本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件，尤其是涉及一種p-gan?hemt器件及制備方法。

背景技術(shù)：

1、gan作為第三代半導(dǎo)體材料，具有大禁帶寬度、高熱導(dǎo)率、低導(dǎo)通電阻和耐受高頻高壓條件等優(yōu)良特性，非常適合于高頻、高功率電力電子及射頻器件的制備。半導(dǎo)體器件是現(xiàn)代電子信息技術(shù)的基礎(chǔ)，其中氮化鎵高電子遷移率晶體管（gan?hemt）是一種重要的半導(dǎo)體器件，廣泛應(yīng)用于通信、電力電子等領(lǐng)域。

2、其中，增強(qiáng)型gan基hemt器件相較于耗盡型器件，可避免誤開(kāi)啟風(fēng)險(xiǎn)并降低柵極驅(qū)動(dòng)復(fù)雜性，在電力電子應(yīng)用領(lǐng)域具有更大的優(yōu)勢(shì)。增強(qiáng)型gan基hemt器件在手機(jī)快充及5g通信領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，并展現(xiàn)出在芯片電源管理以及高溫、輻照等極端場(chǎng)景下的應(yīng)用潛力。目前,實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型gan基hemt?器件的主流技術(shù)有:氟(f)離子注入技術(shù)、凹槽柵結(jié)構(gòu)、共源共柵級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)和p-gan柵結(jié)構(gòu)。相較于前3種方法,p-gan柵技術(shù)可以獲得閾值電壓穩(wěn)定、可靠性高且工藝可控性強(qiáng)、重復(fù)性好的增強(qiáng)型器件,適于投入大規(guī)模生產(chǎn)及商業(yè)用途。

3、然而，更加復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景以及苛刻的器件工作環(huán)境，對(duì)增強(qiáng)型p-gan?hemt器件的柵控能力和器件可靠性有了更高的要求，這不僅影響到器件的性能，還可能導(dǎo)致器件的失效。因此，如何有效地提高p-gan?hemt的柵控能力，提高其可靠性和穩(wěn)定性，是當(dāng)前高功率gan半導(dǎo)體器件制造技術(shù)面臨的重要挑戰(zhàn)。

4、目前，現(xiàn)有的p-gan柵技術(shù)解決方案會(huì)面臨一些工藝上的困難，例如mg離子在高溫?cái)U(kuò)散過(guò)程中向algan勢(shì)壘層與gan溝道層移動(dòng)，造成閾值電壓等電學(xué)性能的降低；現(xiàn)有的刻蝕工藝會(huì)對(duì)algan表面造成損傷，且無(wú)法嚴(yán)格控制過(guò)刻蝕量，這會(huì)導(dǎo)致器件柵控能力的降低；p-gan帽層與器件鏈接處界面缺陷較多，界面不利反應(yīng)復(fù)雜，界面修飾方向的改善較少，這會(huì)造成柵極漏電，器件工作的可靠性和穩(wěn)定性降低；2deg所在的位置會(huì)造成電場(chǎng)聚集導(dǎo)致器件的自熱效應(yīng)，當(dāng)前解決gan基hemt器件散熱問(wèn)題的方向主要是優(yōu)化器件外延層結(jié)構(gòu)和封裝結(jié)構(gòu)，以此提高器件工作過(guò)程中的穩(wěn)定性和可靠性；現(xiàn)有的p-gan基hemt器件的電場(chǎng)調(diào)控結(jié)構(gòu)不利于器件的生長(zhǎng)與晶格失配的降低，導(dǎo)致材料內(nèi)部缺陷增多，降低了器件的可靠性和使用壽命；現(xiàn)有的p-gan帽層與器件鏈接處界面缺陷較多，柵控能力較弱。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種p-gan?hemt器件及制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的以上或者其他前者問(wèn)題。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種p-gan?hemt器件，包括，

3、襯底層；

4、設(shè)于襯底層上的緩沖層，緩沖層的遠(yuǎn)離襯底層的一側(cè)面設(shè)有p型摻雜區(qū)；

5、設(shè)于緩沖層上的溝道層，溝道層與p型摻雜區(qū)接觸；

6、設(shè)于溝道層上的勢(shì)壘層、源極以及漏極，源極與漏極設(shè)于勢(shì)壘層的兩側(cè)；

7、設(shè)于勢(shì)壘層上的散熱層；

8、設(shè)于勢(shì)壘層上和散熱層上的帽層；

9、設(shè)于散熱層上的鈍化層，鈍化層設(shè)于源極與帽層之間以及漏極與帽層之間；

10、設(shè)于帽層上的柵極。

11、進(jìn)一步的，p型摻雜區(qū)設(shè)于沿著緩沖層第一方向上的靠近兩側(cè)邊的注入?yún)^(qū)域內(nèi)，在任一注入?yún)^(qū)域，p型摻雜區(qū)包括多組p型摻雜區(qū)組，多組p型摻雜區(qū)組沿著緩沖層的第一方向依次設(shè)置，每一組p型摻雜區(qū)組均包括多個(gè)p型摻雜子區(qū)，多個(gè)p型摻雜子區(qū)沿著緩沖層的第二方向依次設(shè)置，第一方向與第二方向垂直設(shè)置。

12、進(jìn)一步的，相鄰兩組p型摻雜區(qū)組中的多個(gè)p型摻雜子區(qū)交錯(cuò)設(shè)置。

13、進(jìn)一步的，p型摻雜子區(qū)的形狀為多邊形或圓形。

14、進(jìn)一步的，帽層包括疊放設(shè)置的第一槽柵層和第二槽柵層，第一槽柵層設(shè)于勢(shì)壘層上，且第一槽柵層的一側(cè)面位于勢(shì)壘層內(nèi)，第一槽柵層的另一側(cè)面與第二槽柵層的第一側(cè)面接觸，第二槽柵層的第一側(cè)面與散熱層接觸。

15、進(jìn)一步的，帽層為摻雜有p型摻雜劑的氮化鎵，p型摻雜劑為鎂，p型摻雜劑的摻雜濃度為1×1017-8×1017cm-3。

16、進(jìn)一步的，第一槽柵層的厚度為8-13nm，第二槽柵層的厚度為90-130nm。

17、進(jìn)一步的，散熱層為單晶金剛石薄膜或碳化硅薄膜，散熱層的厚度為200nm-700nm。

18、進(jìn)一步的，襯底層為多晶金剛石襯底，襯底層的厚度為300-400um。

19、進(jìn)一步的，緩沖層與溝道層均為氮化鎵，緩沖層的厚度為200-300nm，溝道層的厚度為50-150nm。

20、進(jìn)一步的，勢(shì)壘層為氮化鎵鋁，勢(shì)壘層的厚度為10-20nm。

21、進(jìn)一步的，沿著溝道層至外部方向，源極與漏極均包括依次設(shè)置的ti層、al層、ni層以及au層；沿著帽層至外部方向，柵極包括依次設(shè)置的tin層、ti層、al層、ni層以及au層。

22、進(jìn)一步的，鈍化層為氮化硅。

23、一種p-gan?hemt器件的制備方法，包括以下步驟，

24、制備襯底層；

25、制備緩沖層，并將緩沖層鍵合到襯底層上；

26、在緩沖層表面進(jìn)行p型離子注入，形成p型摻雜區(qū)，并進(jìn)行退火處理；

27、在緩沖層上制備溝道層；

28、在溝道層上制備勢(shì)壘層；

29、制備散熱層，并將散熱層鍵合到勢(shì)壘層上；

30、對(duì)散熱層和勢(shì)壘層進(jìn)行刻蝕，形成溝槽；

31、在溝槽處的勢(shì)壘層上以及溝槽外側(cè)的散熱層上制備帽層；

32、制備鈍化層；

33、在溝道層上制備源極和漏極，帽層上制備柵極。

34、進(jìn)一步的，采用化學(xué)氣相沉積法制備襯底層，襯底層為多晶金剛石襯底。

35、進(jìn)一步的，緩沖層與溝道層均為氮化鎵，分別采用mocvd方式制備緩沖層和溝道層；

36、勢(shì)壘層為氮化鎵鋁，采用mocvd方式制備勢(shì)壘層；

37、帽層為摻雜有p型摻雜劑的氮化鎵，采用mocvd方式制備帽層。

38、進(jìn)一步的，在緩沖層表面進(jìn)行p型離子注入，形成p型摻雜區(qū)，并進(jìn)行退火處理步驟中，在氮?dú)夥諊羞M(jìn)行退火，退火溫度為850℃-1150℃。

39、進(jìn)一步的，p型摻雜離子為鎂離子，注入結(jié)深為0.8-1.0um，注入劑量為1×1015-1×1017cm-3?。

40、進(jìn)一步的，散熱層為單晶金剛石薄膜或碳化硅薄膜，在一襯底上生長(zhǎng)形成散熱層，將散熱層鍵合到勢(shì)壘層上后去除該襯底。

41、進(jìn)一步的，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法沉積鈍化層，并通過(guò)刻蝕去除溝道層和帽層上的鈍化層。

42、由于采用上述技術(shù)方案，具有散熱層，該散熱層為單晶金剛石薄膜，單晶金剛石薄膜在多晶金剛石襯底上生長(zhǎng)形成，通過(guò)鍵合技術(shù)將單晶金剛石薄膜與勢(shì)壘層進(jìn)行鍵合，由于單晶金剛石薄膜與氮化鎵勢(shì)壘層的鍵合率達(dá)到92%以上，能夠有效的降低異質(zhì)結(jié)界面處的缺陷數(shù)量和界面熱阻，提高器件溝道處2deg的散熱能力，并增強(qiáng)器件的機(jī)械性能，降低界面反應(yīng)和缺陷對(duì)器件工作性能的影響；

43、該器件的襯底層為多晶金剛石襯底，無(wú)需改變器件制造工藝，通過(guò)散熱層和襯底層的設(shè)置，提高器件的散熱效果；

44、緩沖層通過(guò)離子注入形成有p型摻雜區(qū)，p型摻雜區(qū)的設(shè)置，能夠有效調(diào)制2deg溝道處的電場(chǎng)，緩解電場(chǎng)積聚導(dǎo)致的溫度上升，進(jìn)一步提升器件自身的熱管理能力，提高器件工作的穩(wěn)定性和可靠性，延長(zhǎng)器件工作壽命，同時(shí)，散熱層的設(shè)置，可以作為膜層，能夠有效防止1000℃以上的高溫下鎂離子向勢(shì)壘層和溝道層擴(kuò)散，并且作為刻蝕阻擋層，防止勢(shì)壘層的過(guò)刻蝕，更好的控制器件結(jié)構(gòu)的質(zhì)量；

45、帽層為雙層槽柵結(jié)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠有效提高器件的閾值電壓，閾值電壓可以達(dá)到2.5-3.5v，豐富了器件的高功率應(yīng)用場(chǎng)景，也使得2deg不連續(xù)的情況更明顯，增強(qiáng)了器件的柵控能力。