具有垂直结构的氮化镓场效应晶体管器件的制作方法与流程

本发明实施例涉及半导体器件的制造工艺技术领域，尤其涉及一种具有垂直结构的氮化镓场效应晶体管器件的制作方法。

背景技术：

随着对功率转换电路需求的日益增加，具有低功耗、高速度等特性的功率器件已成为本领域的关注焦点。氮化镓(gan)是第三代宽禁带半导体材料，由于其具有大禁带宽度、高电子饱和速率、高击穿电场，较高热导率，耐腐蚀和抗辐射性能，在高压、高频、高温、大功率和抗辐照环境条件下具有较强的优势，被认为是短波光电子器件和高压高频率大功率器件的最佳材料。并且，随着近年来研究的深入，gan场效应晶体管已成为功率器件中的研究热点。

但是，对于现有的gan场效应晶体管的制造工艺而言，其制造的gan场效应晶体管具有耐压性能较差，存在电流崩塌等问题，这些问题严重影响了gan场效应晶体管的性能。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种具有垂直结构的氮化镓场效应晶体管器件的制作方法，用以增强器件的耐压性能，解决器件的电流崩塌问题。

本发明实施例提供的具有垂直结构的氮化镓场效应晶体管器件的制作方法，包括：

生长所述氮化镓场效应晶体管的外延层，所述外延层包括第一n型gan层以及依次生长在所述第一n型gan层表面上的第二n型gan层和p型gan层；

采用刻蚀工艺对预设的第一区域下的所述p型gan层和部分的所述第二n型gan层进行刻蚀，形成沟道孔；

在所述沟道孔内以及所述p型gan层的表面上继续生长所述第二n型gan层，并在所述第二型gan层上生长algan层；

制作所述氮化镓场效应晶体管的源极、栅极以及漏极。

本发明实施例提供的具有垂直结构的氮化镓场效应晶体管器件的制作方法，首先通过生长氮化镓场效应晶体管的外延层，所述外延层包括第一n型gan层以及依次生长在第一n型gan层表面上的第二n型gan层和p型gan层；并采用刻蚀工艺对第一区域下的p型gan层和部分的第二n型gan层进行刻蚀，形成沟道孔；再通过在沟道孔内以及p型gan层的表面上生长第二n型gan层和algan层，并完成源极、栅极以及漏极的制作，从而形成了具有垂直结构的氮化镓场效应晶体管，增强了器件的耐压性能，解决了器件的电流崩塌问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的具有垂直结构的氮化镓场效应晶体管器件的制作方法的流程示意图；

图2为图1所示方法中制作形成外延层后的器件结构示意图；

图3为图1所示方法中制作形成沟道孔后的器件结构示意图；

图4为图1所示方法中制作形成algan层后的器件结构示意图；

图5为图1所示方法中制作源极和栅极的流程示意图；

图6为图5所示方法中完成硅离子注入后的器件结构示意图；

图7为图5所示方法中制作形成栅极介质层后的器件结构示意图；

图8为图5所示方法中制作形成源极和栅极后的器件结构示意图；

图9为图1所示方法中制作形成漏极后的器件结构示意图。

附图标记：

1-第一n型gan层；2-第二n型gan层；3-p型gan层3；

4-沟道孔；5-algan层；6-第二区域；

7-第三区域；8-栅极介质层；9-源极；

10-栅极；11-漏极。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤的过程或方法不必限于清楚地列出的那些步骤而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程或方法固有的其它步骤。

图1为本发明一实施例提供的具有垂直结构的氮化镓场效应晶体管器件的制作方法的流程示意图，如图1所示，本实施例提供的方法包括以下步骤：

步骤101、生长氮化镓场效应晶体管的外延层，所述外延层包括第一n型氮化镓(gan)层1以及依次生长在第一n型gan层1表面上的第二n型gan层2和p型gan层3。

具体的，图2为图1所示方法中制作形成外延层后的器件结构示意图，图2中所示的外延层的结构是通过淀积工艺，在给定的第一n型gan层1上依次淀积第二n型gan层2和p型gan层3获得的。其中，在本实施例中第一n型gan层1优选为掺杂有n+型离子的n型gan层，第二n型gan层2优选为掺杂有n-型离子的n型gan层。

步骤102、采用刻蚀工艺对预设的第一区域下的p型gan层3和部分的第二n型gan层2进行刻蚀，形成沟道孔4。

具体的，图3为图1所示方法中制作形成沟道孔后的器件结构示意图，其中，图3所示的器件结构可以通过如下方法获得：

在p型gan层3的表面上位于预设的第一区域以外的区域上涂抹光刻胶，并在光刻胶的阻挡下，对p型gan层3和第二n型gan层2进行刻蚀，直至将位于第一区域内的p型gan层3完全刻蚀掉，并且将位于第一区域内的第二n型gan层2刻蚀掉部分后停止刻蚀。经此刻蚀去除光刻胶后，即形成如图3所示的器件结构。

步骤103、在沟道孔4内以及p型gan层3的表面上继续生长第二n型gan层2，并在第二型gan层2上生长氮化铝镓(algan)层5。

具体的，图4为图1所示方法中制作形成algan层后的器件结构示意图，其中，图4所示的器件结构可以通过如下方法获得：

首先通过淀积工艺在器件的表面上继续淀积第二n型gan层2，其中，本实施例中第二n型gan层2中掺杂有n-型离子。进一步的，通过淀积工艺在第二n型gan层2的表面上淀积一层algan层5。淀积完成后，即形成如图4所示的结构。

步骤104、制作氮化镓场效应晶体管的源极9、栅极10以及漏极11。

具体的，图5为图1所示方法中制作源极和栅极的流程示意图，如图5所示，氮化镓场效应晶体管的源极和栅极的制作方法如下：

步骤1011、分别在位于p型gan层3上方的第二区域6和第三区域7注入硅离子，其中，第二区域6和第三区域7分别位于沟道孔4的两侧，第二区域6和第三区域7的深度为p型gan层3上表面的深度。

具体的，图6为图5所示方法中完成硅离子注入后的器件结构示意图，如图5所示，第二区域6与第三区域7之间的距离大于沟道孔4的宽度。

进一步的，本步骤中注入硅离子所采用的工艺与现有的离子注入工艺相似，在这里不再赘述。

步骤1012、在algan层5的表面上位于沟道孔4上方的区域上淀积栅极介质层8，栅极介质层8不与第二区域6和第三区域7接触。

具体的，图7为图5所示方法中制作形成栅极介质层后的器件结构示意图，其中，栅极介质层8的制作方法如下：

首先通过淀积工艺在如图5所示的器件的表面上淀积一层栅极介质层8，其中，该栅极介质层8优选可以是二氧化硅层。在淀积获得栅极介质层8后，在algan层5的表面上位于沟道孔4上方的区域上涂抹光刻胶，并在光刻胶的阻挡下对栅极介质层8进行刻蚀，仅保留位于光刻胶下方的栅极介质层。经此刻蚀后，去除光刻胶即形成如图7所示的器件结构。

步骤1013、在第二区域6和第三区域7的表面上淀积源极金属，形成氮化镓场效应晶体管的源极9。

具体的，首先采用气相淀积工艺在如图7所示器件的表面上依次淀积ti金属层和al金属层，以形成源极金属。在形成源极金属后，在al金属层的表面上位于第二区域6和第三区域7上方的区域上涂抹光刻胶，并在光刻胶的阻挡下对al金属层和ti金属层进行刻蚀，仅保留位于光刻胶下方的al金属层和ti金属层，从而去除光刻胶后，即形成氮化镓场效应晶体管的源极9。

步骤1014、在栅极介质层8的表面上淀积多晶硅层，形成氮化镓场效应晶体管的栅极10。

具体的，图8为图5所示方法中制作形成源极和栅极后的器件结构示意图，其中，在步骤1013所形成的器件结构的基础上，栅极10的制作方法如下：

首先采用淀积工艺在器件的表面上淀积一层多晶硅层，并在形成多晶硅层后，在多晶硅层的表面上位于栅极介质层8上方的区域上涂抹光刻胶，并在光刻胶的阻挡下对多晶硅层进行刻蚀，仅保留位于栅极介质层8上方的多晶硅层。在刻蚀完成后去除光刻胶，即形成如图8所示的器件结构。

进一步的，图9为图1所示方法中制作形成漏极后的器件结构示意图，如图9所示，器件的漏极11可以通过在第一n型gan层1的背面上淀积漏极金属获得。具体的，在本实施例中，漏极金属可以优选通过淀积工艺在第一n型gan层1的背面上依次淀积ti金属层和al金属层来获得。其具体工艺与现有工艺类似，在这里不再赘述。

本实施例，首先通过生长氮化镓场效应晶体管的外延层，所述外延层包括第一n型gan层以及依次生长在第一n型gan层表面上的第二n型gan层和p型gan层；并采用刻蚀工艺对第一区域下的p型gan层和部分的第二n型gan层进行刻蚀，形成沟道孔；再通过在沟道孔内以及p型gan层的表面上生长第二n型gan层和algan层，并完成源极、栅极以及漏极的制作，从而形成了具有垂直结构的氮化镓场效应晶体管，增强了器件的耐压性能，解决了器件的电流崩塌问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。