氮化镓功率器件及其制备方法与流程

本申请涉及功率半导体器件，具体涉及一种氮化镓功率器件及其制备方法。

背景技术：

1、本部分的描述仅提供与本申请公开相关的背景信息，而不构成现有技术。

2、图1示出了现有技术中典型的gan hemt器件结构，主要包含势垒层（algan）/沟道层（gan）异质结结构，及源极/漏极欧姆接触，以及栅极。

3、参照图2所示，当器件处于硬开关场景时，高场高流会使得部分载流子获得充足的能量，形成热电子，热电子有几率越过势垒层，被势垒层/钝化层界面的大量界面态捕获，导致器件的动态电阻显著退化。漏极在关态及半开态下通常处于高压状态，源极和漏极电压较低，因此靠近漏极处，电子的动能越大，越容易形成热电子，因此越靠近漏极，这种捕获效应越严重。

4、现有两种主流改善方案均存在固有缺陷：

5、第一种方案为优化钝化层材料与制备工艺。钝化层组分、厚度改动会同步改变器件寄生电容、方块电阻、击穿电压等多项核心电学参数，难以兼顾全部器件性能指标，参数匹配难度大。

6、第二种方案为增设场板结构。漏极场板会引入垂直方向附加电场，进一步加剧漏极区域热电子捕获现象，恶化动态电阻退化问题；栅极场板、源极场板的制备需要新增光刻光罩，大幅提升芯片制造成本，不利于规模化量产。

7、综上，现有技术缺少一种可高效抑制热电子捕获、不恶化器件电学参数、不增加制造成本的 gan hemt 器件结构。

8、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、本申请旨在解决现有gan hemt功率器件中，由于algan/钝化层界面存在高密度界面态而导致热电子被捕获、动态电阻严重退化的问题，以及现有场板方案加剧退化或增加制造成本的问题。

2、为了实现上述目的，本申请提供了如下的技术方案：一种氮化镓功率器件，包括：

3、外延结构，所述外延结构至少包括势垒层和沟道层；

4、设置于所述外延结构上的源极、漏极和栅极；

5、钝化层，覆盖于所述外延结构表面；

6、还包括：

7、热电子捕获抑制层，设置于所述栅极与所述漏极之间，所述热电子捕获抑制层的下边界与所述势垒层直接接触，所述热电子捕获抑制层的上边界与所述钝化层直接接触；

8、其中，所述热电子捕获抑制层与所述势垒层之间的界面态密度为a，所述钝化层与所述势垒层之间的界面态密度为b，且a

9、优选地，所述热电子捕获抑制层和所述钝化层的材料不相同。

10、优选地，所述热电子捕获抑制层的材料与所述钝化层的材料相同，且所述热电子捕获抑制层的生长方式与所述钝化层的生长方式不同。

11、优选地，所述热电子捕获抑制层的材料与所述钝化层的材料均为sin，所述热电子捕获抑制层由lpcvd方式制得，所述钝化层由pecvd方式制得。

12、优选地，所述热电子捕获抑制层的材料与所述钝化层的材料均为aln，所述热电子捕获抑制层由thermal ald方式制得，所述钝化层由peald方式制得。

13、优选地，所述热电子捕获抑制层由绝缘材料制成。

14、优选地，所述热电子捕获抑制层的材料为aln、al2o3、alon、sin、sio2、sion、hfo2、bn或geo2中的任意一种或多种。

15、优选地，所述热电子捕获抑制层的厚度为0.1nm～200nm,和/或，所述热电子捕获抑制层的长度为0.1nm～50μm。

16、优选地，所述热电子捕获抑制层朝向所述漏极一侧侧壁与所述漏极直接接触，所述热电子捕获抑制层朝向所述栅极一侧的侧壁与所述栅极具有预设间隔。

17、本申请实施例公开了一种氮化镓功率器件的制备方法，包括以下步骤：

18、a）提供外延材料；

19、b）在所述外延材料上形成掩膜层；

20、c）在所述掩膜层所界定的区域中制备热电子捕获抑制层；

21、d）去除所述掩膜层；

22、e）制备电极；

23、f）沉积钝化层，其中，所述热电子捕获抑制层与所述势垒层之间的界面态密度为a，所述钝化层与所述势垒层之间的界面态密度为b，且a

24、借由以上的技术方案，本申请的有益效果在于：

25、第一，本申请通过在栅极与漏极之间设置热电子捕获抑制层，并使该热电子捕获抑制层与势垒层之间的界面态密度a小于钝化层与势垒层之间的界面态密度b，使得在热电子效应最严重的漏极附近区域，可捕获热电子的界面陷阱数量显著减少。具体地，热电子在穿越algan势垒层后，所到达的界面为algan/热电子捕获抑制层界面，由于该界面的界面态密度a较低，热电子被捕获的概率大幅降低，从而减轻了界面负电荷对沟道二维电子气的耗尽作用，有效抑制了动态电阻的退化。

26、第二，本申请通过采用热电子捕获抑制层与钝化层不同材料、或同材料不同生长方式的方案，灵活实现了a

27、第三，本申请的热电子捕获抑制层结构在器件制造过程中可通过一次掩膜层制备和去除步骤实现，不需要增加额外的光罩数量，相比栅极场板或源极场板方案显著降低了制造成本。

28、第四，由于本申请不引入如漏极场板那样的额外垂直电场分量，因此不会因电场调制而加剧电子捕获效应，避免了现有漏极场板方案中“抑制热电子产生”与“加剧热电子捕获”之间的矛盾。

29、综上所述，本申请从界面态密度调控这一根本途径入手，在不增加光罩数量和额外电场干扰的前提下，实现了对热电子捕获效应的有效抑制，显著改善了gan hemt器件的动态电阻特性。参照后文的说明和附图，详细公开了本申请的特定实施例，指明了本申请的原理可以被采用的方式。应该理解，本申请的实施例在范围上并不因而受到限制。在所附权利要求的精神和条款的范围内，本申请的实施例包括许多改变、修改和等同。

30、针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，与其它实施例中的特征相组合，或替代其它实施例中的特征。

31、应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

1.一种氮化镓功率器件，包括：

2.根据权利要求1所述的氮化镓功率器件，其特征在于，所述热电子捕获抑制层和所述钝化层的材料不相同。

3.根据权利要求1所述的氮化镓功率器件，其特征在于，所述热电子捕获抑制层的材料与所述钝化层的材料相同，且所述热电子捕获抑制层的生长方式与所述钝化层的生长方式不同。

4.根据权利要求3所述的氮化镓功率器件，其特征在于，所述热电子捕获抑制层的材料与所述钝化层的材料均为sin，所述热电子捕获抑制层由lpcvd方式制得，所述钝化层由pecvd方式制得。

5.根据权利要求3所述的氮化镓功率器件，其特征在于，所述热电子捕获抑制层的材料与所述钝化层的材料均为aln，所述热电子捕获抑制层由thermal ald方式制得，所述钝化层由peald方式制得。

6.根据权利要求1所述的氮化镓功率器件，其特征在于，所述热电子捕获抑制层由绝缘材料制成。

7.根据权利要求1所述的氮化镓功率器件，其特征在于，所述热电子捕获抑制层的材料为aln、al2o3、alon、sin、sio2、sion、hfo2、bn或geo2中的任意一种或多种。

8.根据权利要求1所述的氮化镓功率器件，其特征在于，所述热电子捕获抑制层的厚度为0.1nm～200nm,和/或，所述热电子捕获抑制层的长度为0.1nm～50μm。

9.根据权利要求1所述的氮化镓功率器件，其特征在于，所述热电子捕获抑制层朝向所述漏极一侧侧壁与所述漏极直接接触，所述热电子捕获抑制层朝向所述栅极一侧的侧壁与所述栅极具有预设间隔。

10.一种氮化镓功率器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：