一种缓冲层荷电RESURF HEMT器件制造技术

本发明专利技术属于功率半导体技术领域，特别涉及一种缓冲层荷电RESURF HEMT器件。本发明专利技术的技术方案，主要通过在较厚的缓冲层中引入负电荷，达到提高器件击穿电压或者阈值电压的目的，且不会引入附加寄生电容，同时与在较薄的势垒层中引入电荷相比，在较厚的缓冲层中引入电荷可靠性更好，工艺容差更大。另外，本发明专利技术在现在工艺技术的基础上就可实现。本发明专利技术尤其适用于HEMT器件。

【技术实现步骤摘要】
一种缓冲层荷电RESURFHEMT器件
本专利技术属于功率半导体
，特别涉及一种缓冲层荷电RESURFHEMT器件。
技术介绍
宽禁带半导体氮化镓(GaN)具有高临界击穿电场(～3.3×106V/cm)、高电子迁移率(～2000cm2/V·s)等特性，且基于GaN材料的异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)还具有高浓度(～1013cm-2)的二维电子气(2DEG)沟道，使得GaNHEMT器件具有反向阻断电压高、正向导通电阻低、工作频率高等特性，在大电流、低功耗、高压开关器件应用领域具有巨大的应用前景。通常，常关型功率器件具有两个方面优点：一方面是关态时，减小电力电子系统中的漏电流，降低因漏电流通导致的功耗；另一方面是可以直接应用在简单的逆变电路中，如在常规电路中，常开型器件的次级电路通常需要一个常关型阻断器件，因此在实际功率系统中，为了减少器件数目和提高集成度，所以采用常关型器件，其可以有效减少系统功耗。然而常规的GaNHEMT是常开型的，所以，一直以来，关于GaN基HEMT的研究主要集中在如何实现增强型的理论和技术研究，GaN基HEMT并未充分发挥GaN高临界击穿电场的优势，仅有少量文章通过采用场板等技术提高GaN基HEMT的阻断电压。功率开关器件的关键是实现高击穿电压、低导通电阻和高可靠性。HEMT器件的击穿主要是由于栅肖特基结的泄漏电流和通过缓冲层的泄漏电流引起的。要提高器件耐压，纵向上需要增加缓冲层的厚度和质量，这主要由工艺技术水平决定；横向上需要漂移区长度增加，这不仅使器件(或电路)的芯片面积增加、成本增大，更为严重的是，器件的导通电阻增大，进而导致功耗急剧增加，且器件开关速度也随之降低。为了充分利用GaN材料的高临界击穿电场等优异特性，提高器件耐压，业内研究者进行了许多研究。其中场板技术是一种用来改善器件耐压的常用终端技术，文献(J.Li,et.al.“HighbreakdownvoltageGaNHFETwithfieldplate”IEEEElectronLett.,vol.37,No.3,pp.196–197,February.2001.)采用了与栅短接的场板，如图1所示，场板的引入可以降低主结的曲率效应和电场尖峰，从而提高耐压。然而场板的引入会使器件寄生电容增大，影响器件的高频和开关特性。在缓冲层中引入P-GaN也被用作提高器件的关态击穿电压，文献(ShreepadKarmalkar，et.al.“RESURFAlGaN/GaNHEMTforHighVoltagePowerSwitching”IEEEElectronDeviceLetters,VOL.22,NO.8,AUGUST2001)通过引入P-GaN提高了器件耐压，如图2所示，P-GaN的引入可以提高器件的纵向耐压，避免器件过早击穿。但是P-GaN的激活率很低，改善耐压的效果有限。氟(F)离子处理技术(F基等离子体处理)最开始被用作一种制作增强型HEMT的方法，文献(YongCai，et.al.“High-performanceenhancement-modeAlGaN/GaNHEMTsusingfluoride-basedplasmatreatment”,IEEEElectronDeviceLett,Vol.26,No.7,July2005)采用氟离子处理技术实现了增强型HEMT器件，如图3所示，该器件通过在AlGaN/GaNHEMT栅下的AlGaN势垒层中注入氟离子，由于氟离子的强电负性，可以有效的耗尽沟道区的强二维电子气，从而实现增强型HEMT器件。借助于氟离子的强电负性，研究者们还将其用于提升GaNHEMT器件的反向耐压特性，获得了显著的效果。文献(Young-ShilKim,et.al.“HighBreakdownVoltageAlGaN/GaNHEMTbyEmployingSelectiveFluoridePlasmaTreatment”,Proc.ISPSD,SanDiego,CA,May2011)在栅漏之间的势垒层中引入低浓度的氟离子，使势垒层荷电(具有负电荷)，如图4所示，带负电性的氟离子可有效调制器件表面电场，使器件横向电场分布更加均匀，从而提高器件的击穿电压，且不会引入附加寄生电容。上述氟离子处理技术的原理是在半导体中引入固定的负电荷，耗尽或者部分耗尽HEMT器件异质结中的2DEG，以达到提高器件阈值电压或提高器件击穿电压的目的，但是在半导体势垒层中引入负电荷会对半导体材料造成损伤，减小2DEG浓度和迁移率，从而影响器件正向电流能力，且对很薄的半导体势垒层进行工艺处理，器件的可靠性也会受到严重影响。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是为了上述问题，提出一种缓冲层荷电RESURFHEMT器件。本专利技术的技术方案：一种缓冲层荷电RESURFHEMT器件，包括衬底1、位于衬底1上层的缓冲层2、位于缓冲层2上层的势垒层3和位于势垒层3上层的钝化层4，所述缓冲层2与势垒层3形成异质结；所述势垒层3上表面两端分别设置有源电极6和漏电极7，在源电极6和漏电极7之间设置有栅电极8；其特征在于，所述缓冲层2中具有第一负荷电埋层5；所述第一负荷电埋层5位于栅电极8和漏电极7之间的钝化层下方。本专利技术总的技术方案，为了充分利用GaN基材料的高临界击穿电场和高电子饱和速度等特性，优化器件表面电场以提升耐压，本专利技术提出一种缓冲层荷电RESURFHEMT器件。本专利技术的方案采用在栅-漏之间沟道下方的缓冲层介质中引入负电荷埋层，负电荷可优化器件表面电场，减小栅靠漏端的电场峰值，使表面电场分布更为均匀，从而获得耐压的提升。采用本专利技术，一方面，缓冲层中的负电荷用于优化器件表面电场，在没有场板的情况下较大的提高了器件的击穿电压，且不会引入附加的寄生电容；另一方面，缓冲层中的电荷浓度较低，缓冲层荷电的过程避免了对势垒层的损伤，从而对沟道中2DEG的浓度和迁移率影响很小，保证了器件具有很好的正向电流能力。此外，缓冲层厚度可选择性大，工艺容差较大，与在较薄的势垒层中引入电荷相比，较厚的缓冲层中引入电荷可靠性更好。本专利技术所公布的器件制备工艺与传统工艺兼容。进一步的，所述第一负荷电埋层5的宽度等于栅电极8和漏电极7之间的钝化层宽度。进一步的，所述第一负荷电埋层5的宽度小于栅电极8和漏电极7之间的钝化层宽度。更进一步的，所述第一负荷电埋层5由多层在竖直方向上相互平行且大小相同的负荷电埋层构成。更进一步的，所述缓冲层2中还具有第二负荷电层9；所述第二负荷电层9位于栅电极8下方；所述第一负荷电层5与第二负荷电层9相互独立。更进一步的，所述栅电极8与势垒层3之间还具有绝缘栅介质10。进一步的，所述绝缘栅介质10带有负电荷，形成荷电栅介质区11。更进一步的，所述栅电极8与势垒层3形成肖特基接触。再进一步的，所述第一负电荷埋层5的掺杂方式为均匀掺杂、横向分段阶梯掺杂和横向线性掺杂中的一种。进一步的，所述缓冲层2采用的材料为GaN、AlN、AlGaN中的一种或几种的组合；所述势垒层3采用的材料为GaN、AlN、AlGaN、InGaN、InAlN中的一种或几种的组合；所述衬底1采用的材料为蓝宝石、硅、碳化硅、氮化铝、氮化镓中的一种或几种的组合。本专利技术的有益效果为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种缓冲层荷电RESURF HEMT器件，包括衬底(1)、位于衬底(1)上层的缓冲层(2)、位于缓冲层(2)上层的势垒层(3)和位于势垒层(3)上层的钝化层(4)，所述缓冲层(2)与势垒层(3)形成异质结；所述势垒层(3)上表面两端分别设置有源电极(6)和漏电极(7)，在源电极(6)和漏电极(7)之间设置有栅电极(8)；其特征在于，所述缓冲层(2)中具有第一负荷电埋层(5)；所述第一负荷电埋层(5)位于栅电极(8)和漏电极(7)之间的钝化层下方。

【技术特征摘要】
1.一种缓冲层荷电RESURFHEMT器件，包括衬底(1)、位于衬底(1)上层的缓冲层(2)、位于缓冲层(2)上层的势垒层(3)和位于势垒层(3)上层的钝化层(4)，所述缓冲层(2)与势垒层(3)形成异质结；所述势垒层(3)上表面两端分别设置有源电极(6)和漏电极(7)，在源电极(6)和漏电极(7)之间设置有栅电极(8)；其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗小蓉，杨超，熊佳云，魏杰，周坤，吴俊峰，张波，李肇基，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51