用于改善功率特性的氮化镓器件结构及其制备方法、器件与流程

本技术属于半导体器件制造，尤其涉及用于改善功率特性的氮化镓器件结构及其制备方法、器件。

背景技术：

1、与第一代硅和第二代砷化镓相比，氮化镓(gan)射频功率器件具有更大的输出功率、更高的效率和更小的体积等优势，已在5g通信等多个领域实现广泛应用，并展示出巨大的优势。射频开关和功率放大器是氮化镓射频功率器件的典型代表。然而，目前氮化镓射频开关的耐受功率和功率放大器的输出功率距材料理论预测值还相去甚远，仍有大幅提升空间。

2、相关技术中，常常通过提升氮化镓异质结材料沟道二维电子气浓度来提高器件电流密度，降低器件沟道导通电阻，以实现氮化镓射频开关耐受功率和功率放大器的输出功率的提升。但是，当二维电子气浓度提高后，器件的栅控能力将会变弱，从而影响器件的耐压特性，也就是说，提升二维电子气浓度在实现器件电流密度提升的同时，将会伴随击穿电压的降低。因此，提升二维电子气浓度对氮化镓射频功率器件功率特性的改善作用还不够理想。

技术实现思路

1、为克服相关技术中存在的问题，本技术实施例提供了一种用于改善功率特性的氮化镓器件结构及其制备方法、器件，以同时提高氮化镓射频功率器件的电流密度和耐压特性，从而更好地改善器件的功率特性。

2、本技术是通过如下技术方案实现的：

3、第一方面，本技术实施例提供了一种用于改善功率特性的氮化镓器件结构的制备方法，包括：

4、在衬底上生长缓冲层；

5、在所述缓冲层上依次生长多个层叠的氮化镓沟道层和势垒层，形成氮化镓异质结多沟道结构；

6、在所述氮化镓异质结多沟道结构的顶层的源区域、漏区域，分别制备源、漏欧姆接触，形成源极和漏极；

7、对栅区域进行干法刻蚀，终止于第一层势垒层表面，形成第一凹槽；其中，所述栅区域位于所述源区域和漏区域之间；

8、对目标区域进行沟道电子浓度降低处理，所述目标区域为所述第一层势垒层中位于所述第一凹槽的下方且偏向所述漏极的一侧的区域；

9、基于所述第一凹槽制备栅金属，形成栅极。

10、结合第一方面，在一些实施例中，所述对目标区域进行沟道电子浓度降低处理，包括：

11、对所述目标区域进行干法刻蚀，形成第二凹槽；

12、所述基于所述第一凹槽制备栅金属，形成栅极，包括：

13、在所述第一凹槽和所述第二凹槽中制备栅金属，形成所述栅极。

14、结合第一方面，在一些实施例中，所述对目标区域进行沟道电子浓度降低处理，包括：

15、对所述目标区域进行离子注入，注入的离子为氟离子、镁离子或氮离子；

16、所述基于所述第一凹槽制备栅金属，形成栅极，包括：

17、在所述第一凹槽中制备栅金属，形成所述栅极。

18、结合第一方面，在一些实施例中，在制备源、漏欧姆接触之前，所述方法还包括：采用干法刻蚀或离子注入工艺，对所述氮化镓异质结多沟道结构进行有源区隔离。

19、结合第一方面，在一些实施例中，所述衬底的材料为sic、si、aln、蓝宝石中的一种；所述缓冲层的厚度大于或等于100纳米，且小于或等于3微米。

20、结合第一方面，在一些实施例中，每层氮化镓沟道层的厚度大于或等于2纳米，且小于或等于150纳米；所述势垒层的材料为algan、inaln、aln、inalgan中的一种；每层势垒层的厚度大于或等于2纳米，且小于或等于50纳米。

21、结合第一方面，在一些实施例中，所述制备方法还包括：采用sin或sio2，对所述氮化镓异质结多沟道结构的顶层，以及外露的所述源极、所述栅极、所述漏极进行表面钝化。

22、第二方面，本技术实施例提供了一用于改善功率特性的氮化镓器件结构，包括：

23、衬底；

24、缓冲层，所述缓冲层设于所述衬底上；

25、氮化镓异质结多沟道结构，包括多个层叠的氮化镓沟道层和势垒层；其中，第一层氮化镓沟道层在所述缓冲层上，第一层势垒层在所述第一层氮化镓沟道层上，最后一层势垒层为所述氮化镓异质结多沟道结构的顶层；

26、源极，形成于源区域上；

27、栅极，形成于第一凹槽和第二凹槽中；

28、漏极，形成于漏区域上；

29、其中，所述第一凹槽位于栅区域，所述第一凹槽的底面为所述第一层势垒层的上表面；所述第二凹槽设于所述第一层势垒层中，且位于所述第一凹槽的下方偏向所述漏极的一侧；所述源区域、所述栅区域和所述漏区域沿所述最后一层势垒层的表面依次横向排布。

30、第三方面，本技术实施例还提供了一用于改善功率特性的氮化镓器件结构，包括：

31、衬底；

32、缓冲层，所述缓冲层设于所述衬底上；

33、氮化镓异质结多沟道结构，包括多个层叠的氮化镓沟道层和势垒层；其中，第一层氮化镓沟道层在所述缓冲层上，第一层势垒层在所述第一层氮化镓沟道层上，最后一层势垒层为所述氮化镓异质结多沟道结构的顶层；

34、源极，形成于源区域上；

35、栅极，形成于第一凹槽中；

36、漏极，形成于漏区域上；

37、离子注入区，设于所述第一层势垒层中，且位于所述第一凹槽的下方偏向所述漏极的一侧；

38、其中，所述第一凹槽位于栅区域，所述第一凹槽的底面为所述第一层势垒层的上表面；所述源区域、所述栅区域和所述漏区域沿所述最后一层势垒层的表面依次横向排布。

39、第四方面，本技术实施例提供了一种氮化镓器件，该氮化镓器件包括如上述第二方面或第三方面所述的用于改善功率特性的氮化镓器件结构；或者，该氮化镓器件基于如上述第一方面任一项所述的用于改善功率特性的氮化镓器件结构的制备方法制备而成。

40、本技术实施例与相关技术相比存在的有益效果是：

41、本技术实施例提供一种用于改善功率特性的氮化镓器件结构的制备方法，该制备方法包括在衬底上生长缓冲层；在缓冲层上依次生长多个层叠的氮化镓沟道层和势垒层，形成氮化镓异质结多沟道结构；在氮化镓异质结多沟道结构的顶层的源区域、漏区域，分别制备源、漏欧姆接触，形成源极和漏极；对栅区域进行干法刻蚀，终止于第一层势垒层表面，形成第一凹槽；栅区域位于源区域和漏区域之间；对目标区域进行沟道电子浓度降低处理，目标区域为第一层势垒层中位于第一凹槽的下方且偏向漏极的一侧的区域；基于第一凹槽制备栅金属，形成栅极。这样，通过生长多沟道结构，大幅降低了栅极和源极之间、栅极和漏极之间的沟道电阻，提升了器件的电流密度，有利于改善氮化镓射频开关和功率放大器的功率特性。并且，通过在栅区域凹槽的下方偏漏极的区域进行电子浓度降低处理，有效降低了该区域的尖峰电场强度，从而有效改善了器件的耐压特性；栅区域的凹槽结构同时还能提高栅控能力。因此，本技术能能够更好地提升氮化镓器件的功率特性。

42、可以理解的是，上述第二方面至第四方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

43、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本说明书。