[发明专利]氮化镓基功率器件外延结构及其制备方法

说明书

本申请提供一种氮化镓基功率器件外延结构及其制备方法，涉及半导体技术领域。该方法包括：在外延结构的P型盖帽层上沉积掩膜层，外延结构包括栅极区域和非栅极区域，P型盖帽层覆盖栅极区域和非栅极区域的第一铝镓氮层；刻蚀掩膜层，以将非栅极区域的P型盖帽层露出；刻蚀露出的P型盖帽层，以露出非栅极区域的第一铝镓氮层；在露出的第一铝镓氮层上外延生长第二铝镓氮层，第二铝镓氮层的铝离子浓度大于第一铝镓氮层的铝离子浓度，第二铝镓氮层的厚度小于P型盖帽层的厚度。该氮化镓基功率器件外延结构的制备方法能够实现势垒层栅极区域铝组分低、非栅极区域铝组分高，进而提升器件阈值电压及栅极可靠性，并降低导通电阻，提升器件性能。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种氮化镓基功率器件外延结构及其制备方法。

背景技术

氮化镓作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表，由于其拥有较大的禁带宽度、较高的临界击穿电场以及较高的电子饱和速度，在宽带通信、电力电子等领域被广泛应用。其中，应用最广泛的当属高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)。

现有技术中，增强型氮化镓基高电子迁移率晶体管主要通过以下几种方式制得：凹栅结构、氟离子注入技术以及p型盖帽层技术等。其中，p型盖帽技术是目前最常用的实现工业量产增强型氮化镓基高电子迁移率晶体管的方式，即在栅极金属和AlGaN势垒层之间引入P型掺杂的GaN或AlGaN外延材料，以抬高整个异质结的导带从而耗尽栅极下方沟道的二维电子气，使器件由耗尽型转变为增强型。其中，势垒层栅极区域铝组分降低可降低栅极下方二维电子气浓度，提升器件阈值电压，同时也有利于提升栅极可靠性；非栅极区域铝组分高，可增加二维电子气浓度，减小导通电阻。然而，现有的外延结构通常为具有单一铝组分的AlGaN势垒层，因此，其无法满足栅极区域Al组分低，非栅极区域Al组分高的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮化镓基功率器件外延结构及其制备方法，其能够实现势垒层栅极区域铝组分低、非栅极区域铝组分高，进而提升器件阈值电压及栅极可靠性，并降低导通电阻，提升器件性能。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明的一方面，提供一种氮化镓基功率器件外延结构的制备方法，该氮化镓基功率器件外延结构的制备方法包括：在外延结构的P型盖帽层上沉积掩膜层，外延结构包括栅极区域和非栅极区域，P型盖帽层覆盖栅极区域和非栅极区域的第一铝镓氮层；刻蚀掩膜层，以将非栅极区域的P型盖帽层露出；刻蚀露出的P型盖帽层，以露出非栅极区域的第一铝镓氮层；在露出的第一铝镓氮层上外延生长第二铝镓氮层，第二铝镓氮层的铝离子浓度大于第一铝镓氮层的铝离子浓度，第二铝镓氮层的厚度小于P型盖帽层的厚度。该氮化镓基功率器件外延结构的制备方法能够实现势垒层栅极区域铝组分低、非栅极区域铝组分高，进而提升器件阈值电压及栅极可靠性，并降低导通电阻，提升器件性能。

可选地，第二铝镓氮层与栅极区域的P型盖帽层之间形成有间隙，间隙位于非栅极区域。

可选地，在露出的第一铝镓氮层上外延生长第二铝镓氮层，包括：在掩膜层上形成介质层，介质层覆盖第一铝镓氮层，其中，介质层与掩膜层同材料；通过光刻工艺去除非栅极区域的介质层，并保留包覆P型盖帽层外周壁和掩膜层外周壁的介质层；在非栅极区域的第一铝镓氮层上形成第二铝镓氮层；去除掩膜层和介质层，以在第二铝镓氮层和栅极区域的P型盖帽层之间形成间隙。

可选地，介质层和掩膜层的材料均为二氧化硅。

可选地，在露出的第一铝镓氮层上外延生长第二铝镓氮层，包括：去除掩膜层；在P型盖帽层上外延生长第二铝镓氮层，第二铝镓氮层具有包覆P型盖帽层外周的包覆层和覆盖露出的第一铝镓氮层的覆盖层；在第二铝镓氮层上形成第三光刻胶层；在第三光刻胶层上形成窗口，以使第二铝镓氮层露出，包覆层在第一铝镓氮层上的正投影位于窗口在第一铝镓氮层上的正投影之内；刻蚀第二铝镓氮层，以在第二铝镓氮层和栅极区域的P型盖帽层之间形成间隙。