[发明专利]具有栅极静电防护结构的高电子迁移率晶体管及制作方法

说明书

本发明实施例公开了一种具有栅极静电防护结构的高电子迁移率晶体管及制作方法。其中具有栅极静电防护结构的高电子迁移率晶体管包括衬底；设置于衬底一侧依次层叠的应力缓冲层和外延层；设置于外延层背离衬底一侧的源极、漏极以及p型栅极层；p型栅极层包括第一区域和第二区域，第一区域背离衬底一侧依次层叠设置有p型表面盖层以及栅极，第二区域背离衬底一侧依次层叠设置有p型表面盖层以及阴极，第二区域背离衬底一侧还设置有与p型栅极层直接接触的阳极；阳极与源极电连接，阴极与栅极电连接。本发明实施例的技术方案，有效提高器件栅极静电放电防护能力，优化器件的电学可靠性。

技术领域

本发明实施例涉及半导体器件技术，尤其涉及一种具有栅极静电防护结构的高电子迁移率晶体管及制作方法。

背景技术

以氮化镓(GaN)为代表的第三代半导体材料具有禁带宽、临界击穿电场高、导热性好、熔点高、电子饱和迁移率高、耐辐射等特点，适用于制作高压、高功率、高频、耐高温、耐辐射等高性能电子器件。其应用包括电力电子器件、射频器件、光电子器件等领域，是固态照明、存储、通讯、消费电子产品，以及新能源汽车、智能电网等应用的核心电子元件。目前第三代半导体已经成为科研和产业研究的焦点之一，具有广阔的应用前景，切合国家节能减排，智能制造，通讯与信息安全的要求。在电力电子和射频电子应用领域，以铝镓氮/镓氮(AlGaN/GaN)异质结为核心制作的高电子迁移率晶体管(HEMT)具有十分优异的电学特性。尤其是结构中的极化效应会在其异质界面产生浓度达到10¹²cm^-2以上的二维电子气(2DEG)。且由于沟道内没有电离杂质散射，其电子迁移率可高达2000cm²/Vs，非常适用于高功率和高频率电子器件。

从器件工作机理来区分，目前常见的GaN基HEMT器件主要分为两大类，增强型器件和耗尽型器件。耗尽型器件是指栅极零偏压下器件沟道已经开启的HEMT器件，而增强型器件是指栅极零偏压下沟道关断的HEMT器件。增强型器件具有栅极零偏压下常关特性而受到了广泛的关注。一方面增强型常关器件在掉电保护方面具有安全的保障，另一方面常关器件也会降低静态功率消耗。AlGaN/GaN基增强型HEMT主要有三种常见实现形式，第一种是p-GaN栅极结构，第二种是栅极氟离子注入结构，第三种是栅极沟槽结构。工作机理都是通过将栅极底部沟道内的二维电子气耗尽，进而实现常关型器件。其中比较有实用型前景的结构是p-GaN栅极结构，其具有机构简单，工艺可控等优点。

目前的p-GaN栅极结构虽然简单可行，但是其也具有许多不足之处。常规p-GaN栅极的HEMT结构，其栅极静电放电(ESD)防护能力欠佳。容易在较低的静电作用下即发生失效。

发明内容

本发明提供一种具有栅极静电防护结构的高电子迁移率晶体管及制作方法，以实现提高器件栅极静电放电防护能力，优化器件的电学可靠性。

第一方面，本发明实施例提供一种具有栅极静电防护结构的高电子迁移率晶体管，包括：

衬底；

设置于所述衬底一侧依次层叠的应力缓冲层和外延层；

设置于所述外延层背离所述衬底一侧的源极、漏极以及p型栅极层；

所述p型栅极层包括第一区域和第二区域，所述第一区域背离所述衬底一侧依次层叠设置有p型表面盖层以及栅极，所述第二区域背离所述衬底一侧依次层叠设置有所述p型表面盖层以及阴极，所述第二区域背离所述衬底一侧还设置有与所述p型栅极层直接接触的阳极；

所述阳极与所述源极电连接，所述阴极与所述栅极电连接。

可选的，所述p型表面盖层中掺杂物的掺杂浓度恒定且小于所述p型栅极层中掺杂物的掺杂浓度，或者

所述p型表面盖层中掺杂物的掺杂浓度渐变或阶跃跳变，且最大掺杂浓度小于所述p型栅极层中掺杂物的掺杂浓度。