一种具有抗单粒子烧毁加固结构的CAVET器件及其制造方法

本发明属于功率半导体器件，特别涉及一种具有抗单粒子烧毁加固结构的cavet器件及其制造方法。

背景技术：

1、粒子辐射是影响功率器件的重要原因。功率器件在空间应用中受到粒子辐射之后会引发器件内部产生大量的电子空穴对，在内部的高强电场的作用下，产生的电子和空穴都将被传输到器件的两端，由此产生一种非稳态电流。如果电流过大，就可能导致器件由于焦耳热而发生烧毁，即单粒子烧毁(single event burnout，seb)效应。

2、由于gan材料具备良好的抗辐照能力，所以gan器件有望在航空航天领域被广泛应用。电流孔径垂直电子晶体管(current aperature vertical electron transistor,cavet)作为gan垂直器件的一种，相较于平面型gan hemt器件通过增大漂移区中碳掺杂浓度或增加有源区的长度提高耐压方式，gan cavet器件可降低表面击穿的几率，并且可抑制深能级陷阱的电荷存储效应对器件可靠性带来的不利影响(如在电应力下阈值的不稳定性及电流崩塌现象)。

3、传统的cavet器件包括漏极、衬底、漂移区、cbl区、algan层、p-gan层、栅极、栅极介质、源极，其中，衬底位于漏极上方，漂移区位于衬底上方，cbl区对称分布于漂移区左右两侧内，源极对称位于漂移区上方左右两侧，algan层、p-gan层、栅极介质位于两源极之间，algan层位于漂移区上方，p-gan层、栅极介质均位于algan层上方，栅极介质对称分布于漂移区左右两端，栅极区位于p-gan层上方。当电流过大时，其容易发生热击穿，因此，需要解决cavet抗单粒子烧毁的问题。

4、而目前对功率器件的抗单粒子烧毁的问题多采用加入加固结构，加固方式分为正面源区加固和背面缓冲层加固两种方法。其中，背面缓冲层加固的方式广泛适用于功率二极管、功率moseft、hemt器件和边缘终端结构等，在cavet器件中还未有此方式。但加固结构的引入会导致会牺牲器件的基本电学特性。例如：有源区扩展的方法容易导致沟道区载流子浓度的减小，可使器件的正向导通电流密度降低；缓冲层的引入在降低衬底结峰值电场的同时也伴随着正向导通电阻的增加。因此，需要提出一种性能优良的具有抗seb加固结构的cavet器件。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种具有抗单粒子烧毁加固结构的cavet器件及其制造方法，使cavet器件具有较强的抗单粒子烧毁能力。

2、本发明提供了一种具有抗单粒子烧毁加固结构的cavet器件，其包括漏极、衬底、漂移区、cbl区、algan层、p-gan层、栅极、栅极介质、源极，其中，所述衬底位于漏极上方，所述cbl区对称分布于漂移区左右两侧内，所述源极对称位于漂移区上方左右两侧，所述algan层、p-gan层、栅极介质位于两源极之间，所述algan层位于漂移区上方，所述p-gan层、栅极介质均位于algan层上方，所述栅极介质对称分布于漂移区左右两端，所述栅极区位于p-gan层上方；其还包括一层n型缓冲层，所述缓冲层位于衬底与漂移区之间，其底部位于衬底上方，顶部位于漂移区下方。

3、优选地，所述缓冲层的厚度大于5μm。

4、优选地，所述缓冲层的掺杂浓度为1×1016cm-3～5×1017cm-3。

5、优选地，所述cavet器件的厚度为10～30μm。

6、一种具有抗单粒子烧毁加固结构的cavet器件制造方法，包括如下步骤：

7、s01：提供gan自支撑衬底，在gan自支撑衬底上，外延生长一层n型缓冲层，用mocvd或者mbe生长一层n型gan漂移区，然后用mocvd或者mbe生长一层p型gan；

8、s02：用icp-rie对p-gan进行刻蚀形成电流孔径结构，形成左右两边的cbl区；

9、s03：用mocvd或者mbe再生长一层非故意掺杂的gan，形成完整的漂移区，之后再生长一层algan势垒层；

10、s04：用ald、pecvd、icpcvd或者lpcvd生长一层栅极介质层；

11、s05：用icp-rie对p-gan刻蚀，形成中部的p-gan层；

12、s06：用rie去除源极区域栅极介质层，用icp-rie去除再生长的algan势垒层，形成中部左右两侧的栅极介质，中部的algan层；

13、s07：淀积p-gan接触金属，然后淀积源极金属，快速热退火，形成源极欧姆接触；

14、s08：淀积栅极金属和互连金属，形成栅极；

15、s09：在晶圆背面淀积漏极接触金属，形成漏极欧姆接触。

16、本发明具有以下技术效果：

17、通过引入缓冲层能够大大降低半导体功率器件漂移区和衬底同质结处的电场峰值和碰撞电离，减少因碰撞电离导致雪崩倍增而产生的载流子的数量；优化器件内部电场，降低因电流热效应而产生的热量，使cavet器件的seb安全工作电压得到了显著提高。

技术特征：

1.一种具有抗单粒子烧毁加固结构的cavet器件，其包括漏极、衬底、漂移区、cbl区、algan层、p-gan层、栅极、栅极介质、源极，其中，所述衬底位于漏极上方，所述cbl区对称分布于漂移区左右两侧内，所述源极对称位于漂移区上方左右两侧，所述algan层、p-gan层、栅极介质位于两源极之间，所述algan层位于漂移区上方，所述p-gan层、栅极介质均位于algan层上方，所述栅极介质对称分布于漂移区左右两端，所述栅极区位于p-gan层上方，其特征在于：其还包括一层n型缓冲层，所述缓冲层位于衬底与漂移区之间，其底部位于衬底上方，顶部位于漂移区下方。

2.根据权利要求1所述的一种具有抗单粒子烧毁加固结构的cavet器件，其特征在于：所述缓冲层的厚度大于5μm。

3.根据权利要求1所述的一种具有抗单粒子烧毁加固结构的cavet器件，其特征在于：所述缓冲层的掺杂浓度为1×1016cm-3～5×1017cm-3。

4.根据权利要求1所述的一种具有抗单粒子烧毁加固结构的cavet器件，其特征在于：所述cavet器件的厚度为10～30μm。

5.一种具有抗单粒子烧毁加固结构的cavet器件制造方法，其特征在于：包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及一种具有抗单粒子烧毁加固结构的CAVET器件，其包括漏极、衬底、漂移区、CBL区、ALGaN层、P‑GaN层、栅极、栅极介质、源极，其中，衬底位于漏极上方，CBL区对称分布于漂移区左右两侧内，源极对称位于漂移区上方左右两侧，ALGaN层、P‑GaN层、栅极介质位于两源极之间，ALGaN层位于漂移区上方，P‑GaN层、栅极介质均位于ALGaN层上方，栅极介质对称分布于漂移区左右两端，栅极区位于P‑GaN层上方；其还包括一层N型缓冲层，N型缓冲层位于衬底与漂移区之间，其底部位于衬底上方，顶部位于漂移区下方。本发明通过缓冲层大大降低了半导体功率器件漂移区和衬底同质结处的电场峰值和碰撞电离，减少了因碰撞电离导致雪崩倍增而产生的载流子的数量，具有较强的抗单粒子烧毁能力。

技术研发人员：魏远,张孝冬,梁伟,沈重,赵哲
受保护的技术使用者：海南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17