[发明专利]一种氮化镓基功率器件的新型制备方法

说明书

本发明属于半导体的技术领域，公开了一种氮化镓基功率器件的新型制备方法，在衬底上生长氮化镓外延层，然后，在所述氮化镓外延层上依次生长第一氮化镓铝外延层、第二氮化镓铝外延层，再利用刻蚀停止工艺对第一氮化镓铝外延层进行刻蚀形成表面平整的栅极凹槽，刻蚀停止在第二氮化镓铝外延层上，最后，制备漏电极、源电极和栅电极，完成器件制备。本发明的制备方法优化的外延生长方案，同时搭配刻蚀停止技术，既能加快刻蚀过程，又能保证刻蚀深度均匀、一致，从而使整个晶圆上的器件得到均匀的阈值电压分布，对凹槽法的产业化应用提供了更好的选择。

技术领域

本发明涉及半导体的技术领域，尤其涉及一种氮化镓基功率器件的新型制备方法。

背景技术

第三代半导体材料氮化镓GaN相比于硅Si材料具有更大的禁带宽度、更高的击穿场强，是第三代半导体材料中的杰出代表。不同于传统Si基半导体器件，基于GaN材料的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)，利用GaN异质结中的极化效应，在异质结界面可以获得高电子浓度、高电子迁移率、以及高饱和电子漂移速度，从而实现器件的导通。这些优异的电学特性决定了AlGaN/GaN HEMT器件在高频、高压、以及高功率密度的功率半导体领域存在巨大的产业潜力。

由于AlGaN/GaN异质结结构具有天然导通的二维电子气沟道，造成传统的AlGaN/GaN HEMT具有耗尽型的开关特性，而从应用的角度来说，只有增强型HEMT才能被传统的电力电子行业广泛接受。栅极凹槽刻蚀技术被认为是可以获得高阈值电压增强型功率器件的理想方案，目前的凹槽栅刻蚀技术以干法刻蚀及湿法氧化刻蚀为主，其目的都是为了将氮化镓GaN异质结结构中位于栅极区域的AlGaN势垒层刻蚀掉一部分，进而使处于该位置的二维电子气浓度足够低，在不施加栅极电压的条件下二维电子气浓度小到可以忽略，器件处于关断状态。施加正的栅压后导电沟道才可恢复，实现器件的导通，即实现增强型器件特性。干法刻蚀方案普遍采用ICP或RIE刻蚀栅极下方的AlGaN层从而形成凹槽，此方法刻蚀速度快，但存在整片晶圆wafer刻蚀深度不均匀的情况，造成整片晶圆wafer上器件的阈值电压分布离散的问题；湿法氧化刻蚀是先将栅极下方AlGaN层表面氧化，然后用酸性或碱性溶液除去此氧化层，从而形成凹槽，此方法形成的凹槽仍然存在刻蚀深度不均匀的问题，而且刻蚀速度极慢，不利于产业化应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中由于栅极凹槽的刻蚀深度不均，易造成整片晶圆上器件的阈值电压分布离散的缺陷，提供一种氮化镓基功率器件的新型制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种氮化镓基功率器件的新型制备方法，在衬底上生长氮化镓外延层，然后，在所述氮化镓外延层上依次生长第一氮化镓铝外延层、第二氮化镓铝外延层，再利用刻蚀停止工艺对第一氮化镓铝外延层进行刻蚀形成表面平整的栅极凹槽，刻蚀停止在第二氮化镓铝外延层上，最后，制备漏电极、源电极和栅电极，完成器件制备。

进一步，所述第一氮化镓铝外延层的铝组分含量小于第二氮化镓铝外延层的铝组分含量，所述刻蚀停止工艺设置为采用以氯气、氧气和氩气的气体组合气体为刻蚀气体的干法刻蚀工艺对第一氮化镓铝外延层进行刻蚀，形成栅极凹槽，刻蚀停止在第二氮化镓铝外延层上。

进一步，所述第二氮化镓铝外延层的铝组分含量大于20％，其厚度设置为1-30nm；所述第一氮化镓铝外延层的铝组分含量小于20％，其厚度设置为1-100nm。

进一步，在所述栅极凹槽上先覆盖一层栅介质层后，再制备栅电极。

进一步，包括以下步骤：

步骤一、在衬底上依次外延生长氮化镓外延层、第一氮化镓铝外延层和第二氮化镓铝外延层，再进行光刻，然后刻蚀第一氮化镓铝外延层和第二氮化镓铝外延层的边缘部分至氮化镓外延层；

步骤二、利用刻蚀停止工艺对第一氮化镓铝外延层进行刻蚀形成栅极凹槽，刻蚀停在第二氮化镓铝外延层上；