高耐压硅基氮化镓功率半导体器件及其制作方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113707712A(43)申请公布日2021.11.26(21)申请号202110996238.4(22)申请日2021.08.27(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人曹震张洪伟王倩焦李成(74)专利代理机构西安智邦专利商标代理有限公司61211代理人汪海艳(51)Int.Cl.H01L29/06(2006.01)H01L29/08(2006.01)H01L29/778(2006.01)H01L21/335(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称高耐压硅基氮化镓功率半导体器件及其制作方法(57)摘要本发明提出一种高耐压硅基氮化镓功率半导体器件及其制作方法，旨在有效降低器件漏边缘的高峰电场并改善漏端下方衬底中分布不均匀的电场，提高氮化镓器件的耐压特性。在器件台面刻蚀的过程中，在漏端和源端同时形成一定深度的沟槽，在沟槽中通过填充高K介质材料，将漏端的高K介质与漏电极短接。在器件关断时，通过高K介质材料的反极化作用有效降低器件漏端的高峰电场，同时通过高K介质的电场调制作用有效改善器件的纵向电场分布，达到显著提升硅基AlGaN/GaN器件击穿电压的目的。相比传统的硅基AlGaN/GaN器件结构和采用肖特基‑欧姆混合接触漏极的硅基AlGaN/GaN器件结构，击穿电压分别提升了79.43％和46.81％，促进了硅基AlGaN/GaN器件在高耐压功率集成电路中的应用。CN113707712ACN113707712A权利要求书1/2页1.高耐压硅基氮化镓功率半导体器件，包括：衬底(9)；缓冲层(8)，所述缓冲层(8)为在衬底上生长的具有一定厚度的氮化镓GaN层；铝镓氮AlGaN层(6)，所述铝镓氮AlGaN层(6)形成在缓冲层(8)之上，并在缓冲层(8)与铝镓氮AlGaN层(6)之间形成二维电子气层(7)；其特征在于，还包括：第一沟槽(10)和第二沟槽(5)，所述第一沟槽(10)和第二沟槽(5)通过在铝镓氮AlGaN层(6)的相对两端，从表面向下刻蚀形成；所述第一沟槽(10)和第二沟槽(5)内填满介电常数大于20ε0的压电介质材料，填满压电介质材料的第一沟槽(10)和第二沟槽(5)表面与铝镓氮AlGaN层(6)表面位于同一平面；源电极(1)，所述源电极(1)部分覆盖在铝镓氮AlGaN层(6)表面的一端，部分覆盖在填满压电介质材料的第一沟槽(10)表面，使得第一沟槽(10)内的压电介质材料与源电极(1)短接；漏电极(4)，所述漏电极(4)部分覆盖在铝镓氮AlGaN层(6)表面的另一端，部分覆盖在填满压电介质材料的第二沟槽(5)表面，使得第二沟槽(5)内的压电介质材料与漏电极(4)短接；钝化层(2)，所述钝化层(2)沉积在铝镓氮AlGaN层(6)表面；栅电极(3)，所述栅电极(3)位于钝化层(2)上，并通过在钝化层(2)上开孔与铝镓氮AlGaN层(6)表面中间部位接触。2.根据权利要求1所述的高耐压硅基氮化镓功率半导体器件，其特征在于：所述第一沟槽(10)和第二沟槽(5)的深宽比的范围是5:1～1:10。3.根据权利要求2所述的高耐压硅基氮化镓功率半导体器件，其特征在于：所述第一沟槽(10)和第二沟槽(5)的宽度范围是1μm～20μm。4.根据权利要求2所述的高耐压硅基氮化镓功率半导体器件，其特征在于：所述第一沟槽(10)和第二沟槽(5)的深度为铝镓氮AlGaN层(6)厚度的1/5～2倍。5.根据权利要求2所述的高耐压硅基氮化镓功率半导体器件，其特征在于：所述第一沟槽(10)和第二沟槽(5)的深度与铝镓氮AlGaN层(6)、二维电子气层(7)及缓冲层(8)三层厚度之和相等，槽底为衬底(9)的上表面。6.根据权利要求1‑5任一所述的高耐压硅基氮化镓功率半导体器件，其特征在于：所述压电介质材料的介电常数范围是20ε0～1000ε0。7.根据权利要求6所述的高耐压硅基氮化镓功率半导体器件，其特征在于：所述压电介质材料为锆钛酸铅Pb(ZrxTi1‑x)O3。8.根据权利要求7所述的高耐压硅基氮化镓功率半导体器件，其特征在于：所述缓冲层(8)的厚度为1～20μm；所述铝镓氮AlGaN层(6)的厚度为2nm～200nm；衬底(9)的掺杂浓度值为1×1013cm‑3～1×1015cm‑3。9.根据权利要求8所述的高耐压硅基氮化镓功率半导体器件，其特征在于：所述栅电极(3)包括增强型的和耗尽型的栅电极；所述衬底(9)的材料为硅Si或碳化硅SiC半导体材料。10.一种权利要求1‑9任一所述高耐压硅基氮化镓功率半导体器件的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：2CN113707712A权利要求书2/2页步骤1、选取相