[发明专利]场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种场效应晶体管及其制备方法。该场效应晶体管包括外延层、栅极介质层、栅极场板、源极和漏极，外延层包括衬底和在衬底上依次层叠设置的沟道层、势垒层和钝化层，栅极介质层设置于钝化层上，源极和漏极设置于栅极介质层的相对两侧；栅极介质层中设有暴露出部分钝化层的窗口，窗口靠近漏极的侧壁设置为击穿电压增强结构，击穿电压增强结构中具有多个组成段，相邻的组成段中，距钝化层较远的组成段的侧壁与漏极间的距离短于距钝化层较近的组成段的侧壁与漏极间的距离。该场效应管能够有效改善栅极靠近漏极附近存在极高电场峰值的问题。

技术领域

本发明涉及半导体场效应管技术领域，特别是涉及一种场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的第三代宽禁带半导体材料具有包括禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度大、抗辐射能力强、化学稳定性好等在内的优越的物理和化学性质，特别适合制作高耐压、高耐温、高频、大功率电子器件，例如，场效应管即是其中一种极具代表性的电子器件。

传统的场效应管通常包括设置在源极和漏极之间、栅极之下的钝化层，钝化层下还设有势垒层和沟道层。然而该场效应管在结构上存在固有缺陷，其中器件沟道中的电场强度的分布会发生畸变，尤其是在栅极靠近漏极附近存在极高电场峰值，导致器件在操作时的实际击穿电压远低于理论期望值。

通过在栅极下沉积一些钝化材料，例如Si₃N₄、SiO₂等，并进行刻蚀，形成具有开设窗口的栅极介质层结构，进一步在该栅极介质层表面制备栅极场板，能够提高场效应管的击穿电压。制备栅极介质层结构时通常需要对已经沉积完成的一层钝化材料进行掩膜刻蚀。然而在实际刻蚀过程中，无论是采用干法刻蚀还是采用湿法刻蚀，在刻蚀区域及刻蚀均匀性方面均存在较大的不可控性，因此只能在栅极介质层中形成侧壁垂直于钝化层的窗口，即一阶侧壁。然而该种开口的栅极介质层在改善器件沟道中电场分布的作用有限，并且在窗口转角处仍然存在较大的电场峰值，这限制了场效应管击穿电压的进一步提升。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够进一步提高场效应管器件击穿电压的具有栅极介质层的场效应晶体管，进一步，提供一种对应该具有栅极介质层的场效应晶体管的制备方法及其应用。

一种场效应晶体管，其特征在于，包括外延层、栅极介质层、栅极场板、源极和漏极，所述外延层包括衬底和在所述衬底上依次层叠设置的沟道层、势垒层和钝化层，所述栅极介质层设置于所述钝化层上，所述源极和所述漏极设置于所述栅极介质层的相对两侧；

所述栅极介质层中设有暴露出部分所述钝化层的窗口，所述窗口靠近所述漏极的侧壁设置为击穿电压增强结构，所述击穿电压增强结构中具有多个组成段，相邻的所述组成段中，距所述钝化层较远的组成段的侧壁与所述漏极间的距离短于距所述钝化层较近的组成段的侧壁与所述漏极间的距离；

所述栅极场板覆盖所述窗口的侧壁并与所述钝化层接触。

在其中一个实施例中，各所述组成段中所述侧壁与所述漏极间的距离保持不变。

在其中一个实施例中，相邻的所述组成段连接且形成台阶结构。

在其中一个实施例中，所述栅极介质层包括层叠设置的多层介质层，每层所述介质层中均开设有沿层叠方向贯穿该层介质层的通孔，多层所述介质层的通孔贯通连接共同构成所述窗口，各所述介质层的所述通孔靠近所述漏极的侧壁构成各所述组成段的侧壁，各所述介质层的表面连接与其相邻的所述组成段。

在其中一个实施例中，所述介质层包括层叠设置的保护层和介质材料层，且所述介质层中的所述保护层靠近所述钝化层。

在其中一个实施例中，所述介质材料层与所述保护层的刻蚀选择比大于10:1。