高集成度增强型GaN-HEMT的制作方法

本技术涉及半导体器件，尤其涉及高集成度增强型gan-hemt。

背景技术：

1、氮化镓（gan）是一种宽禁带半导体，第三代半导体的典型代表。gan击穿电场是硅的11倍，禁带宽度是硅的3.1倍，氮化镓异质结电子迁移率是硅的1.4倍，电子饱和漂移速度是硅的2.7倍。因此氮化镓材料具有耐高温、耐高压、高频的特点。与第一代半导体硅基的器件相比，gan器件具有更高耐压、更快开关频率、更小导通电阻等特性，在功率电子器件领域得到广泛应用。

2、氮化镓材料的生长分为体晶材料的生长和晶体薄膜材料的外延生长。体晶材料的生长主要有氨热法、高压生长法和钠融法，三种生长速率都很低，因此目前制备氮化镓材料的主流技术是在其他衬底上以异质外延方式生长gan薄膜（几微米到几毫米），外延生长技术主要有mocvd技术(金属有机化合物化学气相沉积)、mbe技术(氢化物气相外延)和hvpe技术(分子束外延)。其中mocvd以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长多种化合物半导体以及薄层单晶材料,适应生成异质结构材料。具有生长易于控制，可批量生产等优点。mbe则是利用分子束或原子束沉积在加热的晶体衬底表面进行外延淀积,具有质量最好，无氢环境的优点。hvpe则是金属镓上流过hcl，形成gacl蒸气，它流到衬底与nh3反应，沉积形成gan。具有生长速度最快，生长技术简单的优点。

3、gan异质外延最常用的衬底材料是蓝宝石、sic和si。考虑散热和衬底价格等因素，功率器件多选用si做为衬底材料。因si和gan的晶格失配很大，目前通过过渡层、插入层、原位钝化等方法释放外延材料应力。

4、早期的gan材料主要用于led发光器件、激光器件和光电探测器，直到1994年m.k.khan发现algan和gan会产生高浓度二维电子气（2deg），这是由于algan和gan材料整体的禁带宽度较宽，具有较强的耐压能力；且algan和gan界面导带带阶，有很强的压电和自发的极化效应，有利于形成深而窄的量子阱，聚集高密度的2deg，2deg由于自身的分布和输运的特点，具有显著高于体电子的迁移率与饱和速度，因此gan才开始用于超高频、高速领域，这种调制掺杂的异质结就是高电子迁移率晶体管（hemt）的基本结构。然后器件的漏、源极要和2deg形成欧姆接触，栅极形成肖特基接触，利用栅压控制2deg的开启和关闭。因为耗尽型器件具有误开启、不安全、系统不稳定等缺点，往往在外延生长过程中，在algan上层异质外延生长一层p型的gan层，用以制备增强型ganhemt。

5、因此传统的整个ganhemt的制备包括硅衬底，渐变生长的缓冲buffer层algan，高阻的耐压层gan，gan沟道层、algan势垒层，以及p型gan帽层。传统的加工工艺过程包括刻蚀漏源区域，漏源区域沉积欧姆金属，刻蚀p-gan区域，栅极区域沉积肖特基金属，再进行钝化以及pad开窗处理。

6、虽然ganhemt器件具有优于传统si器件的性能，但依然存在一些问题制约着ganhemt器件的应用。对与功率器件而言，器件的尺寸和功率密度是重要的关注项。ganhemt是基于algan和gan的异质结为基础的器件，目前市场上异质外延生成的algan势垒层和gan沟道层均是平面层，因此制备的ganhemt器件也是水平器件，相对同电压垂直结构的simos和sicmos器件，在高频和耐热方面有优势，但是制备的器件尺寸往往更大，功率密度更低，与微电子器件尺寸更小、集成度更高的发展趋势有所冲突。

技术实现思路

1、本实用新型针对以上问题，提供了一种相同耐压，更小尺寸ganhemt器件或相同尺寸，更高耐压的高集成度增强型gan-hemt。

2、本实用新型的技术方案是：高集成度增强型gan-hemt，包括从下而上依次设置的硅衬底、al0.8ga0.2n层、al0.5ga0.5n层、al0.2ga0.8n层和gan高阻层；

3、所述gan高阻层的顶面设有若干间隔设置的aln凸台；

4、所述gan高阻层的顶面设有经过若干所述aln凸台的gan沟道层；

5、所述gan沟道层上设有algan势垒层；

6、所述algan势垒层上，位于相连所述aln凸台之间设有用于填充的多晶硅；

7、所述algan势垒层上设有sin钝化层，所述sin钝化层内设有沿水平方向延伸的金属场板；

8、所述sin钝化层的一端设有向下延伸至gan高阻层的源极金属；另一端设有向下延伸至gan高阻层的漏极金属；

9、所述algan势垒层上靠近端部处，其顶部设有p型gan帽层；所述p型gan帽层的顶部设有伸入sin钝化层的栅极金属。

10、具体的，所述al0.8ga0.2n层的厚度为0.8um。

11、具体的，所述al0.5ga0.5n层的厚度为0.6um。

12、具体的，所述al0.2ga0.8n层的厚度为0.6um。

13、具体的，所述gan高阻层厚度为4um，掺杂元素为c，电阻率为109ω*cm。

14、具体的，相邻aln凸台间距为1um。

15、本实用新型通过优化ganhemt的外延生长方法以及后续制备工艺，实现制备相同耐压，更小尺寸ganhemt器件或相同尺寸，更高耐压的目的。通过在高阻的氮化镓耐压层上生长规则排布的的aln层作为凸台，后续在此凸台基础上生成均匀厚度的gan沟道层和algan势垒层，使用台阶仪检测algan势垒层高点z方向高度z0，此时对外延片进行填充重掺杂的多晶硅，再使用平坦工艺刻蚀刻蚀到之前记录的z0高度处，再继续生长p型gan帽层，后续进行栅极区域的刻蚀，并制备肖特基金属、再在漏源区域制备欧姆金属，实现在相同的耐压下、大大缩减器件尺寸的目的。

技术特征：

1.高集成度增强型gan-hemt，其特征在于，包括从下而上依次设置的硅衬底（1）、al0.8ga0.2n层（2）、al0.5ga0.5n层（3）、al0.2ga0.8n层（4）和gan高阻层（5）；

2.根据权利要求1所述的高集成度增强型gan-hemt，其特征在于，所述al0.8ga0.2n层的厚度为0.8um。

3.根据权利要求1所述的高集成度增强型gan-hemt，其特征在于，所述al0.5ga0.5n层的厚度为0.6um。

4.根据权利要求1所述的高集成度增强型gan-hemt，其特征在于，所述al0.2ga0.8n层的厚度为0.6um。

5.根据权利要求1所述的高集成度增强型gan-hemt，其特征在于，相邻aln凸台间距为1um。

技术总结
高集成度增强型GaN‑HEMT。涉及半导体器件。本技术通过优化GaNHEMT的外延生长方法以及后续制备工艺，实现制备相同耐压，更小尺寸GaNHEMT器件或相同尺寸，更高耐压的目的。通过在高阻的氮化镓耐压层上生长规则排布的的AlN层作为凸台，后续在此凸台基础上生成均匀厚度的GaN沟道层和AlGaN势垒层，使用台阶仪检测AlGaN势垒层高点Z方向高度Z0，此时对外延片进行填充重掺杂的多晶硅，再使用平坦工艺刻蚀刻蚀到之前记录的Z0高度处，再继续生长P型GaN帽层，后续进行栅极区域的刻蚀，并制备肖特基金属、再在漏源区域制备欧姆金属，实现在相同的耐压下、大大缩减器件尺寸的目的。

技术研发人员：傅信强,代书雨,王毅
受保护的技术使用者：扬州扬杰电子科技股份有限公司
技术研发日：20230406
技术公布日：2024/1/13