一种增强型GaN功率器件的制造方法与流程

一种增强型gan功率器件的制造方法
技术领域
1.本发明涉及晶体管技术领域，尤其涉及一种增强型gan功率器件的制造方法。


背景技术：

2.gan基材料具有禁带宽度大、击穿场强高、极化系数高、电子迁移率和电荷饱和迁移率高的性能优势，是制备新一代高性能电力电子器件的优选材料，具有重要的应用前景。algan/gan异质结界面处由极化效应产生的二维电子气所制备的高电子迁移率晶体管是目前主要应用的平面结构gan基功率器件，兼具高耐压、高功率密度、高工作速度等优势。然而由于异质结界面处的二维电子气存在，在实际应用中需要相对复杂的栅驱动电路，因此，在gan基功率器件应用中，增强型gan基功率器件成为了重要的技术目标。
3.目前，p型gan帽层（p-gan）技术在界面质量、器件开关特性等方面具有潜在优势，成为产业化的主要技术攻克方向。但是，p型gan帽层技术实现起来比较困难，其中最关键的工艺是p-gan刻蚀。需要让p-gan对栅极下方的二维电子气耗尽，其他区域的二维电子气不能被耗尽。这就使得必须对外延生长的p-gan进行区域刻蚀，只保留栅极区域的p-gan层，其他区域的p-gan需要被刻蚀掉。由于p-gan被刻蚀后，下方的algan层要保留，并且不能受到损伤，因此需要采用高选择比、低损伤的刻蚀工艺，这种刻蚀工艺实现难度很高。同时，p-gan刻蚀后，会对下方的algan表面造成损伤，形成大量的表面态，使器件的动态特性变差（在高压或大电流冲击后，电子被表面态俘获，使得器件的电阻升高）。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种增强型gan功率器件制造方法，不必采用复杂昂贵的高选择比p-gan刻蚀技术，防止器件动态特性变差。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：本发明提供了一种增强型gan功率器件的制造方法，包括以下步骤：在衬底上依次外延生长缓冲层、algan层和p-gan层；保留栅极区域的p-gan层，对栅极以外区域的p-gan层进行刻蚀，所述刻蚀后余下p-gan层的厚度为1~10nm，形成p-gan刻蚀区域；在所述栅极区域保留的p-gan层上面和侧面包覆钝化保护层，得到第一外延片；将所述第一外延片在氨气氛围中进行退火，所述p-gan刻蚀区域发生钝化，得到第二外延片；在所述第二外延片上表面生长sin薄膜，然后制作源极电极和漏极电极；在栅极区域刻蚀sin薄膜和钝化保护层，直到暴露出栅极区域的部分p-gan，在暴露出的p-gan表面制作栅极电极，得到增强型gan功率器件。
6.优选的，所述钝化保护层包括sin
x
层或sio2层。
7.优选的，所述钝化保护层的厚度＞p-gan层的厚度。
8.优选的，所述钝化保护层的厚度＞p-gan层的厚度且＜p-gan层厚度的2倍。
9.优选的，所述退火的温度＞600℃且＜900℃。
10.优选的，所述退火的时间＞1min且＜20min。
11.优选的，所述衬底包括硅衬底。
12.优选的，所述缓冲层包括gan缓冲层。
13.优选的，所述刻蚀后余下p-gan层的厚度为2~8nm。
14.本发明提供了一种增强型gan功率器件的制造方法，包括以下步骤：在衬底上依次外延生长缓冲层、algan层和p-gan层；保留栅极区域的p-gan层，对栅极以外区域的p-gan层进行刻蚀，所述刻蚀后余下p-gan层的厚度为1~10nm，形成p-gan刻蚀区域；在所述栅极区域保留的p-gan层上面和侧面包覆钝化保护层，得到第一外延片；将所述第一外延片在氨气氛围中进行退火，所述p-gan刻蚀区域发生钝化，得到第二外延片；在所述第二外延片上表面生长sin薄膜，然后制作源极电极和漏极电极；在栅极区域刻蚀sin薄膜和钝化保护层，直到暴露出栅极区域的部分p-gan，在暴露出的p-gan表面制作栅极电极，得到增强型gan功率器件。
15.本发明不必采用复杂昂贵的高选择比p-gan刻蚀技术，只用常规的gan刻蚀工艺刻蚀掉大部分p-gan层，保留少部分p-gan层，避免了algan表面的损伤，同时保留的p-gan层与algan层接触，会形成耗尽区，二维电子气中的电子，很难越过耗尽区到达algan表面，从而改善了器件的动态特性。
附图说明
16.图1为衬底上依次外延生长缓冲层、algan层和p-gan层的结构示意图；图2为对栅极以外区域的p-gan层进行刻蚀后的结构示意图；图3为第一外延片的结构示意图；图4为在所述第二外延片上表面生长sin薄膜并制作源极电极和漏极电极的结构示意图；图5为增强型gan功率器件的整体结构示意图；图1~5中：1-缓冲层、2-algan层、3-p-gan层、4-钝化保护层、5-sin薄膜、6-源极电极、7-漏极电极、8-栅极电极。
具体实施方式
17.本发明提供了一种增强型gan功率器件的制造方法，包括以下步骤：在衬底上依次外延生长缓冲层、algan层和p-gan层；保留栅极区域的p-gan层，对栅极以外区域的p-gan层进行刻蚀，所述刻蚀后余下p-gan层的厚度为1~10nm，形成p-gan刻蚀区域；在所述栅极区域保留的p-gan层上面和侧面包覆钝化保护层，得到第一外延片；将所述第一外延片在氨气氛围中进行退火，所述p-gan刻蚀区域发生钝化，得到第二外延片；在所述第二外延片上表面生长sin薄膜，然后制作源极电极和漏极电极；在栅极区域刻蚀sin薄膜和钝化保护层，直到暴露出栅极区域的部分p-gan，在暴露出的p-gan表面制作栅极电极，得到增强型gan功率器件。
18.如图1所示，本发明先在衬底上依次外延生长缓冲层、algan层和p-gan层。
19.在本发明中，所述衬底优选包括硅衬底，所述缓冲层优选包括gan缓冲层。本发明优选在mocvd设备中依次外延生长缓冲层、algan层和p-gan层。本发明对所述缓冲层、algan层和p-gan层的厚度和生长条件没有特殊要求，此为本领域公知常识。
20.形成p-gan层后，本发明优选清洗所得外延片，然后按照如图2所示，保留栅极区域的p-gan层，对栅极以外区域的p-gan层进行刻蚀，所述刻蚀后余下p-gan层的厚度为1~10nm，形成p-gan刻蚀区域。
21.本发明进行部分刻蚀，目的是不必刻蚀到algan，避免了刻蚀损伤。同时，保留的部分p-gan可以与下方的algan形成耗尽区，阻止二维电子气中的电子被algan表面的陷阱俘获，改善器件的动态特性。本发明通过控制余下p-gan层的厚度在上述范围，能防止保留的p-gan部分太厚会把其下方的二维电子气全部耗尽，没有电流。
22.刻蚀完成后，如图3所示，本发明在所述栅极区域保留的p-gan层上面和侧面包覆钝化保护层，得到第一外延片。
23.即使保留少部分p-gan，由于p-gan的耗尽作用，依然会存在下方的二维电子气密度减小的问题。为减弱这个影响，需要将保留的p-gan进行钝化处理，但栅极区域的p-gan不能被钝化（其作用是要完全耗尽栅极下方的二维电子气）。为达到这个目的，所以需要先栅极区域保留的p-gan层上面和侧面包覆一层钝化保护层。
24.在本发明中，所述钝化保护层优选包括sin
x
层或sio2层。在本发明中，所述钝化保护层的厚度优选＞p-gan层的厚度，更优选＞p-gan层的厚度且＜p-gan层厚度的2倍。
25.本发明对所述钝化保护层的包覆方法没有特殊要求，采用本领域熟知的包覆方法即可。具体的，可以先整面沉积一层钝化保护层，然后去除不需要的钝化保护层，只留下栅极区域保留的p-gan上方及包覆p-gan侧壁的钝化保护层即可。本发明对去除不需要的钝化保护层的方式没有特殊要求，具体可以用湿法或者干法刻蚀的方式。
26.得到第一外延片后，本发明将所述第一外延片在氨气氛围中进行退火，所述p-gan刻蚀区域发生钝化，得到第二外延片。
27.在本发明中，所述退火的温度优选＞600℃且＜900℃，所述退火的时间优选＞1min且＜20min。
28.退火过程中，刻蚀区域p-gan中的mg会与nh3分解后的h键结合，形成mg-h键，从而减少了p-gan中的空穴浓度。而栅极区域p-gan由于有钝化保护层，所以不会与h键发生反应，其空穴浓度不会受到影响。这样，刻蚀区域保留的少部分p-gan就不会对其下方的二维电子密度产生明显影响，同时，其又能起到在p-gan/algan之间形成耗尽区的作用，改善器件的动态特性。
29.得到第二外延片后，本发明在所述第二外延片上表面生长sin薄膜，然后制作源极电极和漏极电极。如图4所示。
30.本发明优选利用pecvd（化学气相沉积）在所述第二外延片上表面生长sin薄膜。本发明对所述sin薄膜的生长条件和厚度没有特殊要求，采用本领域公知的生长条件和厚度即可。在本发明中，所述sin薄膜做为后面欧姆金属刻蚀工艺的保护层。
31.本发明对源极电极和漏极电极的制备过程没有特殊要求，采用本领域公知的制备过程即可。
32.待制备好源极电极和漏极电极后，本发明在栅极区域刻蚀sin薄膜和钝化保护层，直到暴露出栅极区域的部分p-gan，在暴露出的p-gan表面制作栅极电极，得到增强型gan功率器件。
33.本发明对所述刻蚀sin薄膜和钝化保护层的工艺没有特殊要求，采用常规的刻蚀工艺即可。
34.本发明对所述栅极电极的制备方法没有特殊要求，采用本领域公知的制备方法即可。
35.下面结合实施例对本发明提供的增强型gan功率器件的制造方法进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
36.实施例1将si衬底放入mocvd设备中，依次外延生长gan缓冲层（厚度为5为5μm）、algan层（厚度为15nm）和p-gan层（厚度为80nm）；清洗后，保留栅极区域的p-gan层，采用cl2对栅极以外区域的p-gan层进行刻蚀，所述刻蚀后余下p-gan层的厚度为5nm，形成p-gan刻蚀区域；在所述栅极区域保留的p-gan层上面和侧面包覆钝化保护层，具体为sin，厚度为100nm，得到第一外延片；将第一外延片放入lpcvd设备中，通入氨气，在氨气氛围中进行退火，退火温度为750℃，时间为2min，所述p-gan刻蚀区域发生钝化，得到第二外延片；在所述第二外延片上表面生长sin薄膜，然后制作源极电极和漏极电极；在栅极区域刻蚀sin薄膜和钝化保护层，直到暴露出栅极区域的部分p-gan，在暴露出的p-gan表面制作栅极电极，得到增强型gan功率器件。
37.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。