一种增强型器件制造技术

本实用新型专利技术公开了一种增强型器件，该增强型器件采用垂直或者半垂直结构，制备非极性面或半极性面的氮化物异质结，使二维电子气在此处中断，获得了增强型器件。

An enhanced device

The utility model discloses an enhanced device, which adopts a vertical or semi vertical structure to prepare a non-polar or semi-polar nitride heterojunction, so that the two-dimensional electron gas is interrupted here, and the enhanced device is obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种增强型器件
本技术涉及微电子
，特别涉及一种增强型器件。
技术介绍
在射频/微波功率放大器、功率开关器件的应用中，基于氮化镓材料的高电子迁移率晶体管(HighElectronMobilityTransistor；HEMT)与硅和砷化镓器件相比，在高温、高频、高电压和大功率的应用方面有明显的优势，这得益于氮化镓材料禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、导热性能好的特点。基于氮化镓材料的HEMT通常采用AlGaN/GaN异质结中的二维电子气作为导电沟道。因为AlGaN和GaN材料中的自发极化和压电极化效应，二维电子气在零偏压下即为导通状态，所对应的器件为耗尽型。而耗尽型(常开型)器件在关断状态下必须采用负电压偏置栅极，增加了系统电路的复杂度和成本。增强型(常关型)器件则在断电情况下处于关闭状态，省去了负压偏置电源，同时也提高了系统的安全性，因此实用性更强。实现增强型氮化镓HEMT器件，需要通过对材料和器件结构(尤其是栅极区域)进行特殊设计，来降低零栅压时栅极区域的二维电子气浓度。目前已经有几种常见的方案来实现氮化镓基的增强型器件。图1对应的方案是对栅极下方铝镓氮层进行局部减薄。如图1所示，缓冲层1、氮化镓沟道层2、铝镓氮势垒层3分别位于衬底10上，栅极4、源极5以及漏极6分别位于铝镓氮层3上，其中在栅极4下方铝镓氮层被局部刻蚀，从而减薄了栅极区的铝镓氮层厚度。但该铝镓氮层厚度一般必须减小到3nm到5nm以下才能有较好的耗尽效果，这对刻蚀工艺的精度提出了很高的要求。另一种方案是对栅极下方的外延层进行氟离子注入，因为氟离子带有负电荷，注入后会提拉导带耗尽栅极下方的二维电子气，形成增强型器件结构。图2为相应的器件结构，其中栅极4下方的铝镓氮层7为氟离子注入区。但氟离子注入会对氮化物材料造成晶格损伤，晶格缺陷散射会减小沟道载流子的迁移率，降低饱和工作电流，制约器件的工作性能。以上方案都会对栅极区材料产生损伤，影响器件的可靠性。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种增强型器件。
技术实现思路
基于氮化物极化效应原理制备的增强型器件因为工艺损伤小而性能更可靠，垂直结构器件可以进一步提升器件耐受高电流的能力。本技术的目的在于提供一种增强型器件，该器件包括垂直结构以及半垂直结构，通过在栅极区域形成沟槽，得到氮化物的非极性面或半极性面，使异质结处的二维电子气在此中断，实现增强型的特性。为了实现上述目的，本技术实施例提供的技术方案如下：一种增强型器件，所述增强型器件为多层外延结构，所述增强型器件依次包括：高掺杂n型氮化物层；设于所述高掺杂n型氮化物层上的低掺杂n型氮化物层；设于所述低掺杂n型氮化物层上的隔离层，所述隔离层之间设有沟槽；设于所述隔离层表面以及侧壁上的氮化物沟道层；设于所述氮化物沟道层表面以及侧壁上的氮化物势垒层；设于所述氮化物势垒层侧壁之间的栅极结构；设于所述氮化物势垒层表面的源电极；设于与所述高掺杂n型氮化物层接触的漏电极。进一步的，所述栅极结构包括栅电极。作为本技术的进一步改进，所述栅极结构包括p型半导体以及位于p型半导体上的栅电极，其中所述栅极区域的p型半导体包括p型GaN基材料。作为本技术的进一步改进，所述栅极结构包括栅电极以及介质层，其中所述介质层设于栅电极与氮化物势垒层、栅电极与低掺杂n型氮化物层之间。作为本技术的进一步改进，所述栅极结构表面暴露在外形成T型结构。作为本技术的进一步改进，所述栅极结构被介质层覆盖，从而形成掩埋栅，所述介质层表面被源电极覆盖。作为本技术的进一步改进，所述介质层为SiN、SiCN、SiO2、SiAlN、Al2O3、AlON、SiON、HfO2中的一种或多种的组合。作为本技术的进一步改进，所述隔离层包括半绝缘层，其中所述半绝缘层通过对氮化物层进行非故意掺杂、碳掺杂、铁掺杂、镁掺杂中一种或多种来实现。作为本技术的进一步改进，所述高掺杂n型氮化物层、低掺杂n型氮化物层、隔离层、氮化物沟道层和氮化物势垒层为氮化镓层、铟镓氮层、铝镓氮层、铝铟氮层、铝铟镓氮层中的一种或多种的组合。作为本技术的进一步改进，所述多层外延结构还包括形成于氮化物势垒层上的氮化物帽层，所述氮化物帽层为氮化镓层或铝镓氮层。作为本技术的进一步改进，所述氮化物势垒层和氮化物沟道层之间设有氮化铝层。作为本技术的进一步改进，所述沟槽的截面形状为U形、V形、矩形、三角形、梯形、多边形、半圆形中的一种或多种图形的组合。本技术中，在背面的漏电极与高掺杂n型氮化物层形成良好的欧姆接触实现了垂直结构器件；在正面的漏电极与高掺杂n型氮化物层形成良好的欧姆接触实现了半垂直结构器件。低掺杂n型氮化物层具有导电和承受电压的作用。氮化物沟道层和氮化物势垒层组成的异质结具有二维电子气作为导电沟道，其一部分由于非极性或半极性而中断，栅极主要控制这一部分导电沟道的通断。隔离层则是为了将异质结与低掺杂n型氮化物层进行隔离，只有栅极区域露出非极性面或半极性面的异质结作为导电沟道。在栅电极与氮化物势垒层、栅电极与低掺杂n型氮化物层之间制备介质层，降低栅极漏电流；若将栅极表面覆盖上介质层，则位于氮化物势垒层的源电极也可以覆盖到栅极区域，从而可以实现源电极图形的简化。该结构设计实现了氮化物材料的增强型器件，具有导通电阻更小、容纳电流能力更高和晶片面积使用率更高的优势。附图说明为了更清楚地说明本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技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为现有技术中在栅极处局部减薄铝镓氮层厚度的增强型器件结构示意图。图2为现有技术中在栅极下方注入氟离子的增强型器件结构示意图。图3-11为本技术增强型器件的结构示意图。具体实施方式以下将结合附图所示的具体实施方式对本技术进行详细描述。但这些实施方式并不限制本技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本技术的保护范围内。此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本技术，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。下面结合附图，通过具体实施方式，对本技术的技术方案做详细介绍。本申请提供了一种增强型器件，所述增强型器件为多层外延结构，如图3所示，依次包括：高掺杂n型氮化物层21；设于所述高掺杂n型氮化物层21上的低掺杂n型氮化物层22；设于所述低掺杂n型氮化物层22上的隔离层23，所述隔离层23之间设有沟槽；设于所述隔离层23表面以及侧壁上的氮化物沟道层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强型器件，所述增强型器件为多层外延结构，其特征在于，所述增强型器件依次包括：/n高掺杂n型氮化物层；/n设于所述高掺杂n型氮化物层上的低掺杂n型氮化物层；/n设于所述低掺杂n型氮化物层上的隔离层，所述隔离层之间设有沟槽；/n设于所述隔离层表面以及侧壁上的氮化物沟道层；/n设于所述氮化物沟道层表面以及侧壁上的氮化物势垒层；/n设于所述氮化物势垒层侧壁之间的栅极结构；/n设于所述氮化物势垒层表面的源电极；/n设于与所述高掺杂n型氮化物层接触的漏电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种增强型器件，所述增强型器件为多层外延结构，其特征在于，所述增强型器件依次包括：
高掺杂n型氮化物层；
设于所述高掺杂n型氮化物层上的低掺杂n型氮化物层；
设于所述低掺杂n型氮化物层上的隔离层，所述隔离层之间设有沟槽；
设于所述隔离层表面以及侧壁上的氮化物沟道层；
设于所述氮化物沟道层表面以及侧壁上的氮化物势垒层；
设于所述氮化物势垒层侧壁之间的栅极结构；
设于所述氮化物势垒层表面的源电极；
设于与所述高掺杂n型氮化物层接触的漏电极。


2.根据权利要求1所述的增强型器件，其特征在于，所述栅极结构包括栅电极。


3.根据权利要求1所述的增强型器件，其特征在于，所述栅极结构包括p型半导体以及位于p型半导体上的栅电极。


4.根据权利要求1所述的增强型器件，其特征在于，所述栅极结构包括栅电极以及介质层，其中所述介质层设于栅电极与氮化物势垒层、栅电极与低掺杂n型氮化物层之间。


5.根据权利要求1所述的增强型器件，其特征在于，所述栅极结构表面暴露在外形成T型结构。


6.根据权利要求1所述的增强型器件，其特征在于，所述栅极结构被介质层覆盖，所述介质层表面被源电极覆盖，形成掩埋栅。

【专利技术属性】
技术研发人员：程凯，
申请(专利权)人：苏州晶湛半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32