一种常关型EmodeHEMT器件及制备方法与流程

本技术涉及半导体器件，尤其涉及一种常关型emode hemt器件及制备方法。

背景技术：

1、近年来，gan高电子迁移率晶体管（gan hemt）由于其高效率和小型化，能够彻底改变功率系统，其宽禁带和高电子漂移速率使得其具有优异的baliga品质因数，进而使ganhemt功率器件能够实现在高电压、高频开关、高温下工作，并可以提供低导通电阻和开关损耗，在消费类电子、工业、车规级等方面都有很好的应用前景。

2、为确保自动防故障装置的安全运行，最终用户希望gan hemt在常关模式(也称emode模式)下工作。因此，众多器件制造商采用了pgan栅极来实现常关模式。这种设计受到较小的阈值电压(<4v)及栅极耐压(<7v)的影响，当寄生电感引起的栅环有超过阈值电压的威胁时，在高速关断转换期间错误开启的可能性会增加；而有限的栅极耐压是限制pganemode hemt器件可靠性的重要因素：pgan hemt的低栅极耐压(<7v)在面对高dv/dt开关条件下的栅压振荡或过冲时可靠性不足，同时不能兼容更成熟、成本也更低的10-12v栅极驱动方案。因此提高emode hemt器件的栅极耐压可以提高栅极驱动的可靠性以及兼容更成熟、成本更低的栅极驱动方案。

3、因此，学术界重点开发了刻蚀algan势垒层的mis-hemt和mis-fet作为实现常关型emode hemt的替代方案。但此方式实现的emode hemt由于栅极recess刻蚀产生的缺陷导致阈值电压不稳定且存在滞回现象，导致无法适用于工业化量产。另一种是通过在栅极区域进行cf4等f基等离子体的处理向emode hemt中的algan势垒层注入f-负离子来耗尽沟道中的二维电子气2deg，从而使阈值电压变为正，实现常关型emode hemt。但是，此种方法注入到algan势垒层的f-离子存在高温过程中的稳定性问题，使得此种emode hemt的阈值电压存在稳定性问题，因此未被工业界广泛应用。

4、等离子体f-离子处理是通过向栅极区域注入低能量(几百ev)的f-负离子对2deg电子进行排斥而形成常关型emode hemt的，这种低能量的f-负离子容易随着高温而产生离化，这也是此种常关型emode hemt阈值电压不稳定的根本原因。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术提供一种常关型emode hemt器件及制备方法，旨在改善现有常关型emode hemt器件的栅极驱动的可靠性和兼容性的问题。

2、为了实现上述目的，本技术提供一种常关型emode hemt器件，包括:

3、衬底；

4、外延层，包括依次设置于所述衬底上的成核层、缓冲层和势垒层；

5、栅极离子注入隔离区域，设置于待形成栅极的区域中的所述势垒层中，所述栅极离子注入隔离区域的形成包括通过离子注入方式向所述势垒层注入n离子，所述n离子的能量>1kev；

6、栅极金属电极，设置在所述待形成栅极的区域上，且与所述栅极离子注入隔离区域形成肖特基接触；

7、源极欧姆接触电极，设置于所述栅极金属电极的一侧，且与所述势垒层和所述缓冲层之间的二维电子气之间形成源极欧姆接触；

8、漏极欧姆接触电极，设置于所述栅极金属电极的另一侧，且与所述势垒层和所述缓冲层之间的二维电子气之间形成漏极欧姆接触。

9、在一实施例中，所述栅极离子注入隔离区域的注入深度由所述势垒层延伸至所述缓冲层中，所述栅极离子注入隔离区域在所述缓冲层中的注入深度不超过100nm；和/或

10、所述栅极金属电极与所述栅极离子注入隔离区域之间设置有栅极钝化层；和/或

11、所述常关型emode hemt器件还包括器件离子注入隔离区域，所述器件离子注入隔离区域设置于所述源极欧姆金属电极源极欧姆接触电极和所述漏极欧姆金属电极漏极欧姆接触电极背离所述栅极金属电极的一侧，且与所述源极欧姆金属电极源极欧姆接触电极和所述漏极欧姆金属电极漏极欧姆接触电极间隔设置，所述器件离子注入隔离区域的形成包括通过离子注入方式向所述势垒层和所述缓冲层注入n离子，所述n离子的能量>1kev。

12、在一实施例中，所述常关型emode hemt器件还包括钝化层，所述钝化层设置在所述势垒层上，且所述钝化层覆盖所述源极欧姆接触电极、所述漏极欧姆接触电极、所述栅极金属电极和所述器件离子注入隔离区域背离所述衬底的一侧。

13、在一实施例中，所述常关型emode hemt器件还包括源极过孔，所述源极过孔设置于所述钝化层中，且所述源极过孔贯穿所述钝化层达到所述源极欧姆接触电极的表面；

14、所述常关型emode hemt器件还包括源极互联金属电极，所述源极互联金属电极设置于所述钝化层背离所述衬底的一侧，所述源极互联金属通过所述源极过孔与所述源极欧姆接触电极形成电连接；和/或

15、所述常关型emode hemt器件还包括漏极过孔，所述漏极过孔设置于所述钝化层中，且所述漏极过孔贯穿所述钝化层达到所述漏极欧姆接触电极的表面；

16、所述常关型emode hemt器件还包括漏极互联金属电极，所述漏极互联金属电极设置于所述钝化层背离所述衬底的一侧，所述漏极互联金属通过所述漏极过孔与所述漏极欧姆接触电极形成电连接。

17、在一实施例中，所述衬底的材料包括si、sic或蓝宝石；和/或

18、所述成核层的材料包括aln；和/或

19、所述缓冲层的材料包括gan或algan；和/或

20、所述势垒层的材料包括algan、aln、inaln和inalgan的一种或几种；和/或

21、所述栅极金属电极的材料包括ti、al、alcu、tin、ni、pt、au、ir、ru、ta、tan、w、zr、mo、rh、pd、pb、os、cu、ag和ito的一种或几种；和/或

22、所述源极欧姆接触电极的材料包括ti、al和tin的一种或几种，或者包括ti、al、ni、au和mo的一种或几种，或者包括ta、al和tan的一种或几种；和/或

23、所述漏极欧姆接触电极的材料包括ti、al和tin的一种或几种，或者包括ti、al、ni、au和mo的一种或几种，或者包括ta、al和tan的一种或几种；和/或

24、所述钝化层的材料包括sin、sio2和sion一种或几种，或者aln、al2o3和alon的一种或几种；和/或

25、所述源极互联金属电极的材料包括ti、al、au、tin、ta、tan、cu和alcu的一种或几种；和/或

26、所述漏极互联金属电极的材料包括ti、al、au、tin、ta、tan、cu和alcu的一种或几种。

27、在一实施例中，所述源极欧姆接触电极和所述漏极欧姆接触电极的接触电阻小于1 ohm*mm；和/或

28、所述钝化层的厚度为100nm-6000nm；和/或

29、所述源极过孔和所述漏极过孔的长度和宽度大于1um，所述源极过孔和所述漏极过孔的高度为1-6um；和/或

30、所述栅极钝化层的厚度为10nm-100nm。

31、相应地，本技术提供一种常关型emode hemt器件的制备方法，包括以下步骤：

32、提供衬底，并在所述衬底上依次形成成核层、缓冲层和势垒层；

33、刻蚀所述势垒层，并露出所述缓冲层，并在露出的所述缓冲层和所述势垒层上沉积源极欧姆接触电极和漏极欧姆接触电极，并使所述源极欧姆接触电极和所述漏极欧姆接触电极与所述势垒层和所述缓冲层之间的二维电子气之间形成欧姆接触；

34、向所述势垒层的待形成栅极的区域中注入n离子，形成栅极离子注入隔离区域，所述n离子的能量>1kev，所述待形成栅极的区域位于所述源极欧姆接触电极和所述漏极欧姆接触电极之间；

35、在所述势垒层上的所述待形成栅极的区域沉积栅极金属电极，所述栅极金属电极与所述栅极离子注入隔离区域形成肖特基接触。

36、在一实施例中，还包括：

37、在所述源极欧姆接触电极和漏极欧姆接触电极形成后，在所述势垒层上沉积栅极钝化层，所述栅极钝化层覆盖所述待形成栅极的区域，所述栅极金属电极沉积于所述栅极钝化层背离所述势垒层的一侧，且位于所述待形成栅极的区域上方，所述栅极金属电极与所述栅极钝化层形成肖特基接触；和/或

38、向所述源极欧姆金属电极源极欧姆接触电极和所述漏极欧姆金属电极漏极欧姆接触电极背离所述栅极金属电极的一侧的所述势垒层和所述缓冲层注入n离子，形成器件离子注入隔离区域，所述n离子的能量>1kev。

39、在一实施例中，还包括：

40、在所述源极欧姆接触电极、所述漏极欧姆接触电极和所述栅极金属电极形成后，在所述势垒层和/或所述栅极钝化层上沉积钝化层，使所述源极欧姆接触电极、所述漏极欧姆接触电极、所述器件离子注入隔离区域、所述栅极离子注入隔离区域和所述栅极金属电极均被所述钝化层所覆盖；

41、刻蚀所述钝化层，形成源极过孔和漏极过孔，所述源极过孔和所述漏极过孔分别达到所述源极欧姆接触电极和所述漏极欧姆接触电极的表面；

42、在所述钝化层上沉积源极互联金属电极和漏极互联金属电极，所述源极互联金属电极和所述漏极互联金属电极分别通过所述源极过孔和所述漏极过孔与所述源极欧姆接触电极和所述漏极欧姆接触电极的表面形成电连接。

43、在一实施例中，所述源极欧姆接触电极和所述漏极欧姆接触电极深入所述缓冲层的深度不超过200nm；和/或

44、所述栅极离子注入隔离区域的注入深度由所述势垒层延伸至所述缓冲层中，所述栅极离子注入隔离区域在所述缓冲层中的注入深度不超过100nm；和/或

45、所述源极欧姆接触电极和所述漏极欧姆接触电极的接触电阻小于1 ohm*mm；和/或

46、所述钝化层的厚度为100nm-6000nm；和/或

47、所述源极过孔和所述漏极过孔的长度和宽度大于1um，所述源极过孔和所述漏极过孔的高度为1-6um；和/或

48、所述栅极钝化层的厚度为10nm-100nm。

49、本技术中，通过在栅极金属电极的下方注入能量>1kev的n离子，可以对栅极区域的势垒层的晶格产生破环作用，从而实现将栅极下方的二维电子气(2deg)的耗尽，进而实现常关型emode hemt。本技术的这种对势垒层晶格的破坏是永久性的，因此所产生的正阈值电压具有很高的稳定性，而等离子体f-离子处理是通过向栅极区域注入低能量(几百ev)的f-负离子而对2deg电子进行排斥而形成常关型emode hemt的，这种低能量的f-负离子容易随着高温而产生离化，这也是此种常关型emode hemt阈值电压不稳定的根本原因，而本技术的方法由于采用了完全不同的原理形成常关型器件而避免了此问题。本发明的常关型emode hemt相比于传统pgan hemt具有阈值电压高、栅极耐压高、制造简单、成本低等优势，同时解决了传统等离子体处理形成的mis-hemt的阈值电压稳定性不足的问题，具有大规模工业化量产的前景。