氮化镓半导体功率器件及其制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体材料技术领域，提供一种氮化镓半导体功率器件包括：氮化镓外延层；以及，设置于所述氮化镓外延层上的复合介质层；设置于所述复合介质层上的源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极分别贯穿所述复合介质层与所述氮化镓外延层连接；设置于所述源极、漏极和栅极以及所述复合介质层上的绝缘层，所述绝缘层的材质为二氧化硅。本发明专利技术的氮化镓半导体功率器件不易出现击穿氮化铝镓层的现象，进而避免了出现功率器件的漏电以及击穿的问题，增强了功率器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓半导体功率器件及其制备方法
本专利技术涉及半导体工艺领域，尤其涉及一种氮化镓半导体功率器件及其制备方法。
技术介绍
氮化镓具有大禁带宽度、高电子饱和速率、高击穿电场、较高热导率、耐腐蚀以及抗辐射性能等优点，从而可以采用氮化镓制作半导体材料，而得到氮化镓半导体器件。现有技术中，氮化镓半导体器件的制备方法为：在氮化镓外延层的表面上形成氮化硅层，在氮化硅层上刻蚀出源极接触孔和漏极接触孔，源极接触孔和漏极接触孔内沉积金属，从而形成源极和漏极；再刻蚀氮化硅层以及氮化镓外延层中的氮化铝镓层，形成一个凹槽，在凹槽中沉积金属层，从而形成栅极；然后沉积二氧化硅层以及场板金属层，从而形成氮化镓半导体器件。然而现有技术中，由于电场密度较大，从而会造成功率器件的漏电以及击穿的问题，降低功率器件的可靠性。人们希望减少电场强度、进一步改善氮化镓功率器件的耐压性能。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种氮化镓半导体功率器件，包括：氮化镓外延层，所述氮化镓外延层包括硅衬底，以及设置于所述硅衬底表面的氮化镓层、设置于所述氮化镓层表面的氮化铝镓层；以及，设置于所述氮化镓外延层上的复合介质层，所述复合介质层材质为氮化硅和等离子体增强正硅酸乙脂；设置于所述复合介质层上的源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极分别贯穿所述复合介质层与所述氮化镓外延层连接；所述栅极包括并列相连的两个部分：较短的为增强型第一栅部、较长的为耗尽型第二栅部，所述第一栅部与所述氮化铝镓层表面连接，所述第二栅部伸入所述氮化铝镓层中；所述第一栅部的宽度不小于第二栅部的宽度；所述第二栅部底端到所述氮化铝镓层底部的距离为整个所述氮化铝镓层的一半；设置于所述源极、漏极和栅极以及所述复合介质层上的绝缘层，所述绝缘层的材质为二氧化硅，绝缘层上设有开孔，所述栅极具有凸出于复合介质层的凸出部，所述开孔的宽度小于所述凸出部的宽度；还包括设置于所述绝缘层上的场板金属层，所述场板金属层贯穿所述绝缘层与所述源极连接；还包括设置在所述复合介质层上的若干个浮空场板，所述浮空场板贯穿所述复合介质层与所述氮化镓外延层连接，所述浮空场板独立设置于所述源极、漏极之间并呈现环状；其中，所述绝缘层的厚度为5000埃，所述场板金属层的厚度为10000埃。在本专利技术一实施例中，所述复合介质层的厚度为2000埃。在本专利技术一实施例中，每个所述浮空场板的高度为0.25～6微米。本专利技术还提供这种氮化镓半导体功率器件的制备方法，包括：提供一氮化镓外延层，其中，所述氮化镓外延层包括由下而上依次设置的硅衬底层、氮化镓层和氮化铝镓层；在所述氮化镓外延层表面沉积氮化硅和等离子体增强正硅酸乙脂，形成复合介质层；漏极接触孔的获得：刻蚀所述复合介质层以形成漏极接触孔，所述漏极接触孔贯穿所述复合介质层到达所述氮化铝镓层；在所述漏极接触孔内、以及所述复合介质层的表面上，沉积第一金属，以获得漏极；源极接触孔、浮空场板孔的获得：刻蚀所述复合介质层以形成源极接触孔、浮空场板孔，所述源极接触孔、浮空场板孔贯穿所述复合介质层到达所述氮化铝镓层；在所述源极接触孔、浮空场板孔内、以及所述复合介质层的表面上，沉积第一金属，以获得源极、浮空场板；对所述第一金属进行光刻和刻蚀，形成欧姆接触电极窗口；此时获得第一组件；对所述第一组件进行高温退火处理，以使得容置在所述源极接触孔和所述漏极接触孔内的所述第一金属形成合金并与所述氮化铝镓层进行反应；栅极接触孔的获得：通过所述欧姆接触电极窗口，对所述复合介质层和所述氮化铝镓层进行干法刻蚀，形成栅极接触孔；在所述栅极接触孔和所述栅极接触孔的外边缘沉积第二金属件，以获得栅极，此时获得第二组件；所述栅极包括并列相连的两个部分：较短的为增强型第一栅部、较长的为耗尽型第二栅部；所述第一栅部与所述氮化铝镓层表面连接，所述第二栅部伸入所述氮化铝镓层中；所述第一栅部的宽度不小于第二栅部的宽度；所述第二栅部底端到所述氮化铝镓层底部的距离为整个所述氮化铝镓层的一半；在所述第二组件的表面沉积一层绝缘层；在所述绝缘层上进行干法刻蚀，以形成开孔，所述开孔与所述源极接触孔对应；所述栅极具有凸出于复合介质层的凸出部，所述开孔的宽度小于所述凸出部的宽度；在所述开孔以及所述绝缘层上沉积场板金属层，所述场板金属层的投影至少覆盖所述开孔、以及从所述源极接触孔至所述栅极接触孔之间的区域；在所述复合介质层上的若干个浮空场板，所述浮空场板贯穿所述复合介质层与所述氮化镓外延层连接，所述浮空场板独立设置于所述源极、漏极之间并呈现环状；其中，所述绝缘层的厚度为5000埃，所述场板金属层的厚度为10000埃。在本专利技术一实施例中，所述高温退火处理步骤为：在保护氛围下，在840～850℃的温度下保持30～60秒。有益效果：本专利技术通过在氮化镓外延层的表面的复合介质层应用了多种新颖材料，还通过沉积第一金属在进行高温退火处理，以通过相互接触的刻蚀后的第一金属与氮化铝镓层进行反应之后形成合金，以降低刻蚀后的第一金属与氮化铝镓层的接触电阻；本实施例结合浮空场板，扩展了功率器件的耗尽区，减小了主肖特基结的电场强度，从而改善器件耐压。从而有效的保护了氮化镓半导体功率器件，增强了氮化镓半导体功率器件的可靠性。附图说明图1a为本专利技术实施例的氮化镓半导体功率器件的结构示意图。图1b为本专利技术实施例的氮化镓半导体功率器件的制备流程示意图。图2a为本专利技术又一实施例的氮化镓半导体功率器件的结构示意图。图2b为本专利技术又一实施例的氮化镓半导体功率器件的栅极结构示意图。图2c为本专利技术又一实施例的氮化镓半导体功率器件的栅极结构示意图。图2d为本专利技术又一实施例的氮化镓半导体功率器件的栅极结构示意图。图2e为本专利技术又一实施例的氮化镓半导体功率器件的制备流程示意图。图3a为本专利技术另一实施例的氮化镓半导体功率器件的结构示意图。图3b为本专利技术另一实施例的氮化镓半导体功率器件的栅极结构示意图。图3c为本专利技术另一实施例的氮化镓半导体功率器件的制备流程示意图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。请参考图1a所示，本专利技术实施例提供一种氮化镓半导体功率器件，其从下至上包括：氮化镓外延层510、复合介质层520、源极531和漏极532、栅极533、绝缘层540、场板金属层550。其中，氮化镓外延层510由硅(Si)衬底512、氮化镓(GaN)层513和氮化铝镓(AlGaN)层514构成，其中，硅衬底512、氮化镓层51本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓半导体功率器件，其特征在于，包括：氮化镓外延层，所述氮化镓外延层包括硅衬底，以及设置于所述硅衬底表面的氮化镓层、设置于所述氮化镓层表面的氮化铝镓层；以及，/n设置于所述氮化镓外延层上的复合介质层，所述复合介质层材质为氮化硅和等离子体增强正硅酸乙脂；/n设置于所述复合介质层上的源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极分别贯穿所述复合介质层与所述氮化镓外延层连接；所述栅极包括并列相连的两个部分：较短的为增强型第一栅部、较长的为耗尽型第二栅部，所述第一栅部与所述氮化铝镓层表面连接，所述第二栅部伸入所述氮化铝镓层中；所述第一栅部的宽度不小于第二栅部的宽度；所述第二栅部底端到所述氮化铝镓层底部的距离为整个所述氮化铝镓层的一半；/n设置于所述源极、漏极和栅极以及所述复合介质层上的绝缘层，所述绝缘层的材质为二氧化硅，绝缘层上设有开孔，所述栅极具有凸出于复合介质层的凸出部，所述开孔的宽度小于所述凸出部的宽度；/n还包括设置于所述绝缘层上的场板金属层，所述场板金属层贯穿所述绝缘层与所述源极连接；/n还包括设置在所述复合介质层上的若干个浮空场板，所述浮空场板贯穿所述复合介质层与所述氮化镓外延层连接，所述浮空场板独立设置于所述源极、漏极之间并呈现环状；/n其中，所述绝缘层的厚度为5000埃，所述场板金属层的厚度为10000埃。/n...

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓半导体功率器件，其特征在于，包括：氮化镓外延层，所述氮化镓外延层包括硅衬底，以及设置于所述硅衬底表面的氮化镓层、设置于所述氮化镓层表面的氮化铝镓层；以及，
设置于所述氮化镓外延层上的复合介质层，所述复合介质层材质为氮化硅和等离子体增强正硅酸乙脂；
设置于所述复合介质层上的源极、漏极和栅极，所述源极、漏极和栅极分别贯穿所述复合介质层与所述氮化镓外延层连接；所述栅极包括并列相连的两个部分：较短的为增强型第一栅部、较长的为耗尽型第二栅部，所述第一栅部与所述氮化铝镓层表面连接，所述第二栅部伸入所述氮化铝镓层中；所述第一栅部的宽度不小于第二栅部的宽度；所述第二栅部底端到所述氮化铝镓层底部的距离为整个所述氮化铝镓层的一半；
设置于所述源极、漏极和栅极以及所述复合介质层上的绝缘层，所述绝缘层的材质为二氧化硅，绝缘层上设有开孔，所述栅极具有凸出于复合介质层的凸出部，所述开孔的宽度小于所述凸出部的宽度；
还包括设置于所述绝缘层上的场板金属层，所述场板金属层贯穿所述绝缘层与所述源极连接；
还包括设置在所述复合介质层上的若干个浮空场板，所述浮空场板贯穿所述复合介质层与所述氮化镓外延层连接，所述浮空场板独立设置于所述源极、漏极之间并呈现环状；
其中，所述绝缘层的厚度为5000埃，所述场板金属层的厚度为10000埃。


2.根据权利要求1或所述氮化镓半导体功率器件，其特征在于，所述复合介质层的厚度为2000埃。


3.根据权利要求1所述氮化镓半导体功率器件，其特征在于，每个浮空场板的高度为0.25～6微米。


4.一种氮化镓半导体功率器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一氮化镓外延层，其中，所述氮化镓外延层包括由下而上依次设置的硅衬底层、氮化镓层和氮化铝镓层；
在所述氮化镓外延层表面沉积氮化硅和等离子体增强正硅酸乙脂，形成复合介质层；
漏极接触孔的获得：刻蚀所述复合介质层以形成漏极接触孔，所述漏极接触孔贯穿所述复合介质层到达所述氮化铝镓层；在所述漏极接触孔内、以及所述复合介质层的表...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘美华，林信南，刘岩军，
申请(专利权)人：深圳市晶相技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44