[发明专利]垂直结构UMOSFET器件及其制作方法

说明书

本发明公开了一种垂直结构UMOSFET器件，其包括：第一、第二导电类型半导体层，具有第一导电类型的源区层以及源、漏、栅极；第二导电类型半导体层设置在第一导电类型半导体层的一侧表面，源区层形成在第二导电类型半导体层内，源极同时与第二导电类型半导体层及源区层电性连接，栅极设置在槽状结构内，槽状结构顶端设置于源区层表面，底端穿入第一导电类型半导体层，且在槽状结构的内壁与栅极之间还设置有钝化层，漏极与第一导电类型半导体层的另一侧表面连接。本发明的UMOSFET器件具有低导通电阻、高频率、高击穿电压等优点。本发明还公开了所述UMOSFET器件的制作方法。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，特别涉及一种垂直结构MOSFET器件及其制作方法，属于微电子技术领域及半导体材料领域。

背景技术

随着半导体材料的发展，传统的Si基功率器件的设计与制备工艺都逐渐完善，其性能已经接近材料特性所决定的理论极限。而Ⅲ族氮化物(如GaN)具有大禁带宽度、高电子迁移率、高击穿场强等优点，具有更高的Baliga品质因数和更优的Johnson品质因数，能够满足下一代电力电子系统对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更高温度的工作的要求。

回顾Si基电力电子器件的发展，从肖特基整流管、双极结型晶体管到绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，整体的发展方向是提高容量和工作频率、降低通态压降、减小驱动功率、改善动态参数和多功能化，其电流传输方向由水平方向逐渐转向垂直方向。GaN基功率器件也有类似的发展趋势，目前处于主导地位的仍是基于AlGaN/GaN异质结的水平结构GaN基HEMT，随着生长工艺与机理研究不断发展，器件性能也在逐步提高，但也存在一些亟待解决的问题，如在高的漏极偏置电压或脉冲条件下工作时，会出现比较明显电流崩塌现象，致使器件特性退化；基于槽栅技术和基于氟离子注入技术的GaN HEMT增强型器件引起的刻蚀损伤、注入损伤以及高压工作稳定性等问题；引入场板结构在提高器件耐压的同时增加额外的电容进而影响频率特性等等。

总之，上述问题的存在激发了垂直结构器件的研究。随着技术的进步，高质量的GaN衬底逐渐走向市场，基于GaN衬底和同质外延技术的垂直结构电力电子器件的应用需求已经在眼前。垂直结构器件在不牺牲器件尺寸的情况下可以通过增加漂移区厚度来提高击穿电压，从而有利于实现高功率密度芯片。目前研究最多的垂直器件包括CAVET(CurrentAperture Vertical Electron Transistor)和槽型栅MOSFET(UMOSFET)两种结构，其中CAVET结构同样面临与水平结构类似的难以实现增强型的问题，其阈值电压不足以满足高功率汽车应用等的要求，不能防止由于噪声等因素带来的误操作。而UMOSFET的工作原理在于栅极加正压从而在沿着槽栅的侧壁形成的反型层沟道实现器件的导通，属于增强型器件，这种结构避免了传统VDMOSFET中存在的JFET区，有利于内阻的明显降低，元胞密度可以进一步提高。但在传统UMOSFET器件的制作过程中，需要在p-GaN层表面上外延n-GaN，在反应室进行p-GaN的炉内退火后，生长n-GaN的过程中，由于高温环境和氢气的环境下极易发生p-GaN的钝化，重新变为高阻特性。其次，Mg的大量掺入会在p-GaN中引入更多的位错和缺陷使晶体质量变差从而影响后续n-GaN材料的结晶质量。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种垂直结构GaN基UMOSFET器件及其制作方法，从而克服现有技术中的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种垂直结构UMOSFET器件，其包括：

第一导电类型半导体层；

第二导电类型半导体层，其设置在第一导电类型半导体层的第一表面；

具有第一导电类型的源区层，其形成在第二导电类型半导体层内；

源极，其设置在第二导电类型半导体层上，且同时与第二导电类型半导体层及源区层电性连接；