一种耐压氮化镓器件的结构的制作方法

本申请涉及半导体领域，尤其是涉及一种耐压氮化镓器件的结构。

背景技术：

1、在半导体领域中，氮化镓（gan）已逐渐成为研究的热点，它拥有一些独特的优势。氮化镓的特性包括宽禁带、高电子迁移速度、高热导率、耐腐蚀以及抗辐射等优良性能，这些优势使其在制造高温、高频、大功率电子器件方面显得尤为出色。而这些器件正是许多先进电子系统和高性能集成电路不可或缺的关键组成部分，为新一代电子设备提供了广阔的应用空间。

2、对于目前已有的高耐压 gan hfet（高电子迁移率场效应晶体管）结构而言，主要采用的是横向器件构造。在这种结构中，器件主要由衬底、缓冲层、势垒层以及在势垒层上形成的源极、漏极和栅极等几个关键部分组成。这些部分协同工作，构成了整个高耐压 ganhfet的基础结构。

3、然而，尽管氮化镓的特性使其在许多方面表现出色，但在实际应用中仍存在一些限制。由于受限于现有工艺和器件结构，目前仍然难以实现功率开关器件需要的必要雪崩耐量能力。换句话说，如果在系统应用中出现高于器件物理击穿水平的电压被施加到漏极到源极之间或漏极到栅极之间，将立即产生不可恢复的损坏。这种情况极大降低了设备的可靠性，并且限制了其在更广泛的应用场景中的使用范围。

技术实现思路

1、为了实现对耐压氮化镓器件主体结构的过压保护，本申请提供一种耐压氮化镓器件的结构。

2、本申请提供的一种耐压氮化镓器件的结构，采用如下的技术方案：

3、一种耐压氮化镓器件的结构，包括：

4、衬底，具有处理表面和对应的背面，所述背面形成有与衬底同型掺杂的重掺杂层；处理表面注入形成有深植入区，深植入区在处理表面上注入形成有重掺杂的浅植入区，深植入区和浅植入区相对于衬底为异型掺杂；

5、缓冲层，外延形成于处理表面上，用于对处理表面进行绝缘和隔离；

6、势垒层，外延形成于缓冲层上，用于提供沟道形成层；势垒层和缓冲层连续贯穿设置有达到浅植入区的通道；

7、钝化层，形成有间隔设置的第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽，第一沟槽内设置有源极，第二沟槽内设置有栅极，第三沟槽对准所述通道且内设置有漏极，漏极通过所述通道与浅植入区电接触。

8、可选的，所述衬底为p型离子轻掺杂，所述重掺杂层为p型离子重掺杂层；所述深植入区为n型离子轻掺杂，所述浅植入区为n型离子重掺杂，所述深植入区在衬底处形成n阱。

9、可选的，所述衬底、重掺杂层、浅植入区和深植入区配合形成pn结，所述pn结的反向击穿电压小于缓冲层的击穿电压。

10、可选的，所述衬底、重掺杂层、浅植入区和深植入区配合形成pn结，所述pn结的反向击穿电压小于缓冲层的击穿电压。

11、可选的，所述通道内为漏极材料沉积或为相对于浅植入区的同型掺杂的材料。

12、可选的，所述第二沟槽的底部形成有帽层，所述栅极通过帽层绝缘设置于钝化层上。

13、可选的，所述缓冲层为gan层。

14、可选的，所述势垒层为algan层。

15、可选的，所述钝化层为二氧化硅层或氮化硅层。

16、综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

17、1、本申请依据硅基氮化镓高电子迁移率场效应晶体管独特的器件结构特征，利用该器件自身具备的硅基底建立一个pn结二极管结构，并将二极管的阳极设置在底部，以方便在实际应用中将其接地或通过低阻抗的方式接地。同时，二极管的阴极与gan器件的漏极相连。通过控制二极管的反向击穿电压低于gan器件的击穿电压，以此实现对gan器件的保护。在此设计下，当系统出现过高的脉冲电压时，二极管将率先达到击穿状态，以自身承受过大的能量并将电压钳位在其击穿电压水平以下。从而避免gan器件因过高电压而发生击穿损坏。

18、2、本申请利用硅基gan hemt的固有结构，避免了对原有结构进行大的改动，既降低了成本，又保证了器件的安全和可靠性。通过这种方式，可以在不破坏gan hemt性能的前提下，大大提高其在面对过压情况时的稳定性和耐用性，有助于扩展其在电力电子、无线通信等领域的应用范围。

19、3、本申请的高耐压氮化镓器件是在相对成熟的硅基底上进行开发的，只需要在现有的工艺基础上增加四层额外的步骤，即可完成器件的制备。这种方法有效地降低了研究开发的初始投入以及后期的生产成本。同时，这种在硅基底上开发的耐压氮化镓半导体器件，其生产工艺的成熟程度较高，有利于在短时间内提高生产良率。在半导体制造领域，生产良率的提升意味着单位投入的成本降低，同时也提升了生产效率，有助于更快地推向市场，满足市场需求。

技术特征：

1.一种耐压氮化镓器件的结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的耐压氮化镓器件的结构，其特征在于，所述衬底(1)为p型离子轻掺杂，所述重掺杂层(111)为p型离子重掺杂层；所述深植入区(112)为n型离子轻掺杂，所述浅植入区(113)为n型离子重掺杂，所述深植入区(112)在衬底(1)处形成n阱。

3.根据权利要求2所述的耐压氮化镓器件的结构，其特征在于，所述衬底(1)、重掺杂层(111)、浅植入区(113)和深植入区(112)配合形成pn结，所述pn结的反向击穿电压小于缓冲层(2)的击穿电压。

4.根据权利要求1所述的耐压氮化镓器件的结构，其特征在于，所述通道(5)内为漏极(413)材料沉积或为相对于浅植入区(113)的同型掺杂的材料。

5.根据权利要求1所述的耐压氮化镓器件的结构，其特征在于，所述第二沟槽(402)的底部形成有帽层，所述栅极(412)通过帽层绝缘设置于钝化层(4)上。

6.根据权利要求1所述的耐压氮化镓器件的结构，其特征在于，所述缓冲层(2)为gan层。

7.根据权利要求1所述的耐压氮化镓器件的结构，其特征在于，所述势垒层(3)为algan层。

8.根据权利要求1所述的耐压氮化镓器件的结构，其特征在于，所述钝化层(4)为二氧化硅层或氮化硅层。

技术总结
本申请涉及一种耐压氮化镓器件的结构，该结构包括衬底、缓冲层、势垒层和钝化层，衬底背面形成有与衬底同型掺杂的重掺杂层；衬底的处理表面注入形成有深植入区，深植入区形成有重掺杂的浅植入区，深植入区和浅植入区相对于衬底为异型掺杂；缓冲层外延形成于处理表面上，势垒层外延形成于缓冲层上并用于提供沟道形成层；势垒层和缓冲层连续贯穿设置有达到浅植入区的通道；钝化层形成有间隔设置的第一沟槽、第二沟槽和第三沟槽，第一沟槽内设置有源极，第二沟槽内设置有栅极，第三沟槽对准所述通道且内设置有漏极，漏极通过所述通道与浅植入区电接触。本申请具有通过构造PN结实现对耐压氮化镓器件主体结构的过压保护的功能。

技术研发人员：郑凌波,张杰,王福龙,王叶梅
受保护的技术使用者：深圳市力生美半导体股份有限公司
技术研发日：20230722
技术公布日：2024/1/15