一种增强型GaN器件及其制作方法与流程

本申请涉及半导体，具体涉及一种增强型gan器件及其制作方法。

背景技术：

1、氮化镓(gan)材料与硅(si)材料相比，具备更宽的禁带宽度、更高的击穿电场强度、更大饱和电子迁移率和更高的热导，因此gan器件可以实现更小的导通电阻和更好的开关性能。gan器件在工作时会受到强电场和大电流的反复冲击，动态电阻(电流崩塌)退化是限制gan器件性能的严重问题之一。因此，如何得到高性能的gan器件，一直是备受关注的重点。

技术实现思路

1、本申请的目的在于提供一种增强型gan器件及其制作方法，用于抑制增强型gan器件的电流崩塌，进一步提升器件性能。

2、为实现上述目的及其它相关目的，本申请提供一种增强型gan器件的制作方法，包括：

3、步骤一，提供一衬底，在衬底上依次形成缓冲层、第一沟道层和第一势垒层；

4、步骤二，在第一势垒层中形成凹槽后，在凹槽内填充栅极层，栅极层的顶面高于第一势垒层的顶面；

5、步骤三，在衬底上依次形成第二势垒层和第二沟道层，缓冲层、第一沟道层、第一势垒层、第二势垒层和第二沟道层构成外延结构层；

6、步骤四，通过离子注入在外延结构层中形成隔离区；

7、步骤五，形成源电极层和漏电极层；

8、步骤六，形成接触孔后，在接触孔内填充金属形成栅电极层。

9、优选的，步骤二中形成的凹槽的深度小于第一势垒层的厚度。

10、优选的，步骤三结束后，栅极层位于由第一势垒层和第二势垒层构成的堆叠体的中央。

11、优选的，通过沉积工艺形成缓冲层、第一沟道层、第一势垒层、第二势垒层和第二沟道层。

12、优选的，该沉积工艺为金属有机化合物化学气相沉积。

13、优选的，缓冲层的材料包括aln和algan，第一沟道层和第二沟道层的材料包括gan，第一势垒层和第二势垒层的材料包括algan。

14、优选的，在步骤二中，通过金属有机化合物化学气相沉积工艺在凹槽内填充栅极层。

15、优选的，栅极层的材料包括p-gan。

16、优选的，步骤四中的离子注入为高能离子注入。

17、本申请还提供一种根据上述增强型gan器件的制作方法制作的增强型gan器件，该gan器件包括衬底、外延结构层和器件结构层，该外延结构层包括自下而上层叠的缓冲层、第一沟道层、第一势垒层、第二势垒层和第二沟道层，该器件结构层包括栅极层、栅电极层、源电极层、漏电极层、金属互连层、钝化层和隔离区。

18、优选的，栅极层位于由第一势垒层和第二势垒层构成的堆叠体的中央，通过多个接触孔与栅电极层相连。

19、如上所述，本申请提供的增强型gan器件及其制作方法，具有以下有益效果：采用多层外延结构得到双沟道，源极和漏极与两层沟道均形成欧姆接触，在栅极工艺中利用mocvd实现栅极同时控制两个沟道的开关；由于双沟道的存在，增大了电流密度，有利于提高器件的功率密度；多层外延结构能够保护沟道避免热电子注入，从而抑制电流崩塌。

技术特征：

1.一种增强型gan器件的制作方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中形成的凹槽的深度小于所述第一势垒层的厚度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三结束后，所述栅极层位于由所述第一势垒层和第二势垒层构成的堆叠体的中央。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过沉积工艺形成所述缓冲层、第一沟道层、第一势垒层、第二势垒层和第二沟道层。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述沉积工艺为金属有机化合物化学气相沉积。

6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述缓冲层的材料包括aln和algan，所述第一沟道层和第二沟道层的材料包括gan，所述第一势垒层和第二势垒层的材料包括algan。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤二中，通过金属有机化合物化学气相沉积工艺在所述凹槽内填充栅极层。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，所述栅极层的材料包括p-gan。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤四中的离子注入为高能离子注入。

10.一种根据权利要求1-9中任一项所述的方法制作的增强型gan器件，其特征在于，所述gan器件包括衬底、外延结构层和器件结构层，所述外延结构层包括自下而上层叠的缓冲层、第一沟道层、第一势垒层、第二势垒层和第二沟道层，所述器件结构层包括栅极层、栅电极层、源电极层、漏电极层、金属互连层、钝化层和隔离区。

11.根据权利要求10所述的增强型gan器件，其特征在于，所述栅极层位于由所述第一势垒层和第二势垒层构成的堆叠体的中央，通过多个接触孔与所述栅电极层相连。

技术总结
本申请提供一种增强型GaN器件及其制作方法，该方法包括：步骤一，提供一衬底，在衬底上依次形成缓冲层、第一沟道层和第一势垒层；步骤二，在第一势垒层中形成凹槽后，在凹槽内填充栅极层，栅极层的顶面高于第一势垒层的顶面；步骤三，在衬底上依次形成第二势垒层和第二沟道层，缓冲层、第一沟道层、第一势垒层、第二势垒层和第二沟道层构成外延结构层；步骤四，通过离子注入在外延结构层中形成隔离区；步骤五，形成源电极层和漏电极层；步骤六，形成接触孔后，在接触孔内填充金属形成栅电极层。双沟道的存在增大了电流密度，有利于提高器件的功率密度；多层外延结构保护沟道避免热电子注入，从而抑制电流崩塌。

技术研发人员：孙鹏,邓光敏
受保护的技术使用者：上海华虹宏力半导体制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5