一种带场板结构的高可靠性氮化物器件的制作方法

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种带场板结构的高可靠性氮化物器件。

背景技术：

氮化物宽禁带半导体材料具有禁带宽度宽、更高的临界击穿场强、热导率性能好和抗辐射能力强等优点，从2001年首只氮化物功率晶体管发布至今，已被广泛关注和研究发展了近二十年。

在世界范围内半导体企业和科研院所的共同努力下，氮化物功率器件性能不断提升，市场占比逐步上升，将在未来电力电子应用系统中发挥重大作用。

目前，氮化物功率半导体器件的市场规模远远不如传统si功率器件，主要因为以下三个技术难题：1、衬底与氮化物材料之间的热失配和晶格失配造成的材料质量问题。2、横向平面结构的氮化物器件，工艺技术方面带来的器件可靠性问题，比如电流崩塌、栅极击穿、浪涌等。3、器件栅极稳定性和安全工作电压范围太窄带来的驱动电路设计难度加大。

解决以上提到的氮化物器件存在的技术问题至关重要。经过研究，优化器件的栅极介质和场板设计结构是提升氮化物器件的栅极稳定性和可靠性的关键因素。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提出一种带场板结构的高可靠性氮化物器件，可以有效提升氮化物器件的栅极稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供带场板结构的高可靠性氮化物器件，包括：衬底；形成于衬底上的氮化物缓冲层；形成于氮化物缓冲层上的氮化物沟道层；形成于氮化物沟道层上的氮化物势垒层；形成于氮化物势垒层上的栅介质层；形成于栅介质层上的绝缘介质层；形成于绝缘介质层上的漏极，漏极的底端部分形成于氮化物势垒层上；形成于栅介质层上的栅极场板结构，所述栅极场板结构向靠近所述漏极一侧延伸；形成于绝缘介质层上的源极场板结构，所述源极场板结构的底端部分形成于氮化物势垒层上，并且所述源极场板结构在所述栅极场板结构延伸的方向上延伸；栅极场板结构，位于所述漏极和所述源极场板结构之间。

优选地，所述衬底采用的材料为si3n4、hfo2、aln、gan、sic、ga2o3、al2o3或金刚石。

优选地，所述氮化物沟道层刻蚀有深度为20-400nm的凹槽，用于提升所述栅极场板结构对氮化物器件的控制能力。

优选地，所述氮化物势垒层通过二次外延生长形成于带有凹槽的氮化物沟道层上。

本发明的有益效果为，该氮化物器件通过优化场板设计结构，有效提升氮化物器件的栅极稳定性和可靠性。

附图说明

图1是本发明提供的一种带场板结构的高可靠性氮化物器件的结构示意图。

图2是本发明提供的一种带场板结构的高可靠性氮化物器件的外延结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1和图2，详细说明本发明的技术方案。

本发明提供的一种带场板结构的高可靠性氮化物器件的结构示意图，如图1所示，包括衬底1、氮化物缓冲层2、氮化物沟道层3、氮化物势垒层4、栅介质层5、绝缘介质层6、漏极7、栅极场板结构8、源极场板结构9。

其中，氮化物缓冲层2形成于衬底1上；氮化物沟道层3形成于氮化物缓冲层2上；氮化物势垒层4形成于氮化物沟道层3上；栅介质层5形成于氮化物势垒层4上；绝缘介质层6形成于栅介质层5上；漏极7形成于绝缘介质层6上，漏极7的底端部分形成于氮化物势垒层4上；栅极场板结构8形成于栅介质层5上，所述栅极场板结构8向靠近所述漏极7一侧延伸；源极场板结构9形成于绝缘介质层6上，所述源极场板结构9的底端部分形成于氮化物势垒层4上，并且所述源极场板结构9在所述栅极场板结构8延伸的方向上延伸；栅极场板结构8，位于所述漏极7和所述源极场板结构9之间。

此外，衬底采用的材料为si3n4、hfo2、aln、gan、sic、ga2o3、al2o3或金刚石。氮化物沟道层刻蚀有深度为20-400nm的凹槽，用于提升所述栅极场板结构对氮化物器件的控制能力。氮化物势垒层通过二次外延生长形成于带有凹槽的氮化物沟道层上。

本发明实施例的一种带场板结构的高可靠性氮化物器件，通过优化场板设计结构，有效提升氮化物器件的栅极稳定性和可靠性。

以上针对本发明的优选实施方式进行了详细描述，基于本发明中的实施例和原理进行的各种变化形式，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种带场板结构的高可靠性氮化物器件，其特征在于，包括：

衬底；

形成于衬底上的氮化物缓冲层；

形成于氮化物缓冲层上的氮化物沟道层；

形成于氮化物沟道层上的氮化物势垒层；

形成于氮化物势垒层上的栅介质层；

形成于栅介质层上的绝缘介质层；

形成于绝缘介质层上的漏极，漏极的底端部分形成于氮化物势垒层上；

形成于栅介质层上的栅极场板结构，所述栅极场板结构向靠近所述漏极一侧延伸；

形成于绝缘介质层上的源极场板结构，所述源极场板结构的底端部分形成于氮化物势垒层上，并且所述源极场板结构在所述栅极场板结构延伸的方向上延伸；

栅极场板结构，位于所述漏极和所述源极场板结构之间。

2.根据权利要求1所述的一种带场板结构的高可靠性氮化物器件，其特征在于，所述衬底采用的材料为si3n4、hfo2、aln、gan、sic、ga2o3、al2o3或金刚石。

3.根据权利要求1所述的一种带场板结构的高可靠性氮化物器件，其特征在于，所述氮化物沟道层刻蚀有深度为20-400nm的凹槽，用于提升所述栅极场板结构对氮化物器件的控制能力。

4.根据权利要求1或3所述的一种带场板结构的高可靠性氮化物器件，其特征在于，所述氮化物势垒层通过二次外延生长形成于带有凹槽的氮化物沟道层上。

技术总结
本发明公开了一种带场板结构的高可靠性氮化物器件，依次自下而上包括：衬底、氮化物缓冲层、氮化物沟道层、氮化物势垒层、栅介质层、绝缘介质层、漏极、栅极场板结构和源极场板结构；所述漏极形成于绝缘介质层上，漏极的底端部分形成于氮化物势垒层上；所述栅极场板结构形成于栅介质层上，栅极场板结构向靠近所述漏极一侧延伸；所述源极场板结构形成于绝缘介质层上，源极场板结构的底端部分形成于氮化物势垒层上，并且源极场板结构在栅极场板结构延伸的方向上延伸。本发明的优点在于：通过优化器件场板结构，有效提升器件的栅极稳定性和可靠性。

技术研发人员：王磊
受保护的技术使用者：苏州晶界半导体有限公司
技术研发日：2020.09.11
技术公布日：2020.10.30