[发明专利]一种HEMT器件及其制备方法在审

专利信息
申请号: 202110662414.0 申请日: 2021-06-15
公开(公告)号: CN113594035A 公开(公告)日: 2021-11-02
发明(设计)人: 姜涛 申请(专利权)人: 乂馆信息科技(上海)有限公司
主分类号: H01L21/335 分类号: H01L21/335;H01L29/778;H01L29/40
代理公司: 西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙) 61230 代理人: 李园园
地址: 200080 上海市虹*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 hemt 器件 及其 制备 方法
【说明书】:

发明公开了一种HEMT器件及其制备方法,制备方法包括:制备衬底结构;在所述帽层(5)上制备第一介质层(6);光刻所述第一介质层(6),然后刻蚀所述第一介质层(6)以形成第一开口(7);在所述第一介质层(6)和所述第一开口(7)上制备第二介质层(8),同时在所述第一开口(7)处形成第二开口(9),所述第二开口(9)的下表面处于第一介质层(6)的上表面之下;刻蚀掉所述第二开口(9)处的所述第二介质层(8),以将所述第二开口(9)转换为第三开口(10);在所述第三开口(10)内制备栅电极(11)。本发明提出了一种HEMT器件及其制备方法,通过采用材料沉积的方式对采用光刻得到的栅电极宽度即沟道长度进一步的缩小,并制作形成倒凸字型栅极,以及与栅极金属同层的浮空金属场板,增强了器件栅极耐压特性和器件导通特性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域,具体涉及一种HEMT器件及其制备方法。

背景技术

GaN HEMT(High Electron Mobility Transistor,高电子迁移率晶体管)器件目前被普遍采用,其基础结构是在衬底上生长GaN材料或AlN材料成核层,再生长一层GaN材料缓冲层,在缓冲层上生长高迁移率的GaN沟道层,在沟道层上生长AlGaN势垒层,也可以先生长一层AlN插入层后再生长AlGaN势垒层,最后在势垒层上生长一层GaN材料的帽层。其原理是AlGaN势垒层通过极化效应在GaN沟道层靠近AlGaN势垒层的一侧界面上形成高浓度高迁移率的二维电子气(以下简称2DEG)。通过制作源极和漏极,即在帽层上制作两个金属电极,两个金属电极之间间隔一定间距位置,金属电极通过退火工艺与AlGaN势垒层和GaN沟道层的材料形成欧姆接触即源极和漏极,源漏极之间通过GaN沟道层上的2DEG形成导电连通,在源漏极之间制作栅极。一种常见的作法是通过光刻掩膜和显影曝光,暴露出源漏区域中间的某块区域,通常是靠近源极但远离漏极的区域,将该区域的GaN帽层刻蚀掉,并将暴露出来的AlGaN势垒层刻蚀一部分,最后将栅极材料(金属或p型GaN材料)沉积在刻蚀出来的凹槽内,通过控制栅极材料上的电压,影响栅极区域下方的2DEG的载流子浓度,这种方法制作的可以是增强型HEMT,也可以是耗尽型器件。以栅极材料为金属为例,当金属不加电压时,由于金属功函数的作用,栅极下方区域的长度称为沟道长度,此时沟道长度内的2DEG被耗尽,源漏之间的通道被夹断,器件处于关断状态。而当栅极技术上施加正向电压时,栅极下方区域的2DEG被恢复,甚至载流子浓度比原来更高,此时器件处于导通状态。为了提高栅漏之间的耐压能力,通常还会在栅极上方及靠近漏极的区域制作场板来缓和电场的分布,提高器件的击穿特性。

能够用来制作HEMT器件的材料主要有III-V族半导体材料,例如GaN、GaAs、GaP、InGaN、GaAsP,GaAlAs、AlN、AlGaN、InGaAs等,所使用的衬底有Si、SiC、Al2O3(蓝宝石)、GaAs、ZnO、LaLiO3、AlN或GaN等,以GaN基HEMT为例,通常沟道层材料为GaN,势垒层为AlxGa1-xN,帽层为GaN。

为了提高HEMT器件的频率特性,通常都会采用光刻技术将沟道长度的尺寸尽量做小,减少栅极下方受栅极材料影响的2DEG区域的大小,沟道长度越小则器件工作频率越高。然而更小的沟道长度需要更高端的光刻设备来支撑。同时为了提高器件的击穿电压,通常会将栅极和漏极隔开一定的距离,这个距离越大器件的耐压性能越好,但这种做法会增大器件的整体面积,牺牲固定衬底尺寸条件下的器件产出数量,增加了单个器件的成本。因此在保持栅漏距离一定的情况下,会在栅极附近制作场板来缓解栅漏之间的电场分布,达到提高器件耐压上限的目的。如何在光刻设备的物理极限下进一步缩小沟道长度,以及通过更简单的方法来制作更有效的场板结构成为了近年来的研究热点。

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