一种垂直GaN器件及其制造方法与流程

一种垂直gan器件及其制造方法
技术领域
1.本发明涉及垂直gan器件技术领域，具体涉及一种垂直gan器件及其制造方法。


背景技术：

2.随着半导体技术的发展，垂直gan功率器件逐渐凭借其优势逐渐应用在更多的领域中。对于垂直型gan功率器件，为了形成有效的n型半导体和p型半导体的界面接触，部分垂直型gan功率器件的制造工艺会选择基于凹槽的选区外延方式，该方式制造的垂直gan功率器件的结构如图1所示，其中图1中形成的界面接触由p-gan层、n+gan层和掩膜层组成，但是该界面接触由于没有作任何特殊处理，整个接触点的晶体质量很差，进而造成该器件在实际使用时很容易被电流击穿，从而出现损坏。


技术实现要素：

3.鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种垂直gan器件及其制造方法，所要解决的技术问题是现有垂直gan器件的p-gan层和n+gan层的接触面的晶体质量很差，在实际使用时很容易被电流击穿出现损坏。
4.为解决以上技术问题，第一方面，本发明提供了如下技术方案：一种垂直gan器件，包括从下往上依次堆叠的u-gan层、n+gan层、n-gan层和掩膜层，所述掩膜层和n-gan层上开设有沉积槽，所述沉积槽从所述掩膜层的顶面向内延伸到所述n-gan层上，所述沉积槽和所述掩膜层在所述沉积槽的外围均沉积有p-gan层，所述p-gan层的顶面设有n+gan层。
5.在第一方面的某种实施方式中，所述掩膜层和n-gan层上开设有两个沉积槽。
6.在第一方面的某种实施方式中，所述沉积槽为倒梯形状，所述n+gan层为梯形状。
7.第二方面，本发明还提供了一种垂直gan器件的制造方法，包括以下步骤：
8.s1：在mocvd反应器中制造初级结构，具体如下：生长从下往上依次堆叠的u-gan层、n+gan层和n-gan层；
9.s2：在所述n-gan层的顶面制作掩膜层，生成次级结构；
10.s3：依次对所述次级结构进行图形化处理和凹槽刻蚀，从而从所述掩膜层的顶面向内刻蚀出沉积槽，所述凹槽刻蚀的终点在所述n-gan层上；
11.s4：在所述沉积槽和掩膜层在沉积槽的外围沉积p-gan层；
12.s5：在所述p-gan层上沉积n+gan层。
13.在第二方面的某种实施方式中，步骤s1中制作u-gan层的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3来生长厚度在0.5um～2um的u-gan层，其中n2的量在40l
±
20之间、h2的量在80l
±
30之间，nh3的量在40l
±
20之间；
14.步骤s1中制作n+gan层的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和si搭配来生长si浓度在1e18～2e19、厚度在0.5um～2um的n+gan层2，其中n2的量在40l
±
20之间、h2的量
在80l
±
30之间，nh3的量在40l
±
20之间；
15.步骤s1中制作n-gan层的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和si搭配来生长si浓度在1e16～5e16、厚度在7um～10um的n-gan层；其中n2的量在40l
±
20之间h2的量在80l
±
30之间，nh3的量在40l
±
20之间。
16.在第二方面的某种实施方式中，步骤s2中制作所述掩膜层的材质为sio2或者si3n4。
17.在第二方面的某种实施方式中，步骤s3中凹槽刻蚀的步骤如下：步骤s3中进行凹槽刻蚀的方法如下：
18.通过icp刻蚀工艺进行凹槽刻蚀
19.或者先对掩膜层进行图形化处理来形成图形化掩膜层，然后将器件转移至mocvd反应器中，然后将mocvd反应器中的温度设置在1000℃～1150℃之间、将mocvd反应器中的h2的量设置在160l～220l之间来进行凹槽刻蚀；
20.其中凹槽刻蚀的刻蚀深度在200nm～400nm之间。
21.在第二方面的某种实施方式中，步骤s4中的沉积n-gan层的过程如下：步骤s4中的沉积p-gan层的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和mg搭配来生长厚度在250nm～450nm的p-gan层；其中n2的量在100l
±
20之间，h2的量在5l
±
2之间，nh3的量在40l
±
20之间。
22.在第二方面的某种实施方式中，步骤s5中沉积n+gan层的过程如下：步骤s5中沉积n+gan层的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和si搭配来生长si浓度在1e18～1e19、厚度在100nm～400nm的n+gan层，其中n2的量在5l
±
2之间，h2的量在100l
±
10之间，nh3的量在40l
±
20之间。
23.在某种实施方式中，所述n-gan层的生长速率是n+gan层的十分之一。
24.本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：本发明通过在沉积槽和掩膜层在沉积槽的外围均沉积p-gan层，这样在p-gan层上沉积n+gan层后会增加p-gan层和n+gan层的接触面积，从而能增加器件的电流扩展面积，能有效的保护器件，降低器件被电流击穿的机率。
附图说明
25.图1为现有垂直gan器件的结构示意图；
26.图2为本发明的垂直gan器件的结构示意图；
27.图3为本发明方法的流程图；
28.图4为制作出的初级结构的结构示意图；
29.图5为在次级结构上制作出沉积槽的结构示意图；
30.图6为在沉积槽和掩膜层上制作出p-gan层的结构示意图。
具体实施方式
31.本技术的说明性实施例包括但不限于一种垂直gan器件及其制造方法。
32.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本技术相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本技术的一些方面相一致的装置和方法的例子。
33.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而且可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。
34.应当理解，尽管在本技术可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在......时”或“当......时”或“响应于确定”。
35.如图2所示，一种垂直gan器件，包括从下往上依次堆叠的u-gan层1、n+gan层2、n-gan层3和掩膜层4，掩膜层4和n-gan层3上开设有沉积槽5，沉积槽5从掩膜层4的顶面向内延伸到n-gan层3上，沉积槽5和掩膜层4在沉积槽5的外围均沉积有p-gan层6，p-gan层6的顶面设有n+gan层7。
36.需要注意的是，虽然图2中没有标注沉积槽5，但是可以依据p-gan层6的位置来驱动沉降槽5的位置。另外附图5中标注了沉积槽5。
37.具体地，在图2中，掩膜层4和n-gan层3上开设有两个沉积槽5。
38.具体地，在图2中，沉积槽5为倒梯形状，n+gan层7为梯形状。
39.对于本发明的垂直gan器件，其通过在沉积槽5和掩膜层4在沉积槽5的外围均沉积p-gan层6，这样在p-gan层6上沉积n+gan层7后会增加p-gan层6和n+gan层7的接触面积，从而能增加器件的电流扩展面积，能有效的保护器件，降低器件被电流击穿的机率。
40.另外，如图3所示，本发明还提供了一种垂直gan器件的制造方法，包括以下步骤：
41.s1：在mocvd反应器中制造初级结构，具体如下：生长从下往上依次堆叠的u-gan层1、n+gan层2和n-gan层3。制作完的初级结构如图4所示。
42.具体地，步骤s1中制作u-gan层1的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3来生长厚度在0.5um～2um的u-gan层1，其中n2的量在40l
±
20之间、h2的量在80l
±
30之间，nh3的量在40l
±
20之间；
43.具体地，步骤s1中制作n+gan层2的过程如下：步骤s1中制作n+gan层2的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和si搭配来生长si浓度在1e18～2e19、厚度在0.5um～2um的n+gan层2，其中n2的量在40l
±
20之间、h2的量在80l
±
30之间，nh3的量在40l
±
20之间
44.具体地，步骤s1中制作n-gan层3的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～
1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和si搭配来生长si浓度在1e16～5e16、厚度在7um～10um的n-gan层3；其中n2的量在40l
±
20之间h2的量在80l
±
30之间，nh3的量在40l
±
20之间。
45.其中n-gan层3的生长速率是n+gan层2的十分之一。在实际使用时，通过控制n-gan层3和n+gan层2的生长速率可以减少c杂质的引入。
46.s2：在n-gan层3的顶面制作掩膜层4，生成次级结构。
47.其中，步骤s2中制作掩膜层4的材质为sio2或者si3n4
48.s3：依次对次级结构进行图形化处理和凹槽刻蚀，从而从掩膜层的顶面向内刻蚀出沉积槽5，凹槽刻蚀的终点在n-gan层3上。具体地，次级结构上制作出地沉积槽5的结构如图5所示。
49.其中，步骤s3中凹槽刻蚀的步骤如下：
50.通过icp刻蚀工艺进行凹槽刻蚀
51.或者先对掩膜层4进行图形化处理来形成图形化掩膜层，然后将器件转移至mocvd反应器中，然后将mocvd反应器中的温度设置在1000℃～1150℃之间、将mocvd反应器中的h2的量设置在160l～220l之间来进行凹槽刻蚀；
52.其中凹槽刻蚀的刻蚀深度在200nm～400nm之间。
53.s4：在沉积槽5和掩膜层4在沉积槽5的外围沉积p-gan层6。p-gan层6沉积完的结构示意图如图6所示。
54.具体地，步骤s4中的沉积p-gan层6的过程如下：
55.在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和mg搭配来生长厚度在250nm～450nm的p-gan层6；其中n2的量在100l
±
20之间，h2的量在5l
±
2之间，nh3的量在40l
±
20之间。
56.在实际制作时，通过设置n2和h2的量可以控制p-gan层6横向生长，从而形成蘑菇头结构的p-gan层6。
57.s5：在p-gan层6上沉积n+gan层7。n+gan层7沉积完的结构如图2所示。
58.具体地，步骤s5中沉积n+gan层7的过程如下：
59.步骤s5中沉积n+gan层7的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和si搭配来生长si浓度在1e18～1e19、厚度在100nm～400nm的n+gan层7，其中n2的量在5l
±
2之间，h2的量在100l
±
10之间，nh3的量在40l
±
20之间。
60.在实际制作时，通过设置n2和h2的量可以抑制n+gan层7横向生长，从而形成梯形状的n+gan层7，从而有利用后续工艺对n+gan层7进行钝化处理。
61.对于本发明的方法，通过在沉积槽5和掩膜层4在沉积槽5的外围均沉积p-gan层6，这样在p-gan层6上沉积n+gan层7后会增加p-gan层6和n+gan层7的接触面积，从而能增加器件的电流扩展面积，能有效的保护器件，降低器件被电流击穿的机率。
62.上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种垂直gan器件，其特征在于，包括从下往上依次堆叠的u-gan层、n+gan层、n-gan层和掩膜层，所述掩膜层和n-gan层上开设有沉积槽，所述沉积槽从所述掩膜层的顶面向内延伸到所述n-gan层上，所述沉积槽和所述掩膜层在所述沉积槽的外围均沉积有p-gan层，所述p-gan层的顶面设有n+gan层。2.根据权利要求1所述的一种垂直gan器件，其特征在于，所述掩膜层和n-gan层上开设有两个沉积槽。3.根据权利要求1或2所述的一种垂直gan器件，其特征在于，所述沉积槽为倒梯形状，所述n+gan层为梯形状。4.一种垂直gan器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在mocvd反应器中制造初级结构，具体如下：生长从下往上依次堆叠的u-gan层、n+gan层和n-gan层；s2：在所述n-gan层的顶面制作掩膜层，生成次级结构；s3：依次对所述次级结构进行图形化处理和凹槽刻蚀，从而从所述掩膜层的顶面向内刻蚀出沉积槽，所述凹槽刻蚀的终点在所述n-gan层上；s4：在所述沉积槽和掩膜层在沉积槽的外围沉积p-gan层；s5：在所述p-gan层上沉积n+gan层。5.根据权利要求4所述的一种垂直gan器件的制造方法，其特征在于，步骤s1中制作u-gan层的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3来生长厚度在0.5um～2um的u-gan层，其中n2的量在40l
±
20之间、h2的量在80l
±
30之间，nh3的量在40l
±
20之间；步骤s1中制作n+gan层的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和si搭配来生长si浓度在1e18～2e19、厚度在0.5um～2um的n+gan层，其中n2的量在40l
±
20之间、h2的量在80l
±
30之间，nh3的量在40l
±
20之间；步骤s1中制作n-gan层的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和si搭配来生长si浓度在1e16～5e16、厚度在7um～10um的n-gan层；其中n2的量在40l
±
20之间h2的量在80l
±
30之间，nh3的量在40l
±
20之间。6.根据权利要求4所述的一种垂直gan器件的制造方法，其特征在于，步骤s2中制作所述掩膜层的材质为sio2或者si3n4。7.根据权利要求4所述的一种垂直gan器件的制造方法，其特征在于，步骤s3中进行凹槽刻蚀的方法如下：通过icp刻蚀工艺进行凹槽刻蚀或者先对掩膜层进行图形化处理来形成图形化掩膜层，然后将器件转移至mocvd反应器中，然后将mocvd反应器中的温度设置在1000℃～1150℃之间、将mocvd反应器中的h2的量设置在160l～220l之间来进行凹槽刻蚀；其中凹槽刻蚀的刻蚀深度在200nm～400nm之间。8.根据权利要求4所述的一种垂直gan器件的制造方法，其特征在于，步骤s4中的沉积p-gan层的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～
300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和mg搭配来生长厚度在250nm～450nm的p-gan层；其中n2的量在100l
±
20之间，h2的量在5l
±
2之间，nh3的量在40l
±
20之间。9.根据权利要求4所述的一种垂直gan器件的制造方法，其特征在于，步骤s5中沉积n+gan层的过程如下：在mocvd反应器内的温度在1100℃～1130℃、腔体压力在75tor～300tor时，向mocvd反应器中通入n2、h2和nh3，通过ga和si搭配来生长si浓度在1e18～1e19、厚度在100nm～400nm的n+gan层，其中n2的量在5l
±
2之间，h2的量在100l
±
10之间，nh3的量在40l
±
20之间。10.根据权利要求4或5所述的一种垂直gan器件的制造方法，所述n-gan层的生长速率是n+gan层的十分之一。

技术总结
本发明涉及垂直GaN器件技术领域，公开了一种垂直GaN器件及其制造方法，垂直GaN器件，包括从下往上依次堆叠的u-GaN层、n+GaN层、n-GaN层和掩膜层，掩膜层和n-GaN层上开设有沉积槽，沉积槽从掩膜层的顶面向内延伸到n-GaN层上，沉积槽和掩膜层在沉积槽的外围均沉积有p-GaN层，p-GaN层的顶面设有n+GaN层；在实际使用时本发明通过在沉积槽和掩膜层在沉积槽的外围均沉积p-GaN层，这样在p-GaN层上沉积n+GaN层后会增加p-GaN层和n+GaN层的接触面积，从而能增加器件的电流扩展面积，能有效的保护器件，降低器件被电流击穿的机率。降低器件被电流击穿的机率。降低器件被电流击穿的机率。


技术研发人员：祝庆 冯文军
受保护的技术使用者：福州镓谷半导体有限公司
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/9/14