[发明专利]一种氮化镓半浮栅功率器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，特别是涉及一种氮化镓半浮栅功率器件及其制造方法。

背景技术

高电子迁移率的宽禁带器件比如氮化镓高电子迁移率晶体管相对于传统的硅器件具有耐高温、高效率、高速度等优点，已被广泛使用。目前，600V的氮化镓高电子迁移率器件很难做成常关型，即使做成常关型器件，其阈值电压也接近0V，容易被误开启。因此600V的氮化镓功率开关通常由一个常开型氮化镓高电子迁移率晶体管器件和一个常关型硅基器件用共源共栅连接方式组成。

公知的共源共栅的氮化镓功率开关电路如图1所示，包括共源共栅配置的常开型氮化镓晶体管(M_GaN) 和常关型硅基MOS晶体管(M_Si)，其中，硅基MOS晶体管(M_Si)主动地被栅极驱动器控制，栅极驱动器产生栅极信号（V_GM）。氮化镓晶体管（M_GaN）是间接的通过硅基MOS晶体管 (M_Si)控制，因为硅基MOS晶体管 (M_Si)的漏极-源极电压等于氮化镓晶体管（M_GaN）的源极-栅极电压。共源共栅的氮化镓功率开关的优点是可以使用现有标准的栅极驱动器，因此共源共栅的氮化镓功率开关可以被用来直接替换硅基MOS晶体管开关。然而共源共栅的氮化镓功率开关由常开型氮化镓晶体管(M_GaN) 和常关型硅基MOS晶体管(M_Si)组成，结构复杂，而且共源共栅的氮化镓功率开关的可靠性不高。首先共源共栅的氮化镓晶体管开关在动态雪崩时，低压的常关型硅基MOS晶体管容易被击穿；其次，氮化镓晶体管由于在动态操作中存在电压脉冲，因此也存在被击穿、栅极pn结反向导通等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮化镓半浮栅功率器件，能够简化氮化镓功率器件的结构并提高其可靠性。

本发明提供的氮化镓半浮栅功率器件，包括：

半导体基底上的氮化镓阻挡层，该氮化镓阻挡层之上设有氮化镓沟道层，该氮化镓沟道层之上设有氮化镓铝隔离层；

所述氮化镓铝沟道层内设有第一凹槽和第二凹槽，该第一凹槽和第二凹槽的底部延伸至所述氮化镓沟道层的下表面，所述氮化镓铝隔离层将所述第一凹槽和第二凹槽暴露出来；

所述氮化镓铝隔离层之上设有栅介质层，该栅介质层覆盖所述第一凹槽的内表面，且该栅介质层中设有一个浮栅开口，该浮栅开口将所述第二凹槽暴露出来；

覆盖所述栅介质层设有浮栅，该浮栅填满所述第一凹槽和第二凹槽；

所述浮栅之上设有层间介质层，该层间介质层之上设有控制栅；

所述控制栅的两侧设有源极和漏极，该源极和漏极设于所述氮化镓沟道层之上，且该漏极设于靠近所述第一凹槽的一侧，该源极设于靠近所述第二凹槽的一侧。

本发明的一种氮化镓半浮栅功率器件的进一步优选方案为：

本发明所述浮栅的材质为铬、或者含镍或含钨的合金、或者掺杂的多晶硅。

本发明所述浮栅在所述第二凹槽内与所述氮化镓沟道层接触并形成肖特基二极管。

本发明所述层间介质层为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或几种。

本发明所述控制栅为多晶硅控制栅或者金属控制栅。

基于上述的一种氮化镓半浮栅功率器件的制造方法，具体步骤包括：

在半导体基底上依次形成氮化镓阻挡层、氮化镓沟道层和氮化镓铝隔离层；

进行光刻和刻蚀，在所述氮化镓沟道层内形成第一凹槽和第二凹槽；

淀积一层栅介质层并进行光刻和刻蚀，在所述栅介质层中形成一个浮栅开口，该浮栅开口将所述第二凹槽暴露出来；

覆盖上述形成的结构，淀积第一层导电薄膜；

在所述第一层导电薄膜之上形成第一层绝缘薄膜；

在所述第一层绝缘薄膜之上形成第二层导电薄膜；

进行光刻并依次刻蚀所述第二层导电薄膜、第二层绝缘薄膜和第一层导电薄膜，形成覆盖所述第一凹槽和第二凹槽的浮栅以及位于浮栅之上的层间介质层和控制栅；

在所述控制栅的两侧分别形成于与所述氮化镓沟道层接触的源极和漏极。