专利汇可以提供基于弧形源场板和弧形漏场板的垂直型功率器件及其制作方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于弧形源场板和弧形漏场板的垂直型功率器件,其 自下而上 包括:肖特基漏极(11)、衬底(1)、 漂移层 (2)、孔径层(3)、两个二级阶梯结构的 电流 阻挡层(4)、孔径(5)、 沟道 层(6)、势垒层(7)与栅极(10),势垒层上的两侧淀积有两个源极(9),源极下方注入有两个注入区(8),除肖特基漏极底部以外的所有区域包裹有 钝化 层(12), 钝化层 左右两边的上部和下部分别刻有弧形台阶,弧形台阶上淀积有金属,形成弧形源场板(13)和弧形漏场板(14),弧形源场板、弧形漏场板、肖特基漏极和钝化层均 覆盖 有保护层(15),本发明双向击穿 电压 高、导通 电阻 小、成品率高,可用于电 力 电子 系统。,下面是基于弧形源场板和弧形漏场板的垂直型功率器件及其制作方法专利的具体信息内容。
1.一种基于弧形源场板和弧形漏场板的垂直型功率器件,包括:衬底(1)、漂移层(2)、孔径层(3)、两个对称的电流阻挡层(4)、沟道层(6)、势垒层(7)和钝化层(12),势垒层(7)上的两侧淀积有两个源极(9),两个源极(9)下方通过离子注入形成两个注入区(8),源极(9)之间的势垒层(7)上面淀积有栅极(10),衬底(1)下面淀积有肖特基漏极(11),钝化层(12)完全包裹在除肖特基漏极(11)底部以外的所有区域,两个电流阻挡层(4)之间形成孔径(5),其特征在于:
所述两个电流阻挡层(4),采用由第一阻挡层(41)和第二阻挡层(42)构成的二级阶梯结构,且第二阻挡层(42)位于第一阻挡层(41)的内侧;
所述钝化层(12),其两侧均采用双弧形台阶,即在钝化层两边的上部区域刻有源弧形台阶,下部区域刻有漏弧形台阶,其中:
每个源弧形台阶处淀积有金属,形成对称的两个弧形源场板(13),该弧形源场板(13)与源极(9)电气连接;
每个漏弧形台阶处淀积有金属,形成对称的两个弧形漏场板(14),该弧形漏场板(14)与肖特基漏极(11)电气连接;
弧形源场板、弧形漏场板、肖特基漏极和钝化层均覆盖有保护层(15)。
2.根据权利要求1所述的器件,其特征在于第一阻挡层(41)的厚度a为1.2~3μm,宽度c为0.2~1μm,第二阻挡层(42)的厚度b为0.3~1μm,宽度为d,且d=1.1a。
3.根据权利要求1所述的器件,其特征在于所述源弧形台阶表面位于第一阻挡层(41)下边缘同一水平高度以下的任意一点,与第一阻挡层(41)下边缘的垂直距离为f,与漂移层(2)的水平距离为e,且满足关系f=9.5-10.5exp(-0.6e),0μm
0.06),且0μm5.一种制作基于弧形源场板和弧形漏场板的垂直型功率器件的方法,包括如下步骤:
A.在采用n-型GaN材料的衬底(1)上外延n-型GaN半导体材料,形成漂移层(2);
B.在漂移层(2)上外延n型GaN半导体材料,形成厚度为1.2~3μm、掺杂浓度为1×1015~
1×1018cm-3的孔径层(3);
C.在孔径层(3)上制作掩模,利用该掩模在孔径层内的两侧位置注入剂量为1×1015~1
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×10 cm 的p型杂质,制作厚度a为1.2~3μm,宽度c为0.2~1μm的两个第一阻挡层(41);
D.在孔径层(3)和第一阻挡层(41)上制作掩模,利用该掩模在左右第一阻挡层(41)之间的孔径层内的两侧注入剂量为1×1015~1×1016cm-2的p型杂质,制作厚度b为0.3~1μm,宽度d等于1.1a的两个第二阻挡层(42),两个第一阻挡层(41)和两个第二阻挡层(42)构成二级阶梯结构的电流阻挡层(4),两个对称的电流阻挡层(4)之间形成孔径(5);
E.在两个第一阻挡层(41)、两个第二阻挡层(42)和孔径(5)上部外延GaN半导体材料,形成厚度为0.04~0.2μm的沟道层(6);
F.在沟道层(6)上部外延GaN基宽禁带半导体材料,形成厚度为5~50nm的势垒层(7);
G.在势垒层(7)上部制作掩模,利用该掩模在势垒层内两侧注入剂量为1×1015~1×
1016cm-2的n型杂质,以制作注入区(8),其中,两个注入区的深度均大于势垒层厚度,且小于沟道层(6)与势垒层两者的总厚度;
H.在两个注入区(8)上部和两个注入区之间的势垒层(7)上部制作掩模,利用该掩模在两个注入区(8)上部淀积金属制作源极(9);
I.在源极(9)上部和两个注入区之间的势垒层(7)上部制作掩模,利用该掩模在两个注入区之间的势垒层(7)上部淀积金属,制作栅极(10);
J.在衬底(1)的背面上淀积金属制作肖特基漏极(11);
K.在除了肖特基漏极(11)底部以外的其他所有区域淀积绝缘介质材料,形成包裹的钝化层(12);
L.在钝化层(12)上部制作掩模,利用该掩模在左、右两边钝化层(12)上部进行刻蚀,刻蚀至与电流阻挡层下边缘同一水平高度,形成上平台;
M.在左右两边刻有上平台的钝化层(12)的上部制作掩模,利用该掩模在钝化层(12)的左右两边的上平台内进行刻蚀,形成源弧形台阶;该源弧形台阶位于第一阻挡层(41)下边缘同一水平高度以下的部分,其表面任意一点,与第一阻挡层(41)下边缘的垂直距离为f,与漂移层(2)的水平距离为e,且满足关系f=9.5-10.5exp(-0.6e);该源弧形台阶表面与第一阻挡层(41)下边缘处于一水平高度的位置,其与漂移层(2)的水平距离为g;
N.在带有两个源弧形台阶的钝化层(12)上部制作掩模,利用该掩模在钝化层左右两边的源弧形台阶上淀积金属,形成左右对称的两个弧形源场板(13),并将该两侧的弧形源场板(13)与源极(9)电气连接,所淀积金属的上边缘所在高度应高于或等于第一阻挡层(41)下边缘所在高度;
O.在弧形源场板(13)和钝化层(12)的上部覆盖绝缘介质材料,以对弧形源场板形成保护;
P.在肖特基漏极(11)的背面和钝化层(12)的背面制作掩模,利用该掩模在钝化层(12)背面的左右两边内进行刻蚀,形成漏弧形台阶,且漏弧形台阶下边界与肖特基漏极(11)下边界对齐,该漏弧形台阶位于肖特基漏极上边界同一水平高度以上的部分,其表面任意一点,与衬底(1)下边界的垂直距离为q,与漂移层(2)的水平距离为p,满足关系q=5.5+2.5ln(p+0.06),且漏弧形台阶表面与肖特基漏极上边界处于同一水平高度的部位距离漂移层(2)的水平间距h为0.05μm;
Q.在肖特基漏极(11)的背面以及漏弧形台阶的背面制作掩模,利用该掩模在左右两边的漏弧形台阶上淀积金属,形成左右对称的两个弧形漏场板(14),并将该两侧的弧形漏场板(14)与肖特基漏极(11)电气连接;
R.在弧形漏场板、肖特基漏极和钝化层的下方覆盖绝缘介质材料,对弧形漏场板形成保护,该步骤的绝缘介质材料与步骤O覆盖的绝缘介质材料共同构成保护层(15),完成整个器件的制作。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于弧形源场板(13)的上边缘所在高度等于或高于第一阻挡层(41)下边缘所在高度。
7.根据权利要求5所述的方法,其特征在于弧形漏场板(14)下边界所在高度等于或低于肖特基漏极(11)上边界所在高度。
方法
[0069] 弧形源场板13的上边缘所在高度等于或高于第一阻挡层41下边缘所在高度,弧形漏场板14下边界所在高度等于或低于肖特基漏极11上边界所在高度;[0070] 弧形源场板、弧形漏场板、肖特基漏极和钝化层均覆盖有保护层15;[0071] 该钝化层12和保护层15采用SiO2、SiN、Al2O3、Sc2O3、HfO2、TiO2中的任意一种或其它绝缘介质材料。[0072] 参照图3,本发明制作基于弧形源场板和弧形漏场板的垂直型功率器件的过程,给出如下三种实施例:[0073] 实施例一:采用SiO2材料作为钝化层和保护层,制作基于弧形源场板和弧形漏场板的垂直型功率器件。[0074] 步骤1.在衬底1上外延n-型GaN,形成漂移层2,如图3a。[0075] 采用n-型GaN做衬底1,使用金属有机物化学气相淀积技术,在衬底1上外延厚度为3μm、掺杂浓度为1×1015cm-3的n-型GaN半导体材料,形成漂移层2,其中:[0076] 外延采用的工艺条件为:温度为950℃,压强为40Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4000sccm,氨气流量为4000sccm,镓源流量为100μmol/min。[0077] 步骤2.在漂移层上外延n型GaN,形成孔径层3,如图3b。[0078] 使用金属有机物化学气相淀积技术,在漂移层2上外延厚度为1.2μm、掺杂浓度为1×1015cm-3的n型GaN半导体材料,形成孔径层3,其中:[0079] 外延采用的工艺条件为:温度为950℃,压强为40Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4000sccm,氨气流量为4000sccm,镓源流量为100μmol/min。[0080] 步骤3.制作第一阻挡层41,如图3c。[0081] 3a)在孔径层3上制作掩模;[0082] 3b)使用离子注入技术,在孔径层内的两侧位置注入剂量为1×1015cm-2的p型杂质Mg,制作厚度a为1.2μm,宽度c为0.2μm的两个第一阻挡层41。[0083] 步骤4.制作第二阻挡层42,如图3d。[0084] 4a)在孔径层3和两个第一阻挡层41上制作掩模;[0085] 4b)使用离子注入技术,在左、右第一阻挡层41之间的孔径层3内两侧注入剂量为1×1015cm-2的p型杂质Mg,制作厚度b为0.3μm,宽度d为1.32μm的两个第二阻挡层42,两个第一阻挡层与两个第二阻挡层构成两个对称的二级阶梯结构的电流阻挡层4,左右电流阻挡层4之间形成孔径5。[0086] 步骤5.外延GaN材料制作沟道层6,如图3e。[0087] 使用分子束外延技术,在两个第一阻挡层41、两个第二阻挡层42和孔径5的上部外延厚度为0.04μm的GaN材料,形成沟道层6;[0088] 所述分子束外延技术,其工艺条件为:真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源。[0089] 步骤6.外延Al0.5Ga0.5N,制作势垒层7,如图3f。[0090] 使用分子束外延技术在沟道层6上外延厚度为5nm的Al0.5Ga0.5N材料,形成势垒层7,其中:[0091] 分子束外延的工艺条件为:真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源、高纯Al源;[0092] 步骤7.制作左、右两个注入区8,如图3g。[0093] 7a)在势垒层7上部制作掩模;[0094] 7b)使用离子注入技术,在势垒层内的两侧注入剂量为1×1015cm-2的n型杂质Si,形成深度为0.01μm的注入区8;[0095] 7c)在1200℃温度下进行快速热退火。[0096] 步骤8.制作源极9,如图3h。[0097] 8a)在两个注入区8上部和两个注入区之间的势垒层7上部制作掩模;[0100] 步骤9.制作栅极10,如图3i。[0101] 9a)在源极9上部和两个注入区之间的势垒层7上部制作掩模;[0102] 9b)使用电子束蒸发技术,在两个注入区之间的势垒层7上淀积Ni/Au/Ni组合金属,形成栅极10,其中:所淀积的自下而上分别为Ni为0.02μm、Au为0.2μm、Ni为0.04μm,栅极10与两个第二阻挡层42在水平方向上的交叠长度均为0.3μm;[0103] 电子束蒸发的工艺条件为:真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于[0104] 步骤10.制作肖特基漏极11,如图3j。[0105] 使用电子束蒸发技术,在整个衬底1背面依次淀积W、Au、Ni,形成W/Au/Ni组合金属,完成肖特基漏极11的制作,且W的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.7μm、Ni的厚度为0.05μm;[0106] 淀积金属所采用的工艺条件为:真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于[0107] 步骤11.淀积SiO2绝缘介质材料,形成包裹的钝化层12,如图3k。[0108] 使用等离子体增强化学气相淀积技术,在除了肖特基漏极11底部以外的其他所有区域淀积SiO2绝缘介质材料,形成包裹的钝化层12,其中:[0109] 淀积钝化层的工艺条件是:N2O流量为850sccm,SiH4流量为200sccm,温度为250℃,射频功率为25W,压力为1100mTorr。[0110] 步骤12.在钝化层内的左、右两边刻蚀上平台,如图3l。[0111] 12a)在钝化层12上部制作掩模;[0112] 12b)使用反应离子刻蚀技术,在钝化层12左、右两边上部的钝化层内进行刻蚀,刻蚀至与电流阻挡层4下边缘同一水平高度,形成左右两个上平台,其中:[0113] 反应离子刻蚀的工艺条件为:CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W。[0114] 步骤13.制作源弧形台阶,如图3m。[0115] 13a)在左右两边刻有上平台的钝化层12上部制作掩模;[0116] 13b)使用反应离子刻蚀技术,在钝化层12的左、右两边的上平台内进行刻蚀,形成源弧形台阶,源弧形台阶位于第一阻挡层41下边缘同一水平高度以下的部分,其表面的任意一点,与第一阻挡层41下边缘的垂直距离为f,与漂移层2的水平距离为e,且近似满足关系f=9.5-10.5exp(-0.6e),f最大为1μm,该源弧形台阶表面与第一阻挡层41下边缘处于同一水平高度的部位,其与漂移层2的水平距离g为0.18μm;[0117] 反应离子刻蚀的工艺条件为:CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W。[0118] 步骤14.制作弧形源场板13,如图3n。[0119] 14a)在带有两个源弧形台阶的钝化层12上部制作掩模;[0120] 14b)使用电子束蒸发技术,即在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,在左、右两边的源弧形台阶上淀积金属Ni,制作左、右对称的两个弧形源场板13,且弧形源场板13上边缘所在高度高于第一阻挡层41下边缘所在高度0.2μm,并将该两侧的弧形源场板与源极电气连接。[0121] 步骤15.在弧形源场板上方和钝化层上方淀积SiO2绝缘介质材料,如图3o。[0122] 使用等离子体增强化学气相淀积技术,在弧形源场板上方和钝化层上方淀积SiO2绝缘介质材料;[0123] 淀积钝化层的工艺条件是:N2O流量为850sccm,SiH4流量为200sccm,温度为250℃,射频功率为25W,压力为1100mTorr。[0124] 步骤16.制作漏弧形台阶,如图3p。[0125] 16a)在肖特基漏极11的背面和钝化层12的背面制作掩模;[0126] 16b)使用反应离子刻蚀技术在钝化层12背面的左、右两边内进行刻蚀,形成漏弧形台阶,且该漏弧形台阶位于肖特基漏极上边界同一水平高度以上的部分,其表面的任意一点,与衬底1下边界的垂直距离q,与漂移层2的水平距离p,近似满足关系q=5.5+2.5ln(p+0.06),漏弧形台阶下边界与肖特基漏极11下边界对齐,漏弧形台阶表面与肖特基漏极上边界处于同一水平高度的部位距离漂移层2的水平间距h为0.05μm,q最大为1μm,其中:[0127] 反应离子刻蚀的工艺条件为:CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W。[0128] 步骤17.制作弧形漏场板14,如图3q。[0129] 17a)在肖特基漏极11的背面和钝化层12的背面制作掩模;[0130] 17b)使用电子束蒸发技术,即在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,在左、右两边的漏弧形台阶上淀积金属Ni,制作左、右对称的两个弧形漏场板14,该弧形漏场板14下边界所在高度低于肖特基漏极11上边界所在高度0.2μm,并将该两侧的漏场板与肖特基漏极电气连接。[0131] 步骤18.在弧形漏场板、肖特基漏极和钝化层的下方填充SiO2绝缘介质材料,完成保护层15的制作,如图3r。[0132] 使用等离子体增强化学气相淀积技术,在弧形漏场板、肖特基漏极和钝化层的下方覆盖SiO2绝缘介质材料,该步骤的绝缘介质材料与步骤15淀积的绝缘介质材料共同构成保护层15,完成整个器件的制作;[0133] 淀积钝化层的工艺条件是:N2O流量为850sccm,SiH4流量为200sccm,温度为250℃,射频功率为25W,压力为1100mTorr。[0134] 实施例二:采用SiN材料作为钝化层和保护层,制作基于弧形源场板和弧形漏场板的垂直型功率器件。[0135] 第一步.在衬底1上外延n-型GaN,形成漂移层2,如图3a。[0136] 在温度为1000℃,压强为45Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4400sccm,氨气流量为4400sccm,镓源流量为110μmol/min的工艺条件下,采用n-型GaN做衬底1,使用金属有机物化学气相淀积技术,在衬底1上外延厚度为20μm、掺杂浓度为1×1017cm-3的n-型GaN材料,完成漂移层2的制作。[0137] 第二步.在漂移层上外延n型GaN,形成孔径层3,如图3b。[0138] 在温度为1000℃,压强为45Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4400sccm,氨气流量为4400sccm,镓源流量为110μmol/min的工艺条件下,使用金属有机物化学气相淀积技17 -3
术,在漂移层2上外延厚度为1.5μm、掺杂浓度为1×10 cm 的n型GaN材料,完成孔径层3的制作。[0139] 第三步.制作第一阻挡层41,如图3c。[0140] 3.1)在孔径层3上制作掩模;[0141] 3.2)使用离子注入技术,在孔径层内的两侧位置注入剂量为5×1015cm-2的p型杂质Mg,制作厚度a为1.5μm,宽度c为0.4μm的两个第一阻挡层41。[0142] 第四步.制作第二阻挡层42,如图3d。[0143] 4.1)在孔径层3和两个第一阻挡层41上制作掩模;[0144] 4.2)使用离子注入技术,在左、右第一阻挡层41之间的孔径层3内两侧注入剂量为5×1015cm-2的p型杂质Mg,形成厚度b为0.65μm,宽度d为1.65μm的两个第二阻挡层42,两个第一阻挡层与两个第二阻挡层构成两个对称的二级阶梯结构的电流阻挡层4,左右电流阻挡层4之间形成孔径5。[0145] 第五步.外延GaN材料,制作沟道层6,如图3e。[0146] 在真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源的工艺条件下,使用分子束外延技术,在第一阻挡层41、第二阻挡层42和孔径5上部,外延厚度为0.1μm的GaN材料,完成沟道层6的制作。[0147] 第六步.外延Al0.3Ga0.7N,制作势垒层7,如图3f。[0148] 在真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源、高纯Al源的工艺条件下,使用分子束外延技术,在沟道层6上外延厚度为20nm的Al0.3Ga0.7N材料,完成势垒层7的制作。[0149] 第七步.制作左、右两个注入区8,如图3g。[0150] 7.1)在势垒层7上部制作掩模;[0151] 7.2)使用离子注入技术,在势垒层内的两侧注入剂量为6×1015cm-2的n型杂质Si,形成深度为0.03μm的两个注入区8;[0152] 7.3)在1200℃温度下进行快速热退火。[0153] 第八步.制作源极9,如图3h。[0154] 8.1)在两个注入区8上部和两个注入区之间的势垒层7上部制作掩模;[0155] 8.2)在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,使用电子束蒸发技术,在两个注入区上部淀积Ti/Au/Ni组合金属,形成源极9,其中:所淀积的组合金属自下而上分别为Ti、Au、Ni,其厚度依次为0.02μm、0.3μm、0.05μm。[0156] 第九步.制作栅极10,如图3i。[0157] 9.1)在源极9上部和两个注入区之间的势垒层7上部制作掩模;[0158] 9.2)在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,使用电子束蒸发技术,在两个注入区之间的势垒层7上淀积Ni/Au/Ni组合金属,形成栅极10,其中:自下而上所淀积金属Ni的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.2μm、Ni的厚度为0.04μm,栅极10与两个第二阻挡层42在水平方向上的交叠长度均为0.35μm。[0159] 第十步.制作肖特基漏极11,如图3j。[0160] 在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,使用电子束蒸发技术,在整个衬底1背面依次淀积Ni、Au、Ni,形成Ni/Au/Ni组合金属,完成肖特基漏极11的制作,且Ni的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.7μm、Ni的厚度为0.05μm。[0161] 第十一步.淀积SiN绝缘介质材料,形成包裹的钝化层12,如图3k。[0162] 在气体为NH3、N2及SiH4,气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm,温度、射频功率和压强分别为300℃、25W和950mTorr的工艺条件下,使用等离子体增强化学气相淀积技术,在除了肖特基漏极11底部以外的其他所有区域淀积SiN绝缘介质材料,形成包裹的钝化层12。[0163] 第十二步.在钝化层内的左、右两边刻蚀上平台,如图3l。[0164] 12.1)在钝化层12上部制作掩模;[0165] 12.2)在CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W的工艺条件下,使用反应离子刻蚀技术,在钝化层12左、右两边上部的钝化层内进行刻蚀,刻蚀至与电流阻挡层4下边缘同一水平高度,形成左右两个上平台。[0166] 第十三步.制作源弧形台阶,如图3m。[0167] 13.1)在左右两边刻有上平台的钝化层12上部制作掩模;[0168] 13.2)在CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W的工艺条件下,使用反应离子刻蚀技术,在钝化层12的左、右两边的上平台内进行刻蚀,形成源弧形台阶,源弧形台阶位于第一阻挡层41下边缘同一水平高度以下的部分,其表面的任意一点,与第一阻挡层41下边缘的垂直距离为f,与漂移层2的水平距离为e,且近似满足关系f=9.5-10.5exp(-0.6e),f最大为4μm,该源弧形台阶表面与第一阻挡层41下边缘处于同一水平高度的部位,其与漂移层2的水平距离g为0.18μm;[0169] 第十四步.制作弧形源场板13,如图3n。[0170] 14.1)在带有两个源弧形台阶的钝化层12上部制作掩模;[0171] 14.2)在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,使用电子束蒸发技术,在钝化层左、右两边的源弧形台阶上淀积金属Ti,制作左、右对称的两个弧形源场板13,该弧形源场板13上边缘所在高度高于第一阻挡层41下边缘所在高度0.3μm,并将该两侧的弧形源场板与源极电气连接。[0172] 第十五步.在弧形源场板上方和钝化层上方淀积SiN绝缘介质材料,如图3o。[0173] 在气体为NH3、N2及SiH4,气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm,温度、射频功率和压强分别为300℃、25W和950mTorr的工艺条件下,使用等离子体增强化学气相淀积技术,在弧形源场板上方和钝化层上方淀积SiN绝缘介质材料。[0174] 第十六步.制作漏弧形台阶,如图3p。[0175] 16.1)在肖特基漏极11的背面和钝化层12的背面制作掩模;[0176] 16.2)在CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W的工艺条件下,使用反应离子刻蚀技术在钝化层12背面的左、右两边内进行刻蚀,形成漏弧形台阶,且该漏弧形台阶位于肖特基漏极上边界同一水平高度以上的部分,其表面的任意一点,与衬底1下边界的垂直距离q,与漂移层2的水平距离p,近似满足关系q=5.5+2.5ln(p+0.06),漏弧形台阶下边界与肖特基漏极11下边界对齐,漏弧形台阶表面与肖特基漏极上边界处于同一水平高度的部位距离漂移层2的水平间距h为0.05μm,q最大为3.5μm。[0177] 第十七步.制作弧形漏场板14,如图3q。[0178] 17.1)在肖特基漏极11的背面和钝化层12的背面制作掩模;[0179] 17.2)使用电子束蒸发技术,即在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,在左、右两边的漏弧形台阶上淀积金属Ti,制作左、右对称的两个弧形漏场板14,该弧形漏场板14下边界所在高度低于肖特基漏极11上边界所在高度0.3μm,并将该两侧的漏场板与肖特基漏极电气连接。[0180] 第十八步.在弧形漏场板、肖特基漏极和钝化层的下方填充SiN绝缘介质材料,完成保护层15的制作,如图3r。[0181] 在气体为NH3、N2及SiH4,气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm,温度、射频功率和压强分别为300℃、25W和950mTorr的工艺条件下,使用等离子体增强化学气相淀积技术,在弧形漏场板、肖特基漏极和钝化层的下方填充SiN绝缘介质材,该步骤的绝缘介质材料与第十五步淀积的绝缘介质材料共同构成保护层15,完成整个器件的制作。[0182] 实施例三:制作钝化层为SiO2、保护层为SiN的基于弧形源场板和弧形漏场板的垂直型功率器件。[0183] 步骤A.采用温度为950℃,压强为40Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4000sccm,氨气流量为4000sccm,镓源流量为100μmol/min的工艺条件,采用n-型GaN做衬底1,使用金属有机物化学气相淀积技术,在衬底上外延厚度为50μm、掺杂浓度为1×1018cm-3的n-型GaN材料,制作漂移层2,如图3a。[0184] 步骤B.采用温度为950℃,压强为40Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4000sccm,氨气流量为4000sccm,镓源流量为100μmol/min的工艺条件,使用金属有机物化学气相淀积技术,在漂移层2上外延厚度为3μm、掺杂浓度为1×1018cm-3的n型GaN材料,制作孔径层3,如图3b。[0185] 步骤C.在孔径层3上制作掩模;再使用离子注入技术,在孔径层内的两侧位置注入16 -2
剂量为1×10 cm 的p型杂质Mg,制作厚度a为3μm,宽度c为1μm的两个第一阻挡层41,如图
3c。[0186] 步骤D.在孔径层3和两个第一阻挡层41上制作掩模;再使用离子注入技术,在左、右第一阻挡层41之间的孔径层3内两侧位置注入剂量为1×1016cm-2的p型杂质Mg,制作厚度b为1μm,宽度d为3.3μm的两个第二阻挡层42,两个第一阻挡层与两个第二阻挡层构成两个对称的二级阶梯结构的电流阻挡层4,左右电流阻挡层4之间形成孔径5,如图3d。[0187] 步骤E.采用真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源的工艺条件,使用分子束外延技术,在两个第一阻挡层41、两个第二阻挡层42和孔径5上部外延厚度为0.2μm的GaN材质的沟道层6,如图3e。[0188] 步骤F.采用真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源、高纯Al源的工艺条件,使用分子束外延技术,在沟道层6上外延厚度为50nm的Al0.1Ga0.9N材质的势垒层7,如图3f。[0189] 步骤G.先在势垒层7上部制作掩模;再使用离子注入技术,在势垒层内的两侧注入剂量为1×1016cm-2的n型杂质Si,形成深度为0.06μm的注入区8;[0190] 然后,在1200℃温度下进行快速热退火,使用如图3g。[0191] 步骤H.先在两个注入区8上部和两个注入区之间的势垒层7上部制作掩模,再采用真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件,使用电子束蒸发技术,在两个注入区上部淀积Ti/Au/Ni组合金属,形成源极9,其中:自下而上所淀积的金属厚度,Ti的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.3μm、Ni的厚度为0.05μm,如图3h。[0192] 步骤I.先在源极9上部和两个注入区之间的势垒层7上部制作掩模;再采用真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件,使用电子束蒸发技术,在两个注入区之间的势垒层7上淀积Ni/Au/Ni组合金属,形成栅极10,其中:自下而上所淀积的金属厚度,Ni的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.2μm、Ni的厚度为0.04μm,栅极10与两个第二阻挡层42在水平方向上的交叠长度均为0.6μm,如图3i。[0193] 步骤J.采用真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于的工艺条件,使用电子束蒸发技术,在整个衬底1背面依次淀积Au、Ni,形成Au/Ni组合金属,完成肖特基漏极11的制作,且Au的厚度为0.7μm、Ni的厚度为0.05μm,如图3j。[0194] 步骤K.采用N2O流量为850sccm,SiH4流量为200sccm,温度为250℃,射频功率为25W,压力为1100mTorr的工艺条件,使用等离子体增强化学气相淀积技术,在除了肖特基漏极11底部以外的其他所有区域淀积SiO2绝缘介质材料,形成包裹的钝化层12,如图3k。[0195] 步骤L.先在钝化层12上部制作掩模;再采用CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W的工艺条件,使用反应离子刻蚀技术,在钝化层12左、右两边上部的钝化层内进行刻蚀,刻蚀至与电流阻挡层4下边缘同一水平高度,形成左右两个上平台,如图3l。[0196] 步骤M.先在左右两边刻有上平台的钝化层12上部制作掩模;采用CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W的工艺条件,使用反应离子刻蚀技术,在钝化层12的左、右两边的上平台内进行刻蚀,形成源弧形台阶,源弧形台阶位于第一阻挡层41下边缘同一水平高度以下的部分,其表面的任意一点,与第一阻挡层41下边缘的垂直距离为f,与漂移层2的水平距离为e,且近似满足关系f=9.5-10.5exp(-0.6e),f最大为9μm,该源弧形台阶表面与第一阻挡层41下边缘处于同一水平高度的部位,其与漂移层2的水平距离g为0.18μm,如图3m。[0197] 步骤N.先在带有两个源弧形台阶的钝化层12上部制作掩模;再真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件,使用电子束蒸发技术在左、右两边的源弧形台阶上淀积金属Au,制作左、右对称的两个弧形源场板13,弧形源场板
13上边缘所在高度高于第一阻挡层41下边缘所在高度0.5μm,并将该两侧的弧形源场板与源极电气连接,如图3n。[0198] 步骤O.采用气体为NH3、N2及SiH4,气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm,温度、射频功率和压强分别为300℃、25W和950mTorr的工艺条件,使用等离子体增强化学气相淀积技术,在弧形源场板上方和钝化层上方淀积SiN绝缘介质材,如图3o。[0199] 步骤P.先在肖特基漏极11的背面和钝化层12的背面制作掩模;再采用CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W的工艺条件,使用反应离子刻蚀技术在钝化层12背面的左、右两边内进行刻蚀,形成漏弧形台阶,且该漏弧形台阶位于肖特基漏极上边界同一水平高度以上的部分,其表面的任意一点,与衬底1下边界的垂直距离q,与漂移层2的水平距离p,近似满足关系q=5.5+2.5ln(p+0.06),漏弧形台阶下边界与肖特基漏极11下边界对齐,漏弧形台阶表面与肖特基漏极上边界处于同一水平高度的部位距离漂移层2的水平间距h为0.05μm,q最大为11μm,如图3p。[0200] 步骤Q.先在肖特基漏极11的背面和钝化层12的背面制作掩模;再采用真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件,使用电子束蒸发技术,在左、右两边的漏弧形台阶上淀积金属Au,制作左、右对称的两个弧形漏场板14,该弧形漏场板14下边界所在高度低于肖特基漏极11上边界所在高度0.35μm,并将该两侧的弧形漏场板与肖特基漏极电气连接,如图3q。[0201] 步骤R.采用气体为NH3、N2及SiH4,气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm,温度、射频功率和压强分别为300℃、25W和950mTorr的工艺条件,使用等离子体增强化学气相淀积技术,在弧形漏场板、肖特基漏极和钝化层的下方填充SiN绝缘介质材料,该步骤的绝缘介质材料与步骤O淀积的绝缘介质材料共同构成保护层15,完成整个器件的制作,如图3r。[0202] 本发明的效果可通过以下仿真进一步说明:[0203] 仿真1:对本发明器件在正向击穿情况下器件漂移层右侧边缘的纵向电场分布进行仿真,结果如图4,其中器件的正向击穿电压为1980V。[0204] 由图4可以看出,采用二级阶梯形式的电流阻挡层后,本发明器件结构可以有效地调制正向击穿情况下器件漂移层两侧表面附近的电场分布,增加器件内高场区的范围,促使弧形源场板对应的漂移层两侧表面附近的电场分布平坦,因此本发明器件可以有效实现正向阻断功能。[0205] 仿真2:对本发明器件在反向击穿情况下器件漂移层右侧边缘的纵向电场分布进行仿真,结果如图5,其中器件的反向击穿电压为-1510V。[0206] 由图5可以看出,本发明器件结构可以有效调制反向击穿情况下漂移层内电场分布,增加器件漂移层内的高电场区面积,促使弧形漏场板对应的漂移层两侧表面附近的电场分布平坦,因此本发明器件可以有效实现反向阻断功能。[0207] 以上描述仅是本发明的几个具体实施例,并不构成对本发明的限制,显然对于本领域的专业人员来说,在了解了本发明内容和原理后,能够在不背离本发明的原理和范围的情况下,根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变,但是这些基于本发明的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。
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