一种逆阻型氮化镓器件制造技术

本发明专利技术属于半导体技术领域，具体的说是涉及一种逆阻型氮化镓器件。本发明专利技术针对常规的逆阻型AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管与传统硅CMOS工艺不兼容以及器件制备温度高等问题，提出了一种无欧姆接触的逆阻型氮化镓器件。本发明专利技术所提出的逆阻型氮化镓器件具有与传统硅工艺兼容、可低温制备等优点。

Reverse resistance type gallium nitride device

The invention belongs to the field of semiconductor technology, in particular relates to a reverse resistance type gallium nitride device. The present invention for reverse blocking AlGaN/GaN heterojunction high electron mobility transistor CMOS is not compatible with traditional silicon technology and device fabrication problems of higher temperature conventional, proposes an inverse resistance type Gan ohmic contact. The reverse resistance gallium nitride device provided by the invention has the advantages of compatibility with traditional silicon process and low temperature preparation.

【技术实现步骤摘要】
一种逆阻型氮化镓器件
本专利技术属于半导体
，具体的说是涉及一种逆阻型氮化镓器件。
技术介绍
电力电子技术是现代科学、工业和国防的重要支撑技术，其中功率半导体器件既是电力电子技术的基础，也是电力电子技术发展的强大动力，功率半导体器件的发展对电力电子技术的发展起着决定性作用。其中，以功率MOS场效应管(MOSFET)和绝缘栅晶体管(IGBT)为代表的新型功率半导体器件占据了主导地位，在4C电子产品、工业控制、国防装备等领域发挥着重要作用。然而，以硅材料为基础的功率MOSFET器件越来越显示出其不足和局限性。宽禁带半导体材料具有更优的材料特性，有望解决当今功率半导体器件发展所面临的“硅极限”问题。宽禁带半导体材料GaN具有宽带隙、高电子饱和漂移速度、高热导率、高临界击穿电场等突出优点，极大地提高了GaN电力电子器件耐压容量、工作频率和电流密度，大大降低了器件导通损耗，使器件可以在大功率和高温等恶劣条件下工作。特别是硅基氮化镓技术结合了GaN材料的性能优势和硅技术的成本优势，已成为国际功率半导体领域战略制高点，受到世界各国政府高度重视。与传统的Si基电力电子器件相比，目前已实用化的宽禁带半导体电力电子器件可将功耗降低一半，从而减少甚至取消冷却系统，大幅度降低电力变换器的体积和重量。宽禁带半导体电力电子器件具有非常广泛的军用和民用价值，如坦克、舰艇、飞机、火炮等军事设备的功率电子系统领域、以及民用电力电子设备、家用电器、列车牵引设备、高压直流输电设备，也正在应用到PC、混合动力车辆、电动汽车，太阳能发电等系统。在这些新型电力电子系统中，GaN电力电子器件是最核心的关键技术之一，可大大降低电能的消耗，因此也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源”器件。基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)(或异质结场效应晶体管HFET，调制掺杂场效应晶体管MODFET)在半导体领域已经取得广泛应用。但是常规的AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管不具备反向阻断能力，当漏极电压反向时，会出现较大的反向电流。这种情况在实际工作中可能会导致器件或者系统的损坏。为解决这些问题，近年来人们提出了几种逆阻型AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管。但是常规的逆阻型AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管都存在欧姆接触，需要金等重金属以及在高温条件下制备，使得器件与传统的硅工艺不兼容。并且在高温欧姆退火过程中，器件表面将会被氧化，这会导致表面态的产生。这些表面陷阱会俘获电子，使得器件在动态开关过程中会产生较大动态电阻。
技术实现思路
本专利技术的目的，是针对常规的逆阻型AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管与传统硅CMOS工艺不兼容以及器件制备温度高等问题，提出了一种无欧姆接触的逆阻型氮化镓器件。本专利技术所提出的逆阻型氮化镓器件具有与传统硅工艺兼容、可低温制备等优点。本专利技术的技术方案是：一种逆阻型氮化镓器件，包括从下至上依次层叠设置的衬底1、GaN层2和MGaN层3，所述GaN层2和MGaN层3形成异质结；所述M为除Ga之外的Ⅲ族元素；其特征在于，所述氮化镓器件具有肖特基源极结构、肖特基漏极结构和绝缘栅极结构；所述肖特基源极结构位于GaN层2上表面一端，肖特基源极结构由底部嵌入GaN层2上表面的源极肖特基接触电极4形成，源极肖特基接触电极4的侧面与MGaN层3接触；所述肖特基漏极结构位于GaN层2上表面另一端，肖特基漏极结构由底面与MGaN层3接触的漏极肖特基接触电极5形成；所述绝缘栅极结构位于与源极肖特基接触电极4相邻的MGaN层3上表面，绝缘栅极结构由绝缘栅介质7和位于绝缘栅介质7上金属栅电极8构成，且金属栅电极8的底部嵌入MGaN层3上层，金属栅电极8与源极肖特基接触电极4之间通过绝缘栅介质7隔离，所述绝缘栅介质7和金属栅电极8沿源极肖特基接触电极4的上表面向远离肖特基漏极结构的方向延伸，所述绝缘栅介质7还沿MGaN层3上表面延伸至与漏极肖特基接触电极5接触，金属栅电极8沿绝缘栅介质7的上表面向漏极肖特基接触电极5的方向延伸。本专利技术总的技术方案，与传统结构的主要区别是，源极和漏极都是肖特基接触结构而非传统的欧姆接触结构，同时在肖特基源极结构附近的引入一个栅极结构以控制源极肖特基接触的能带结构来器件的实现开启与关断。由于本专利技术中只存在肖特基接触，不需要利用金等重元素金属，可以与传统的CMOS工艺兼容。同时，本专利技术不需要高温退火工艺，器件可以在较低的温度下制备，可以避免器件表面被氧化等问题。进一步的，所述漏极肖特基接触电极5的底部嵌入MGaN层3上层，且绝缘栅介质7沿漏极肖特基接触电极5侧面延伸至部分漏极肖特基接触电极5的底部，使漏极肖特基接触电极5嵌入MGaN层3上层部分的侧面和部分底面与MGaN层3通过绝缘栅介质7隔离。进一步的，所述漏极肖特基接触电极5底部不与绝缘栅介质7接触的部分，向下延伸至嵌入GaN层2上层。进一步的，所述衬底1采用的材料为硅、蓝宝石、碳化硅和氮化镓中的一种。进一步的，所述绝缘栅介质7采用的材料为SiO2、Si3N4、AlN、Al2O3、MgO和Sc2O3中的一种。本专利技术的有益效果是：针对常规的逆阻型AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管存在的与传统硅CMOS工艺不兼容以及器件制备温度高等问题，本专利技术提出了一种无欧姆接触的逆阻型氮化镓器件，该器件由于不存在欧姆接触，能与传统硅工艺兼容、可低温制备。附图说明图1为本专利技术的器件结构示意图；图2为本专利技术的器件工作原理示意图；图3为本专利技术的器件导通特性曲线示意图；图4为本专利技术的器件双向阻断特性曲线示意图；图5为本专利技术的器件制造工艺流程中外延片示意图；图6为本专利技术的器件制造工艺流程中在源极接触和漏极接触处过刻势垒层至GaN层的结构示意图；图7为本专利技术的器件制造工艺流程中生长源极肖特基金属后结构示意图；图8为本专利技术的器件制造工艺流程中刻蚀MGaN形成绝缘栅浅凹槽后结构示意图；图9为本专利技术的器件制造工艺流程中生长绝缘层后结构示意图；图10为本专利技术的器件制造工艺流程中生长绝缘栅金属和漏极肖特基金属后结构示意图。图11为本专利技术的一种变形器件结构示意图；图12为本专利技术的另一种变形器件结构示意图。具体实施方式下面结合附图，详细描述本专利技术的技术方案：如图1所示，为本专利技术的逆阻型氮化镓器件，包括从下至上依次层叠设置的衬底1、GaN层2和AlGaN层3，所述GaN层2和MGaN层3形成异质结；所述氮化镓器件具有肖特基源极结构、肖特基漏极结构和绝缘栅极结构；所述肖特基源极结构位于GaN层2上表面一端，肖特基源极结构由底部嵌入GaN层2上表面的源极肖特基接触电极4形成，源极肖特基接触电极4的侧面与AlGaN层3接触；所述肖特基漏极结构位于GaN层2上表面另一端，肖特基漏极结构由底面与MGaN层3接触的漏极肖特基接触电极5形成，漏极肖特基接触电极5的底部嵌入AlGaN层3上层，且绝缘栅介质7沿漏极肖特基接触电极5侧面延伸至部分漏极肖特基接触电极5的底部，使漏极肖特基接触电极5嵌入AlGaN层3上层部分的侧面和部分底面与AlGaN层3通过绝缘栅介质7隔离，漏极肖特基接触电极5底部不与绝缘栅介质7接触的部分，向下延伸至嵌入GaN层2上层；所述绝缘栅极结构位于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆阻型氮化镓器件，包括从下至上依次层叠设置的衬底(1)、GaN层(2)和MGaN层(3)，所述GaN层(2)和MGaN层(3)形成异质结；所述M为除Ga之外的Ⅲ族元素；其特征在于，所述氮化镓器件具有肖特基源极结构、肖特基漏极结构和绝缘栅极结构；所述肖特基源极结构位于GaN层(2)上表面一端，肖特基源极结构由底部嵌入GaN层(2)上表面的源极肖特基接触电极(4)形成，源极肖特基接触电极(4)的侧面与MGaN层(3)接触；所述肖特基漏极结构位于GaN层(2)上表面另一端，肖特基漏极结构由底面与MGaN层(3)接触的漏极肖特基接触电极(5)形成；所述绝缘栅极结构位于与源极肖特基接触电极(4)相邻的MGaN层(3)上表面，绝缘栅极结构由绝缘栅介质(7)和位于绝缘栅介质(7)上金属栅电极(8)构成，且金属栅电极(8)的底部嵌入MGaN层(3)上层，金属栅电极(8)与源极肖特基接触电极(4)之间通过绝缘栅介质(7)隔离，所述绝缘栅介质(7)和金属栅电极(8)沿源极肖特基接触电极(4)的上表面向远离肖特基漏极结构的方向延伸，所述绝缘栅介质(7)还沿MGaN层(3)上表面延伸至与漏极肖特基接触电极(5)接触，金属栅电极(8)沿绝缘栅介质(7)的上表面向漏极肖特基接触电极(5)的方向延伸。...

【技术特征摘要】
1.一种逆阻型氮化镓器件，包括从下至上依次层叠设置的衬底(1)、GaN层(2)和MGaN层(3)，所述GaN层(2)和MGaN层(3)形成异质结；所述M为除Ga之外的Ⅲ族元素；其特征在于，所述氮化镓器件具有肖特基源极结构、肖特基漏极结构和绝缘栅极结构；所述肖特基源极结构位于GaN层(2)上表面一端，肖特基源极结构由底部嵌入GaN层(2)上表面的源极肖特基接触电极(4)形成，源极肖特基接触电极(4)的侧面与MGaN层(3)接触；所述肖特基漏极结构位于GaN层(2)上表面另一端，肖特基漏极结构由底面与MGaN层(3)接触的漏极肖特基接触电极(5)形成；所述绝缘栅极结构位于与源极肖特基接触电极(4)相邻的MGaN层(3)上表面，绝缘栅极结构由绝缘栅介质(7)和位于绝缘栅介质(7)上金属栅电极(8)构成，且金属栅电极(8)的底部嵌入MGaN层(3)上层，金属栅电极(8)与源极肖特基接触电极(4)之间通过绝缘栅介质(7)隔离，所述绝缘栅介质(7)和金属栅电极(8)沿源极肖特基接触电极(4)的上表面向远离肖特基漏极结构的方向延伸，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈万军，施宜军，刘杰，李茂林，崔兴涛，刘超，周琦，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51