一种耐高压的HEMT器件及制备方法技术

本发明专利技术适用于半导体器件技术领域，提供了一种耐高压的HEMT器件，从下至上依次包括：衬底；缓冲层；沟道层；势垒层，势垒层与沟道层形成异质结，且势垒层的禁带宽度大于沟道层的禁带宽度；源极、栅极及漏极，在栅极和漏极之间的势垒层内形成有至少一个p型离子注入区，通过调节P型离子注入区调制沟道2DEG，使得2DEG的浓度分布从沿栅极到漏极的方向逐渐减小，但不完全耗尽。本发明专利技术可以有效的缓解HEMT器件在高源漏电压工作状态下的电场集中效应。与现有的场板技术相比，避免了栅源寄生电容和寄生电阻的引入，且工艺简单；此外，通过离子注入的工艺来形成p型区对势垒层表面损伤较小，且缩短p型区与沟道层的距离，能有效提高调制效果。

A HIGH VOLTAGE RESISTANT HEMT DEVICE AND ITS PREPARATION METHOD

【技术实现步骤摘要】
一种耐高压的HEMT器件及制备方法
本专利技术属于半导体器件
，提供了一种耐高压的HEMT器件及其制备方法。
技术介绍
GaNHEMT器件在高源漏电压工作状态下，电场线通常在栅极靠近漏极一侧的边缘处发生集中，形成一个强电场尖峰，这种局部的强电场会引起栅极泄露电流，导致材料击穿和器件失效等问题。降低该电场峰值有利于提高器件的击穿电压、削弱强电场引起的陷阱效应从而抑制电流崩塌、提高输出功率和PAE(功率附加效率)。现有技术中，为了达到这一目的，最常用的手段是增加场板结构。例如WuY.F.等人利用场板结构首次制备出了30W/mm的GaNHEMTs器件。场板通常与栅极或源极相连，栅场板位于栅极和漏极之间，可降低栅极漏测边缘的强电场，但会增大栅漏反馈电容，对功率增益有不利影响，源场板在比栅极高度还厚的介质层上延伸到栅漏之间来减小栅极漏测的强电场，但会增加源漏电容；此外，研究者们还提出了多级场板和浮空场板等解决方案。例如在XingH.等人的“HighBreakdownVoltageAlGaN/GaNHEMTsAchievedByMultipleFieldPlates”中，描述了采用多场板的场成形技术以改进电场分布。但是，多场板结构无法获得均匀的电场，而是将原本一个强电场尖峰调节成多个较弱电场尖峰，并且引入了栅-漏电容。实施这种器件结构还会增加器件复杂度和成本；张乃千等人设计了一种浮空场板结构(CN201510363973.6)：利用空气桥工艺来制备源场板，源场板横跨栅极，栅源区域及部分栅漏区域后，又与栅漏区域的介质层相连，中间利用空气进行隔离，该浮空场板对栅漏区域的电场分布进行调制，同时减小了栅源电容和寄生电阻。但源场板与介质层相连的部分靠近漏极一侧仍会出现电场集中情况，且空气桥工艺相对复杂，对器件的可靠性会产生影响。综上所述，利用场板技术来调制电场分布集中存在如下问题：1、调制效果不理想，场板的存在会引入新的电场集中区域；2、会引入栅源寄生电容和寄生电阻，增大器件的导通电阻。3、增加器件的复杂程度和工艺成本。
技术实现思路
本专利技术提供了一种耐高压的HEMT器件，旨在解决基于场板来调节电场，会引入栅源寄生电容和寄生电阻，导致器件的导通电阻增大的问题。为达到上述目的，本专利技术提出的耐高压的HEMT器件从下至上依次包括：衬底；缓冲层；沟道层，所述沟道层材料为GaN晶体或InGaN晶体；势垒层，势垒层与沟道层形成异质结，且势垒层的禁带宽度大于沟道层的禁带宽度；源极、栅极及漏极，在栅极和漏极之间的势垒层内形成有至少一个p型离子注入区，从栅极到漏极的方向，2DEG浓度分布呈梯度减小。在本专利技术的一个实施例中，其中，p型离子注入区距沟道层与势垒层界面的距离为1-5nm。在本专利技术的一个实施例中，其中，从栅极到漏极的方向，离子注入区距沟道层与势垒层界面的距离越来越小。在本专利技术的一个实施例中，其中，从栅极到漏极的方向，离子注入区的注入剂量逐步增多。在本专利技术的一个实施例中，其中，从栅极到漏极的方向，离子注入区之间的间距逐步减小。在本专利技术的一个实施例中，其中，在源极与栅极之间势垒层、及栅极与漏极之间势垒层上设有钝化层。在本专利技术的一个实施例中，其中，所述势垒层材料为InmAlnGa(1-m-n)N晶体，且Al组分的摩尔含量0.80≥n≥0.15，In组分的摩尔含量0.45≥m≥0，所述势垒层厚度不低于20nm。本专利技术实施例另一方面还提出了一种耐高压的HEMT器件制备方法，所述方法包括如下步骤：步骤S0、提供衬底；步骤S1、在衬底上依次外延生长缓冲层、沟道层及势垒层；步骤S2、利用掩膜对栅极区和漏极区的势垒层进行Mg离子注入，经退火在势垒层内形成p型离子注入区；步骤S3、在源极区及漏极区上制备源极及漏极；步骤S4、在栅极区上制备栅极。在本专利技术的一个实施例中，其中，在步骤S3之后还包括如下步骤：S6、在源极和漏极之间生长钝化层；S7、对位于栅极区的钝化层进行光刻，形成栅极窗口，在栅极窗口中制备栅极。本专利技术实施例中的耐高压HEMT器件通过栅极和漏极之间形成p型离子注入区，通过调节离子注入区的深度、离子注入区的注入剂量及离子注入区间的距离调制沟道2DEG，使得2DEG浓度从栅极向漏极方向逐步减小，但在漏极的对应区域并未完全耗尽，通过离子注入方式来调节沟道层内的2DEG浓度，存在有如下有益效果：1、不会引入新的电场集中区；2、不引入场板，避免了栅源寄生电容和寄生电阻的引入；3、相比于多级场板和浮空场板而言，工艺简单易实现；4、通过离子注入的工艺来形成p型区对势垒层表面损伤较小，且缩短p型区与沟道层的距离，能有效提高调制效果。附图说明图1为本专利技术实施例提供的离子注入区的间距从栅极至漏极逐渐缩小的结构示意图；图2本专利技术实施例提供的离子注入深度从栅极至漏极逐渐加深的结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的离子注入剂量从栅极到漏极逐渐增大的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的离子注入剂量从栅极到漏极逐渐增大，且各相邻的离子注入区邻接的结构示意图；图5为本专利技术实施例提供的耐高压HEMT器件制备方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。为了方便说明，放大或者缩小了不同层和区域的尺寸，所以图中所示大小和比例并不一定代表实际尺寸，也不反映尺寸的比例关系。应当理解为，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。图1为本专利技术实施例提供的耐高压HEMT器件的剖视图，该耐高压的HEMT器件从下至上依次包括：衬底；缓冲层；沟道层，沟道层材料为GaN晶体或InGaN晶体；势垒层，势垒层与沟道层形成异质结，且势垒层的禁带宽度大于沟道层的禁带宽度；源极、栅极及漏极，在栅极和漏极之间的势垒层上形成至少一个p型离子注入区，从沿栅极到漏极的方向，2DEG(二维电子气)浓度分布逐渐减小。在本专利技术的一实施例中，通过离子注入区间的间距来调制沟道2DEG，如图1所示，从栅极到漏极的方向，离子注入区之间的间距逐步减小，因而2DEG浓度分布逐步减小，通过控制栅状掩膜的栅距来调节离子注入区间的间距；在本专利技术另一实施例中，通过离子注入区的注入深度来调制沟道2DEG，如图2所示，从栅极到漏极的方向，离子注入区的注入深度逐渐加深，与2DEG的距离越近，调制效果越明显，2DEG浓度分布逐步减小，通过增大注入机的能量来加深离子输入区的深度；在本专利技术的另一实施例中，通过离子注入区的剂量来调制沟道2DEG，如图3所示，从栅极到漏极的方向，离子注入区的注入剂量逐渐增多，因而2DEG浓度分布逐步减小，通过增大注入机的束流和/或延长注入时间来增大离子注入区的剂量。在本专利技术实施例中，在栅极和漏极之间形成的离子注入区可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高压的HEMT器件，其特征在于，所述HEMT器件从下至上依次包括：衬底；缓冲层；沟道层，所述沟道层材料为GaN晶体或InGaN晶体；势垒层，势垒层与沟道层形成异质结，且势垒层的禁带宽度大于沟道层的禁带宽度；源极、栅极及漏极，在栅极和漏极之间的势垒层内形成有至少一个p型离子注入区，从栅极到漏极的方向，2DEG浓度分布呈梯度减小。

【技术特征摘要】
1.一种耐高压的HEMT器件，其特征在于，所述HEMT器件从下至上依次包括：衬底；缓冲层；沟道层，所述沟道层材料为GaN晶体或InGaN晶体；势垒层，势垒层与沟道层形成异质结，且势垒层的禁带宽度大于沟道层的禁带宽度；源极、栅极及漏极，在栅极和漏极之间的势垒层内形成有至少一个p型离子注入区，从栅极到漏极的方向，2DEG浓度分布呈梯度减小。2.如权利要求1所述耐高压的HEMT器件，其特征在于，p型离子注入区距沟道层与势垒层界面的距离为1-5nm。3.如权利要求1或2所述耐高压的HEMT器件，其特征在于，从栅极到漏极的方向，离子注入区距沟道层与势垒层界面的距离越来越小。4.如权利要求1或2所述耐高压的HEMT器件，其特征在于，从栅极到漏极的方向，离子注入区的注入剂量逐步增多。5.如权利要求1或2所述耐高压的HEMT器件，其特征在于，从栅极到漏极的方向，离子注入区之间的间距逐步减小。6.如权利要求1所述耐高压的HEMT器件，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟敏，程海英，刘煦冉，宋东波，钟晓伟，张晓洪，史田超，史文华，袁松，章学磊，
申请(专利权)人：芜湖启迪半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34