017cm-3。
6、在本专利技术的一实施例中，所述第二漂移层材料为低掺杂n型氮化镓，掺杂浓度为5×1015-1×1017cm-3,厚度为50-2000nm。
7、在本专利技术的一实施例中，所述第二漂移层的厚度大于栅极介质层的厚度。
8、在本专利技术的一实施例中，所述沟道层材料为p型氮化镓，使用镁掺杂，掺杂浓度为1×1017-1×1020cm-3,厚度为200 -2000nm；所述源极导电层材料为高掺杂n型氮化镓，掺杂浓度为1×1018-1×1020cm-3,厚度一般为200-500nm。
9、第二方面，一种垂直型氮化镓功率晶体管的制造方法，包括上述的一种垂直型氮化镓功率晶体管，还包括；
10、通过氮化镓二次外延形成栅极沟槽区域；
11、栅极介质层沉积；
12、源极金属沉积；
13、漏极金属沉积；
14、栅极金属沉积；
15、通过离子注入进行器件隔离。
16、在本专利技术的一实施例中，所述通过氮化镓二次外延形成栅极沟槽区域包括；
17、在第一漂移层上沉积一层sio2掩膜层,对sio2掩膜层进行光刻和选择性刻蚀，保留栅极沟槽区域sio2掩膜层；
18、通过mocvd法进行氮化镓二次外延，得到第二漂移层、沟道层、源极导电层；
19、用buffered oxide etchant溶液去除sio2掩膜层，sio2掩膜层上的氮化镓外延层也随之被去除，进而形成了栅极沟槽区域；
20、sio2掩膜层的厚度需大于氮化镓二次外延的第二漂移层、沟道层、源极导电层厚度的总和；
21、在形成沟槽区域后，进行快速热退火(rta)，对使用镁掺杂的p型氮化镓沟道层进行激活。
22、本专利技术实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
23、采用本专利技术所提供的方案，主要包括了包括从下到上设置的漏极金属、衬底、缓冲层、第一漂移层，二次外延形成的第二漂移层、沟道层、源极导电层，栅极介质层及栅极金属和源极金属。本专利技术通过氮化镓二次外延形成沟槽结构，可避免干法刻蚀引入的沟槽表面损伤问题。通过本专利技术提供的技术方案制备的垂直型氮化镓功率晶体管具有更高的沟道迁移率、更低的导通电阻、更高的击穿电压以及更高的栅极可靠性。
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1.一种垂直型氮化镓功率晶体管，其特征在于，包括从下到上设置的漏极金属（111）、衬底（101）、缓冲层（102）、第一漂移层（103），二次外延形成的第二漂移层（104）、沟道层（105）、源极导电层（106），栅极介质层（107）及栅极金属（109）和源极金属（108），所述第二漂移层（104）、沟道层（105）、源极导电层（106）的中部均开设有沟槽，所述栅极介质层（107）和栅极金属（109）均设置于所述沟槽内，所述栅极金属（109）与所述栅极介质层（107）的上部，所述第二漂移层（104）、沟道层（105）、源极导电层（106）的一侧设置有器件隔离区域（110）。
2.根据权利要求1所述的一种垂直型氮化镓功率晶体管，其特征在于，所述衬底（101）材料为n型氮化镓，厚度为100-500微米；所述缓冲层（102）材料为高掺杂n型氮化镓，厚度为0.1-3微米，掺杂浓度为1×1018-1×1020cm-3。
3.根据权利要求1所述的一种垂直型氮化镓功率晶体管，其特征在于，所述第一漂移层（103）材料为低掺杂n型氮化镓，厚度为1-30微米，掺杂浓度为5×1
4.根据权利要求1所述的一种垂直型氮化镓功率晶体管，其特征在于，所述第二漂移层（104）材料为低掺杂n型氮化镓，掺杂浓度为5×1015-1×1017cm-3,厚度为50-2000nm。
5.根据权利要求1所述的一种垂直型氮化镓功率晶体管，其特征在于，所述第二漂移层（104）的厚度大于栅极介质层（107）的厚度。
6.根据权利要求1所述的一种垂直型氮化镓功率晶体管，其特征在于，所述沟道层（105）材料为p型氮化镓，使用镁掺杂，掺杂浓度为1×1017-1×1020cm-3,厚度为200 -2000nm；所述源极导电层（106）材料为高掺杂n型氮化镓，掺杂浓度为1×1018-1×1020cm-3,厚度为200-500nm。
7.一种垂直型氮化镓功率晶体管的制造方法，其特征在于，包括权利要求1-6任一所述的一种垂直型氮化镓功率晶体管，还包括；
8.一种垂直型氮化镓功率晶体管的制造方法，其特征在于，所述通过氮化镓二次外延形成栅极沟槽区域包括；
...【技术特征摘要】
1.一种垂直型氮化镓功率晶体管，其特征在于，包括从下到上设置的漏极金属（111）、衬底（101）、缓冲层（102）、第一漂移层（103），二次外延形成的第二漂移层（104）、沟道层（105）、源极导电层（106），栅极介质层（107）及栅极金属（109）和源极金属（108），所述第二漂移层（104）、沟道层（105）、源极导电层（106）的中部均开设有沟槽，所述栅极介质层（107）和栅极金属（109）均设置于所述沟槽内，所述栅极金属（109）与所述栅极介质层（107）的上部，所述第二漂移层（104）、沟道层（105）、源极导电层（106）的一侧设置有器件隔离区域（110）。
2.根据权利要求1所述的一种垂直型氮化镓功率晶体管，其特征在于，所述衬底（101）材料为n型氮化镓，厚度为100-500微米；所述缓冲层（102）材料为高掺杂n型氮化镓，厚度为0.1-3微米，掺杂浓度为1×1018-1×1020cm-3。
3.根据权利要求1所述的一种垂直型氮化镓功率晶体管，其特征在于，所述第一漂移层（103）材料为低掺杂n型氮化镓，厚度为1...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱仁强，罗鹏，刘勇，刘家才，秦尧，
申请(专利权)人：成都氮矽科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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