一种功率半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种功率半导体器件及其制造方法，其中，所述功率半导体器件，包括：衬底、位于所述衬底上方的沟道层、位于所述沟道层上方的势垒层以及位于所述势垒层上方的源极、栅极和漏极，所述沟道层与所述势垒层的界面处形成有二维电子气，所述栅极位于所述源极与所述漏极之间，其特征在于，所述栅极与所述漏极之间的势垒层内形成有至少一个凹槽结终端结构，所述凹槽结终端结构从所述栅极靠近所述漏极一侧的边缘处向所述漏极方向延伸，所述凹槽结终端结构的深度从所述栅极到所述漏极的方向逐渐减小。采用上述技术方案，可以解决现有技术中功率半导体器件击穿电压较低的技术问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种功率半导体器件及其制造方法。
技术介绍
相比常规的半导体材料，氮化镓(GaN)作为宽禁带半导体材料的典型代表，具有更宽的禁带宽度、更高的饱和电子偏移速度、更大的临界击穿电场强度和更好的导热性能等优点，更重要的是GaN能够与铝镓氮(AlGaN)形成AlGaN/GaN异质结，便于制造高电子迁移率晶体管(HighElectronMobilityTransistor，HEMT)器件。GaNHEMT器件具有高二维电子气浓度和高击穿电压，在高压供电、电力转换和机动车能量分配管理，通信设备等诸多领域有广泛的应用前景。为使HMET器件发挥最大的功效，需使器件具有高击穿电压与低导通电阻。现有技术中GaNHEMT器件通常为平面型结构，当HEMT器件处于关断状态时，栅极施加负偏压，漏极施加正偏压，源极接地，会导致电场线聚集在栅极靠近漏极一侧的边缘处，形成电场尖峰。当漏极施加的电压逐渐增加时，会导致栅极边缘处的电场尖峰进一步增加，当高于GaN的临界击穿电场强度时，器件就会在此处被击穿。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种功率半导体器件及其制造方法，以解决现有技术中功率半导体器件击穿电压较低的技术问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种功率半导体器件，包括：衬底、位于所述衬底上方的沟道层、位于所述沟道层上方的势垒层以及位于所述势垒层上方的源极、栅极和漏极，所述沟道层与所述势垒层的界面处形成有二维电子气，所述栅极位于所述源极与所述漏极之间，其特征在于，所述栅极与所述漏极之间的势垒层内形成有至少一个凹槽结终端结构，所述凹槽结终端结构从所述栅极靠近所述漏极一侧的边缘处向所述漏极方向延伸，所述凹槽结终端结构的深度从所述栅极到所述漏极的方向逐渐减小。可选的，所述凹槽结终端结构的深度小于或等于所述势垒层的厚度。可选的，所述凹槽结终端结构包括下述至少一项：直线型结终端结构、曲线型结终端结构以及阶梯状结终端结构。可选的，所述功率半导体器件还包括介质层，所述介质层覆盖于势垒层之上。可选的，所述功率半导体器件还包括源极金属场板，所述源极金属场板用于连接所述源极与所述凹槽结终端结构，并且所述源极金属场板的连接面全部或者部分覆盖所述凹槽终端结构。可选的，所述源极金属场板下方形成有空气桥或介质桥。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种功率半导体器件的制造方法，包括：提供一衬底，并在所述衬底上制备沟道层；在所述沟道层上制备势垒层，所述沟道层与所述势垒层界面处形成有二维电子气；在所述势垒层上制备源极、栅极和漏极，所述栅极位于所述源极和所述漏极之间；在所述栅极与所述漏极之间的势垒层内制备至少一个凹槽结终端结构，所述凹槽结终端结构从所述栅极靠近所述漏极一侧的边缘处向所述漏极方向延伸，所述凹槽结终端结构的深度从所述栅极到所述漏极的方向逐渐减小。可选的，在所述沟道层和所述势垒层的界面处的上方制备至少一个凹槽结终端结构，包括：在所述势垒层上制备光刻胶层；使用掩膜版对所述光刻胶层进行光刻，显影后形成厚度变化趋势与所述凹槽结终端结构厚度变化趋势相同的光刻胶层；刻蚀所述光刻胶层和势垒层，在所述势垒层内形成凹槽深度从栅极到漏极方向逐渐减小的凹槽结终端结构。可选的，所述在所述栅极与所述漏极之间的势垒层内制备至少一个凹槽结终端结构，包括：在所述势垒层上制备掩膜层；在所述掩膜层上制备光刻胶层；使用掩膜版对所述光刻胶层进行光刻并显影，显影后形成厚度变化趋势与所述凹槽结终端结构厚度变化趋势相同的光刻胶层；刻蚀所述光刻胶层与掩膜层，形成厚度变化趋势与所述凹槽结终端结构厚度变化趋势相同的掩膜层；刻蚀所述掩膜层与势垒层，在所述势垒层内制备凹槽深度从栅极到漏极方向逐渐减小的凹槽结终端结构。可选的，所述掩膜版为具有遮光点阵的掩膜版，通过调整所述掩膜版中遮光点阵的疏密程度控制所述光刻胶层的曝光程度。本专利技术实施例提供的功率半导体器件及其制造方法，通过在衬底上制备沟道层，在沟道层上制备势垒层，沟道层与势垒层界面处形成有二维电子气，在势垒层上制备源极、栅极和漏极，栅极位于源极和漏极之间，在栅极与漏极之间的势垒层内制备至少一个凹槽结终端结构，凹槽结终端结构从栅极靠近漏极一侧的边缘处向漏极方向延伸，凹槽结终端结构的深度从栅极到漏极的方向逐渐减小。采用上述技术方案，在栅极与漏极之间的势垒层内制备至少一个凹槽结终端结构，可以改变功率半导体器件中势垒层中的电场分布，削弱栅极靠近漏端边缘处的电场尖峰强度，使电场沿栅极到漏极的分布趋于平缓，从而提升器件的击穿电压。附图说明为了更加清楚地说明本专利技术示例性实施例的技术方案，下面对描述实施例中所需要用到的附图做一简单介绍。显然，所介绍的附图只是本专利技术所要描述的一部分实施例的附图，而不是全部的附图，对于本领域普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。图1为本专利技术实施例一提供的一种功率半导体器件的结构示意图；图2为本专利技术实施例一提供的凹槽结终端结构的深度与势垒层厚度的比较示意图；图3a为图1中A-A’位置处的能带示意图，图3b为图1中B-B’位置处的能带示意图；图4为本专利技术实施例一提供的一种具有凹槽结终端结构的HEMT器件的制造方法的流程示意图；图5为本专利技术实施例二提供的一种功率半导体器件的结构示意图；图6为本专利技术实施例三提供的一种功率半导体器件的结构示意图；图7为本专利技术实施例四提供的一种功率半导体器件的结构示意图；图8为本专利技术实施例五提供的一种功率半导体器件的结构示意图；图9为本专利技术实施例六提供的一种功率半导体器件的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下将结合本专利技术实施例中的附图，通过具体实施方式，完整地描述本专利技术的技术方案。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下获得的所有其他实施例，均落入本专利技术的保护范围之内。此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示,这些重复仅为了简单清楚地叙述本专利技术，不代表所讨论的不同实施例或结构之间具有任何关联性。实施例一图1为本专利技术实施例一提供的一种功率半导体器件的结构示意图，具体的，本专利技术实施例一提供一种具有凹槽结终端结构的HEMT器件。如图1所示，所述功率半导体器件包括：衬底101；位于衬底101上方的沟道层102；位于沟道层102上方的势垒层103；位于势垒层103上方的源极104、栅极105和漏极106，沟道层102与势垒层103的界面处形成有二维电子气107，栅极105位于源极104与漏极106之间；栅极105与漏极106之间的势垒层103内形成有至少一个凹槽结终端结构108，凹槽结终端结构108从栅极105靠近漏极106一侧的边缘处向漏极106方向延伸，凹槽结终端结构108的深度从栅极105到漏极106的方向逐渐减小。本专利技术实施例中的凹槽结终端结构可以为直线型凹槽结终端结构、阶梯状凹槽结终端结构以及曲线型凹槽结终端结构中的至少一种。本专利技术实施例一具体描述一种直线型凹槽结终端结构，本专利技术实施例还可以包括其他结构的凹槽结终端结构，具体在本专利技术的其他实施例里进行介绍。示例性的，衬底101的材料可以为硅、碳化硅或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体器件，包括：衬底、位于所述衬底上方的沟道层、位于所述沟道层上方的势垒层以及位于所述势垒层上方的源极、栅极和漏极，所述沟道层与所述势垒层的界面处形成有二维电子气，所述栅极位于所述源极与所述漏极之间，其特征在于，所述栅极与所述漏极之间的势垒层内形成有至少一个凹槽结终端结构，所述凹槽结终端结构从所述栅极靠近所述漏极一侧的边缘处向所述漏极方向延伸，所述凹槽结终端结构的深度从所述栅极到所述漏极的方向逐渐减小。

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件，包括：衬底、位于所述衬底上方的沟道层、位于所述沟道层上方的势垒层以及位于所述势垒层上方的源极、栅极和漏极，所述沟道层与所述势垒层的界面处形成有二维电子气，所述栅极位于所述源极与所述漏极之间，其特征在于，所述栅极与所述漏极之间的势垒层内形成有至少一个凹槽结终端结构，所述凹槽结终端结构从所述栅极靠近所述漏极一侧的边缘处向所述漏极方向延伸，所述凹槽结终端结构的深度从所述栅极到所述漏极的方向逐渐减小。2.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述凹槽结终端结构的深度小于或等于所述势垒层的厚度。3.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述凹槽结终端结构包括下述至少一项：直线型结终端结构、曲线型结终端结构以及阶梯状结终端结构。4.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述功率半导体器件还包括介质层，所述介质层覆盖于所述势垒层之上。5.根据权利要求1所述的功率半导体器件，其特征在于，所述功率半导体器件还包括源极金属场板，所述源极金属场板用于连接所述源极与所述凹槽结终端结构，并且所述源极金属场板的连接面全部或者部分覆盖所述凹槽终端结构。6.根据权利要求5所述的功率半导体器件，其特征在于，所述源极金属场板下方形成有空气桥或介质桥。7.一种功率半导体器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：提供一衬底，并在所述衬底上制备沟道层；在所述沟道层上制备势垒层，所述沟道层与所述势垒层界面处形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴传佳，
申请(专利权)人：苏州捷芯威半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32