增强型氮化镓功率器件的制备方法

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种增强型氮化镓功率器件的制备方法。

背景技术：

1、氮化镓功率器件与硅器件相比，有着更高的禁带宽度、电子迁移率、电子饱和速率、临界击穿电场，这意味着gan功率器件更适合实现高频、大电流和低导通电阻的应用场景。

2、尽管耗尽型gan hemts的输出电流密度较si功率器件有非常大的提高，而增强型gan hemts的输出电流密度则相对较小，远没达到gan材料的理论极限。但是，增加增强型gan hemt的输出电流密度，可以提高gan hemt的驱动能力，可以简化驱动电路的设计，实现氮化镓功率器件的更快商业化。

3、因而，研发更高输出电流密度和更大驱动能力的增强型氮化镓功率器件，成为本领域技术人员亟待要解决的技术重点。

技术实现思路

1、本发明提供一种增强型氮化镓功率器件的制备方法，以解决如何提高增强型氮化镓功率器件的输出电流密度和驱动能力的问题。

2、根据本发明的第一方面，提供了一种增强型氮化镓功率器件的制备方法，包括：

3、提供一衬底；

4、形成缓冲层、沟道层、势垒层、源极金属层以及漏极金属层；所述缓冲层、所述沟道层以及所述势垒层沿远离所述衬底的方向上依次形成于所述衬底上；所述源极金属与所述漏极金属沿第一方向排列于所述势垒层表面；所述第一方向垂直于所述缓冲层、所述沟道层以及所述势垒层的堆叠方向；

5、形成第一介质层；所述第一介质层形成于部分所述势垒层的表面；

6、在部分所述势垒层表面的所述第一介质层中注入固定正电荷，并激活所述固定正电荷；

7、形成栅金属层；所述栅金属层形成于栅极区域的所述势垒层的上方。

8、可选的，在所述第一介质层中注入所述固定正电荷时，采用低能离子注入法。

9、可选的，所述固定正电荷为o2+、f+、si+或n+。

10、可选的，所述固定正电荷的掺杂浓度为：1e14cm3-1e18cm3。

11、可选的，当所述增强型氮化镓功率器件为凹栅增强型氮化镓功率器件时，所述第一介质层为为栅介质层；形成所述第一介质层具体包括：

12、刻蚀所述栅极区域的所述势垒层，并暴露出部分所述沟道层，以形成第一栅极开孔；

13、形成所述栅介质层；所述栅介质层形成于所述源极金属与所述漏极金属之间的所述势垒层的表面，且覆盖所述第一栅极开孔的底部和侧壁；

14、其中，所述栅金属层填充于所述第一栅极开孔中，且覆盖所述第一栅极开孔中的所述栅介质层。

15、可选的，形成源极金属层与漏极金属层之前，还包括：

16、形成若干隔离层；所述若干隔离层贯穿所述势垒层与部分所述沟道层；

17、其中，在同一器件中，所述源极金属层与所述漏极金属层沿所述第一方向依次形成于所述若干隔离层之间。

18、可选的，当所述增强型氮化镓功率器件为p-gan增强型氮化镓功率器件时，形成所述源极金属层与所述漏极金属层之前还包括：

19、形成p-gan层；所述p-gan层形成于部分所述势垒层的表面，以暴露出部分所述势垒层；所述源极金属层与所述漏极金属层形成于所述p-gan层的沿所述第一方向的两侧。

20、可选的，形成所述p-gan层具体包括：

21、形成p-gan材料层；所述p-gan材料层覆盖所述势垒层的表面；

22、刻蚀非栅极区域的所述p-gan材料层，以在部分所述势垒层的表面形成所述p-gan层。

23、可选的，所述第一介质层为钝化介质层，形成所述第一介质层具体包括：

24、形成所述钝化介质层；所述钝化介质层填充于所述源极金属层、所述p-gan层以及所述漏极金属层之间的空隙中，以覆盖暴露出来的部分所述势垒层；

25、其中，所述栅金属层形成于所述p-gan层的顶端。

26、可选的，形成p-gan材料层之后，还包括：

27、形成若干隔离层；所述若干隔离层贯穿所述p-gan材料层、所述势垒层以及部分所述沟道层，所述若干隔离层用于器件隔离；

28、其中，在同一器件中，所述源极金属层、所述p-gan层以及所述漏极金属层沿所述第一方向形成于所述若干隔离层之间。

29、根据本发明的第二方面，提供了一种凹栅增强型氮化镓功率器件，利用本发明第一方面的任一项所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法制备而成。

30、根据本发明的第三方面，提供了一种p-gan增强型氮化镓功率器件，利用本发明第二方面的任一项所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法制备而成。

31、根据本发明的第四方面，提供了一种电子设备，包括本发明第二方面所述的凹栅增强型氮化镓功率器件或本发明第三方面所述的p-gan增强型氮化镓功率器件。

32、根据本发明的第五方面，提供了一种电子设备的制备方法，包括：本发明第一方面的任一项所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法。

33、本发明提供的一种增强型氮化镓功率器件的制备方法，通过在部分势垒层表面的第一介质层中注入固定正电荷，并激活固定正电荷，以诱导第一介质层下方的势垒层/沟道层的界面处产生跟高的二维电子气浓度，从而减小了增强型氮化镓功率器件导通电阻、提高增强型氮化镓功率器件的输出电流密度，实现增强型氮化镓功率器件低的功率耗散和高的驱动能力。可见，本发明提供的技术方案，解决了如何提高增强型氮化镓功率器件的输出电流密度和驱动能力的问题，进一步地，本发明提供的技术方案也扩展了gan hemts的应用场景。

技术特征：

1.一种增强型氮化镓功率器件的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法，其特征在于，在所述第一介质层中注入所述固定正电荷时，采用低能离子注入法。

3.根据权利要求2所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法，其特征在于，所述固定正电荷为o2+、f+、si+或n+。

4.根据权利要求3所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法，其特征在于，所述固定正电荷的掺杂浓度为：1e14cm3-1e18cm3。

5.根据权利要求4所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法，其特征在于，当所述增强型氮化镓功率器件为凹栅增强型氮化镓功率器件时，所述第一介质层为为栅介质层；形成所述第一介质层具体包括：

6.根据权利要求5所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法，其特征在于，形成源极金属层与漏极金属层之前，还包括：

7.根据权利要求4所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法，其特征在于，当所述增强型氮化镓功率器件为p-gan增强型氮化镓功率器件时，形成所述源极金属层与所述漏极金属层之前还包括：

8.根据权利要求7所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法，其特征在于，形成所述p-gan层具体包括：

9.根据权利要求8所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法，其特征在于，所述第一介质层为钝化介质层，形成所述第一介质层具体包括：

10.根据权利要8或9任一项所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法，其特征在于，形成p-gan材料层之后，还包括：

11.一种凹栅增强型氮化镓功率器件，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法制备而成。

12.一种p-gan增强型氮化镓功率器件，其特征在于，利用权利要求7-10任一项所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法制备而成。

13.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求11所述的凹栅增强型氮化镓功率器件或权利要求12所述的p-gan增强型氮化镓功率器件。

14.一种电子设备的制备方法，其特征在于，包括：权利要求1-10任一项所述的增强型氮化镓功率器件的制备方法。

技术总结
本发明提供了一种增强型氮化镓功率器件的制备方法，包括：提供一衬底；形成缓冲层、沟道层、势垒层、源极金属层以及漏极金属层；缓冲层、沟道层以及势垒层沿远离衬底的方向上依次形成于衬底上；源极金属与漏极金属沿第一方向排列于势垒层表面；第一方向垂直于缓冲层、沟道层以及势垒层的堆叠方向；形成第一介质层；第一介质层形成于部分势垒层的表面；在部分势垒层表面的第一介质层中注入固定正电荷，并激活固定正电荷；形成栅金属层；栅金属层形成于栅极区域的势垒层的上方。本发明提供的技术方案，解决了如何提高增强型氮化镓功率器件的输出电流密度和驱动能力的问题。

技术研发人员：王强,张鹏浩,徐敏,潘茂林,王路宇,谢欣灵,黄海,杨妍楠,徐赛生,王晨,张卫
受保护的技术使用者：复旦大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13