[发明专利]一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管制造方法及器件

说明书

一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管制造方法及器件，在制造增强型器件的外延结构时进行两次MOCVD外延，一次外延在AlGaN层上外延有一层GaN Cap层，蚀刻掉栅极区域的GaN Cap层以及部分AlGaN层，使得栅极区域的AlGaN层的厚度小于其他区域的AlGaN层，然后再次外延P‑GaN层，形成增强型器件的外延结构，再制造钝化层及漏源栅电极，得到增强型器件。本发明能消除现有P‑Gate HEMT器件制造工艺中，P‑GaN掺杂过程中Mg元素扩散对器件的不利影响，有利于保障并提升增强型器件阈值电压，提升器件导通性能及器件的饱和电流的能力。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及增强型功率器件，为一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管制造方法及器件。

背景技术

氮化镓高电子迁移率晶体管GaN HEMT(High Electron Mobility Transistors)作为宽禁带(WBG)功率半导体器件的代表，在高频功率应用方面有巨大的潜力。Si基GaNHEMT器件因其材料特性，HEMT天然为耗尽型器件，但是耗尽型器件在使用中存在断电短路的风险，因此增强型功率器件是业内迫切需求的器件。

目前GaN HEMT形成增强型器件的方案有三种：低压增强型Si MOS+ D-Mode GaNHEMT器件形成的Cascode结构、凹槽栅HEMT器件、以及P型栅增强型GaN HEMT器件P-GateHEMT器件；其中Cascode结构及P-Gate HEMT器件已经商用化。

Cascode结构产品可靠性高，阈值电压及栅极偏压范围较高，但因其使用两个器件级联封装形成，器件间线路寄生参数较大，致使器件无法在高频下工作，大大限制了GaNHEMT器件的性能，且Si器件在使用环境温度等方面无法匹配GaN器件，提高了Cascode产品对工作环境温度的要求。

P-Gate HEMT器件外延结构为P-GaN/AlGaN/GaN/Si，其原理为：P-GaN抬高AlGaN/GaN界面处导带，使得导带抬高到费米能级以上，耗尽AlGaN/GaN异质结处二维电子气（2DEG），从而实现增强型器件。在实现P-Gate HEMT器件的工艺中，现有技术先使用金属有机物化学气相沉积MOCVD在Si（111）衬底上依次外延AlN/AlGaN：C/GaN/AlGaN/P-GaN结构，再使用刻蚀设备将非栅极区域的P-GaN层刻蚀掉，再经过表面钝化、开窗口及金属溅射、退火等工艺，在栅极区域、漏/源区域分别形成肖特基接触和欧姆接触电极，详细工艺步骤如下：

1、MOCVD在Si（111）衬底上外延AlN/AlGaN：C/GaN/AlGaN/P-GaN结构，如图1所示，其中10为Si（111）衬底，11为AlN buffer，12为AlGaN：C，13为GaN，14为AlGaN势垒层，15为P-GaN；

2、刻蚀非栅极区域P-GaN层，如图2所示；

3、表面钝化如图3所示，其中31为钝化层，钝化层材料可以是SiO2、SiN、Al2O3中的一种或多种组合；

4、刻蚀钝化层定义出漏/源电极区域，如图4所示，相比图3，栅极两侧刻蚀出漏/源电极区域；

5、在漏/源电极区域溅射形成漏/源电极，如图5所示，其中32为漏/源电极，其电极材料可以是Ti、Al、Ni、TiN、Au中的几种组合；

6、刻蚀栅区区域的钝化层定义出栅极区域，如图6所示；

7、溅射形成栅电极，如图7所示，其中33为栅电极，其电极材料可以是Ti、Al、Ni、TiN、Au、W中的几种组合。

上述现有工艺存在以下问题。