一种具有复合漏极结构的氮化物功率器件及其制作方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种具有复合漏极结构的氮化物功率器件及其制作方法。

背景技术：

基于宽禁带半导体氮化镓基材料(gan、algan、ingan等)的自发极化与压电极化效应，在algan/gan异质结沟道内产生高密度与高迁移率的2deg，使得gan基hemt器件其成为高效、高功率密度功率器件的解决方案，可提供更大的击穿电压和功率密度。许多应用都要求gan器件在瞬变高电流状态(如启动、电源瞬间断电、雷击瞬态、短路故障等等)下保持正常运行/不受影响，因此gan器件的峰值电流处理能力至关重要。而传统型hemt器件处理峰值电流能力弱，应用中需要限制,例如在半桥中内置续流二极管功能对开关电流进行限制，或者外加保护装置，否则易导致器件的损坏。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种具有复合漏极结构的氮化物功率器件及其制作方法。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种具有复合漏极结构的氮化物功率器件，其特征在于：包括gan沟道层、algan势垒层、源极金属、漏极金属和栅极金属，沟道层和势垒层构成异质结，源极金属、漏极金属和栅极金属设于势垒层之上；还包括若干p型氮化物结构，所述若干p型氮化物结构设于所述漏极金属和势垒层之间且分立间隔排布，所述漏极金属与所述p型氮化物结构形成欧姆接触。

可选的，所述若干p型氮化物结构为条形结构，沿栅长方向排布，且于栅宽方向的长度小于或等于所述漏极金属。

可选的，所述若干p型氮化物结构为条形结构，沿栅宽方向排布，且于栅长方向的长度小于或等于所述漏极金属。

可选的，所述若干p型氮化物结构为块状结构，且等距离间隔排布。

可选的，所述p型氮化物结构的掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10²¹cm^-3。

可选的，所述若干p型氮化物结构的面积占所述漏极金属面积的0.2-0.8。

可选的，所述p型氮化物结构的材料为p-gan、p-algan、p-ingan或p-inalgan。

可选的，所述漏极金属的材料包括ni、pd、au和至少包括ni、pd、au之一的合金及化合物。

可选的，还包括设于所述栅极金属和势垒层之间的p型氮化物层，所述p型氮化物层与所述p型氮化物结构同层设置。

上述具有复合漏极结构的氮化物功率器件的制作方法，其特征在于包括以下步骤：

1)提供包括沟道层和势垒层的外延结构，于势垒层上定义漏极区域，于漏极区域内形成若干分立间隔排布的p型氮化物结构；

2)于漏极区域沉积覆盖所述p型氮化物结构的漏极金属，并制备栅极金属。

可选的，步骤1)中，于势垒层上形成p型氮化物外延层，蚀刻所述p型氮化物外延层形成所述p型氮化物结构；或，通过选区外延工艺于所述漏极区域的部分区域形成所述p型氮化物结构。

本发明的有益效果为：

1)于漏极引入p型氮化物结构，且漏极金属与p型氮化物结构形成欧姆接触，通过正向偏置时空穴注入，降低沟道电阻，提高器件的峰值电流处理能力，进而提高器件可靠性。

2)通过若干分立间隔排布的p型氮化物结构的设置，器件导通，尤其是过大电流的瞬间，不会产生局部的电流集中甚至电流过大导致器件失效，进一步提高器件可靠性。

附图说明

图1为实施例1的具有复合漏极结构的氮化物功率器件的正视结构示意图；

图2为图1中源极金属、漏极金属和栅极金属的俯视图，图中显示漏极金属和p型氮化物结构的位置关系；

图3为实施例1的工艺流程图；

图4为实施例2的具有复合漏极结构的氮化物功率器件的正视结构示意图；

图5为图4中源极金属、漏极金属和栅极金属的俯视图，图中显示漏极金属和p型氮化物结构的位置关系；

图6为图5中d-d’位置的截面图；

图7为实施例2的工艺流程图；

图8为实施例3的具有复合漏极结构的氮化物功率器件的正视结构示意图；

图9为实施例4的漏极金属和p型氮化物结构的位置关系示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。

实施例1

参考图1和图2，一种具有复合漏极结构的氮化物功率器件100包括衬底1、缓冲层2、gan沟道层3、algan势垒层4、若干p型氮化物结构5a、源极金属6、漏极金属7和栅极金属8。gan沟道层3和algan势垒层4形成异质结，两者之间存在二维电子气。源极金属6、漏极金属7和栅极金属8设于势垒层4之上，且栅极金属8位于源极金属6和漏极金属7之间，若干p型氮化物结构5a设于漏极金属7和势垒层4之间且分立间隔排布，且漏极金属7和p型氮化物结构5a之间形成欧姆接触。

本实施例中，若干p型氮化物结构5a为条形结构，沿栅长方向排布，且于栅宽方向的长度与漏极金属7于该方向的长度相同，均为500～2000μm。此外，也可使p型氮化物结构5a于栅宽方向的长度小于漏极金属7于该方向的长度。这里的栅长方向是指栅极于源极和漏极之间的跨度(即横向，图中箭头方向a)，栅宽方向与栅长方向垂直(即纵向，图中箭头方向b)。这里所述的若干，是指≥2个。这些条形p型氮化物结构5a的总面积占漏极金属7面积(横截面积)的0.2-0.8，例如50％，根据具体性能需求及制作工艺设计，例如可以是等距离间隔平行排布，更具体的，可设置p型氮化物结构5a的宽度与间隔的宽度相同，从而在栅长方向上均匀的分布，在栅宽方向上贯穿漏极区域。

p型氮化物结构5a的材料为p-gan、p-algan、p-ingan或p-inalgan，厚度为50-100nm，掺杂浓度为1×10¹⁷-1×10²¹cm^-3，更优选为1×10¹⁸-1×10²⁰cm^-3。漏极金属7的厚度为200-300nm，漏极金属7覆盖并包覆p型氮化物结构5a。从而，漏极金属7部分与p型氮化物结构5a形成欧姆接触，部分与势垒层4接触。当漏极施加正向电压，p型氮化物结构与下方n型氮化物构成的pn结正向导通，空穴注入到沟道，因为电导调制效应，沟道表现出非常低的电阻，因此器件可以处理大电流。

源极金属6可采用的金属体系包括ti、al、ni、au、ta等及包含上述金属体系在内的合金及化合物；漏极金属7可采用的金属体系包括ni、pd、au等及包含上述金属体系在内的合金及化合物；栅极金属8可采用的金属体系包括ni、pd、au、ti、al、w等及包含上述金属体系在内的合金及化合物。

参考图3，上述氮化物功率器件100的制作方法，首先提供包括衬底1、缓冲层2、gan沟道层3、algan势垒层4的外延结构，于algan势垒层4上形成p型氮化物外延层5(图3-1)；然后通过光刻定义漏极区域中的部分区域为p型氮化物结构区，随后采用icp、rie等蚀刻方法去除p型氮化物结构区之外的p型氮化物外延层5，从而形成分立间隔排布的若干p型氮化物结构5a(图3-2)；然后通过光刻分别定义器件的源极区域、漏极区域和栅极区域，采用蒸镀、溅射等方式分别制备源极金属6、漏极金属7和栅极金属8(图3-3)。此外，在上述步骤之中或之后，还包括通过光刻定义器件的有源区、采用离子注入或刻蚀等方法形成有源区外的高阻区、沉积钝化层等常规步骤。

本实施例中，通过p型氮化物规则条形排布的设置，器件导通，尤其是过大电流的瞬间，电流分布均匀，不会产生局部的电流集中甚至电流过大导致器件失效，从而进一步提高器件的可靠性。

实施例2

参考图4-图6，实施例2的氮化物功率器件200与实施例1的差别在于，若干p型氮化物结构5b为条形结构，沿栅宽方向排布，且于栅长方向的长度与漏极金属7于该方向的长度相同，均为1～20μm；于栅宽方向的长度为0.5～100μm。此外，也可使p型氮化物结构5b于栅长方向的长度小于漏极金属7于该方向的长度。同样的，若干p型氮化物结构5b于栅宽方向上均匀排布，于栅长方向上贯穿漏极。这里所述的若干，是指≥2个，例如4～10个。

参考图7，上述氮化物功率器件200的制作方法，首先提供包括衬底1、缓冲层2、gan沟道层3、algan势垒层4的外延结构(图7-1)；然后采用光刻定义漏极区域中的部分区域为p型氮化物结构区，通过二次外延技术选区外延，在漏极区域的部分区域形成分立间隔排布的若干p型氮化物结构5b(图7-2)；然后通过光刻分别定义器件的源极区域、漏极区域和栅极区域，采用蒸镀、溅射等方式分别制备源极金属6、漏极金属7和栅极金属8(图7-3)。

本实施例的制作方法和实施例1的制作方法可互换，并不对此进行限制。

实施例3

参考图8，实施例3的氮化物功率器件300与实施例1的差别在于，还包括设于栅极金属8和势垒层4之间的p型氮化物层9，p型氮化物层9与p型氮化物结构5a同层设置，即可采用相同的工艺同时形成，在制作栅极p型氮化物的同时制作p型氮化物结构5a。例如采用实施例1的方法，通过光刻同时定义漏极区域中的部分区域为p型氮化物结构区以及栅极区域(也可分开定义)，随后采用icp、rie等蚀刻方法去除p型氮化物结构区和栅极区域之外的p型氮化物外延层5，从而形成分立间隔排布的若干p型氮化物结构5a以及p型氮化物层9。或者，例如采用实施例2的方法，采用光刻定义漏极区域中的部分区域为p型氮化物结构区以及栅极区域，通过二次外延技术选区外延，在漏极区域的部分区域形成分立间隔排布的若干p型氮化物结构5b同时在栅极区域形成p型氮化物层9。

实施例4

实施例4与实施例1的区别在于p型氮化物结构的结构和排布方式。本实施例中，p型氮化物结构5c为块状结构，且等距离间隔排布；更具体的，p型氮化物结构5c截面为圆形，半径为0.5～10μm，优选1～5μm，采用蜂巢状排布。例如，在漏极金属7覆盖面积内，可以设置5～20个的p型氮化物结构5c，并通过p型氮化物结构5c面积和间距的设计使得p型氮化物结构5c的总面积占漏极金属7面积的0.2-0.8。本实施例中，p型氮化物等间距分布，器件导通，尤其是过大电流的瞬间，电流分布均匀，不会产生局部的电流集中，甚至电流过大导致器件失效，从而进一步提高器件的可靠性。

此外，在其他实施例中，栅极结构也可以是schottky栅、凹栅、mis-hemt栅等已知结构，并不对栅极具体结构进行限制。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种具有复合漏极结构的氮化物功率器件及其制作方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。