高电子迁移率晶体管器件及其制造方法技术

一种高电子迁移率晶体管器件，涉及半导体技术领域，该器件的第一介质层位于栅极与源极、漏极之间的半导体层上，第一源场板位于栅极与漏极之间的第一介质层上，第二介质层位于栅极、第一源场板和第一介质层上，第二源场板位于栅极、第一源场板上的第二介质层上，第一源场板和第二源场板削弱栅极与漏极之间靠近栅极的区域强电场，第一介质层和第二介质层在长时间应力、高电压应力下不易发生介质层失效。该器件既能削弱栅极与漏极之间靠近栅极区域存在的强电场，又能减少栅极和源场板之间的介质层发生失效的几率。本发明专利技术还提供一种高电子迁移率晶体管器件的制造方法，工艺流程简单，制得的器件可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种高电子迁移率晶体管器件及其制造方法。
技术介绍
第三代半导体氮化镓(GaN)的介质击穿电场远远高于第一代半导体硅(Si)或第二代半导体砷化镓(GaAs)的介质击穿电场，其值高达3MV/cm，使该电子器件能承受很高的电压。同时，氮化镓可以与其他镓类化合物半导体(比如，III族氮化物半导体)形成异质结结构。由于III族氮化物半导体具有强烈的自发极化和压电极化效应，其在异质结的界面附近，可以形成电子浓度很高的二维电子气(2DEG)沟道，而且这种异质结结构也能有效降低电离杂质散射，因此沟道内的电子迁移率大大提升。在此异质结结构基础上制成的GaNHEMT能在高频率导通高电流，且具有很低的导通电阻。上述特性使得GaNHEMT特别适用于制造高频大功率射频器件和高耐压大电流的开关器件。通常在GaNHEMT中，栅极与漏极之间承受较高的电压，导致栅极与漏极之间靠近栅极的区域存在强电场，此处的强电场造成该电子器件的电流崩塌效应。电流崩塌效应表现为：在高频下电流密度远小于器件稳态时的电流密度。出现电流崩塌效应使器件性能退化，输出功率密度、功率附加效率等降低，严重制约了器件在高频高压大功率时的应用。对于氮化镓射频功率器件而言，其经常要在超高频和高电压环境下工作，因此对电流崩塌效应的控制要求更加严格，而采用源场板技术是削弱漏极靠近栅极区域存在的强电场的手段之一。使用常规源极场板技术处理后的高电子迁移率晶体管002的截面结构如图1所示，高电子迁移率晶体管002包括：衬底210，位于衬底上的半导体层220，位于半导体层220上的源极231、漏极233和T型栅极232，位于T型栅极232、半导体层220上的介质层010，以及位于介质层010上，并位于T型栅极232上方的源场板020。其中，源场板020在有源区外和源极231电学连接，即源场板020和源极231等电位；半导体层220包括由下至上依次设置的缓冲层221、沟道层222和势垒层223。源场板020可以削弱T型栅极232与漏极233之间靠近T型栅极232的区域存在的强电场峰值，达到抑制电流崩塌，提高输出功率密度和功率附加效率的目的。但是，上述使用常规源场板技术处理后的高电子迁移率晶体管002中，介质层010在T型栅极232的侧边缘形成台阶030，台阶030沿y方向(台阶030侧壁)的介质层010在材料厚度、材料质量方面都不及沿x方向(台阶030平面)的介质层010。高电子迁移率晶体管002在长时间应力、高电压应力下工作时，T型栅极232和源场板020之间存在长时间的高电场，使得台阶030侧壁上的介质层010极易发生失效，从而造成T型栅极232和源场板020之间短路，进而降低高电子迁移率晶体管002的可靠性。鉴于上述使用常规源极场板技术的HEMT，存在因栅极和源场板之间的介质层失效而引起器件可靠性降低的问题，有必要提供一种高可靠性的HEMT及其制造方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高电子迁移率晶体管器件，其既能削弱栅极与漏极之间靠近栅极区域存在的强电场，又能减少栅极和源场板之间的介质层发生失效的几率，从而提高器件的可靠性。本专利技术的另一目的在于提供一种高电子迁移率晶体管器件的制造方法，制造工艺流程简单，制得的器件可靠性高。本专利技术的实施例是这样实现的：一种高电子迁移率晶体管器件，其包括：衬底；半导体层，位于衬底上；栅极、源极和漏极，位于半导体层上，栅极位于源极和漏极之间；第一介质层，位于栅极与源极、栅极与漏极之间的半导体层上；第一源场板，位于栅极与漏极之间的第一介质层上；第二介质层，位于第一介质层上，并覆盖栅极、第一源场板；以及第二源场板，位于第二介质层上，并位于栅极、第一源场板的上方，其中，源极、第一源场板和第二源场板等电位。在本专利技术较佳的实施例中，上述第二源场板还位于源极上，第二源场板与源极连接。在本专利技术较佳的实施例中，上述第二介质层设有通孔以露出第一源场板，第二源场板通过通孔与第一源场板连接。在本专利技术较佳的实施例中，上述栅极与第一源场板之间还存在空气介质。在本专利技术较佳的实施例中，上述栅极与第一源场板之间的最近距离大于至少2倍的第二介质层的厚度。在本专利技术较佳的实施例中，上述第二介质层的厚度大于200nm，栅极与第一源场板之间的最近距离大于400nm。一种高电子迁移率晶体管器件的制造方法，包括：在衬底上形成半导体层；在半导体层上形成第一介质层；在第一介质层上形成源极和漏极；在源极和漏极之间形成栅极、第一源场板，第一源场板位于栅极和漏极之间；在第一介质层上形成第二介质层并覆盖栅极和第一源场板；以及在第二介质层上形成第二源场板，第二源场板位于栅极、第一源场板的上方，并使得源极、第一源场板和第二源场板等电位。在本专利技术较佳的实施例中，上述第一源场板与栅极在同一步骤中形成。在本专利技术较佳的实施例中，形成第二介质层之后，形成第二源场板之前，先在位于第一源场板上的第二介质层开通孔，再形成第二源场板，并使第二源场板穿过通孔与第一源场板连接。在本专利技术较佳的实施例中，形成第二源场板时，使第二源场板延伸至源极上与源极连接。本专利技术实施例的有益效果是：本专利技术实施例的第一介质层位于栅极与源极、漏极之间的半导体层上，第一源场板位于栅极与漏极之间的第一介质层上，第二介质层位于第一介质层上，并覆盖栅极和第一源场板，第二源场板位于第二介质层上，并位于栅极和第一源场板上方，第一源场板和第二源场板配合使用，达到削弱栅极与漏极之间靠近栅极的区域强电场的效果，而且第一介质层和第二介质层在长时间应力、高电压应力下不易发生介质层失效的现象。因此，本专利技术实施例既能削弱栅极与漏极之间靠近栅极区域存在的强电场，又能减少栅极和源场板之间的介质层发生失效的几率，从而提高器件的可靠性；而且高电子迁移率晶体管器件的制造方法工艺流程简单，制得的器件可靠性高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为一种高电子迁移率晶体管的结构示意图；图2A-2G为本专利技术第一实施例提供的一种高电子迁移率晶体管器件在制造过程中的结构示意图；图3为本专利技术第二实施例提供的一种高电子迁移率晶体管器件的结构示意图；图4为本专利技术第三实施例提供的一种高电子迁移率晶体管器件的结构示意图；图5为本专利技术第四实施例提供的一种高电子迁移率晶体管器件的结构示意图。图中：002-高电子迁移率晶体管，210-衬底，220-半导体层，221-缓冲层，222-沟道层，223-势垒层，231-源极，232-T型栅极，233-漏极，010-介质层，020-源场板，030-台阶；100、200、300、400-高电子迁移率晶体管器件；110-衬底，120-半导体层，121-缓冲层，122-沟道层，123-势垒层，131-源极，132-栅极，133-漏极，141-第一介质层，142-第二介质层，143-空气介质，151-第一源场板，152、252、352、452-第二源场板，160-栅槽，170-通孔。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，其包括：衬底；半导体层，位于所述衬底上；栅极、源极和漏极，位于所述半导体层上，所述栅极位于所述源极和所述漏极之间；第一介质层，位于所述栅极与所述源极、所述栅极与所述漏极之间的所述半导体层上；第一源场板，位于所述栅极与所述漏极之间的所述第一介质层上；第二介质层，位于所述第一介质层上，并覆盖所述栅极、所述第一源场板；以及第二源场板，位于所述第二介质层上，并位于所述栅极、所述第一源场板的上方，其中，所述源极、所述第一源场板和所述第二源场板等电位。

【技术特征摘要】
1.一种高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，其包括：衬底；半导体层，位于所述衬底上；栅极、源极和漏极，位于所述半导体层上，所述栅极位于所述源极和所述漏极之间；第一介质层，位于所述栅极与所述源极、所述栅极与所述漏极之间的所述半导体层上；第一源场板，位于所述栅极与所述漏极之间的所述第一介质层上；第二介质层，位于所述第一介质层上，并覆盖所述栅极、所述第一源场板；以及第二源场板，位于所述第二介质层上，并位于所述栅极、所述第一源场板的上方，其中，所述源极、所述第一源场板和所述第二源场板等电位。2.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述第二源场板还位于所述源极上，所述第二源场板与所述源极连接。3.根据权利要求1或2所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述第二介质层设有通孔以露出所述第一源场板，所述第二源场板通过所述通孔与所述第一源场板连接。4.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述栅极与所述第一源场板之间还存在空气介质。5.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述栅极与所述第一源场板之间的最近距离大于至少2倍的所述第二介质层的厚度。6.根据权利要求5所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹成功，裴轶，
申请(专利权)人：苏州能讯高能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32