场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种场效应晶体管及其制备方法。该场效应晶体管包括外延层、栅极介质层、栅极场板、源极和漏极，外延层包括衬底和在衬底上依次层叠设置的沟道层、势垒层和钝化层，栅极介质层设置于钝化层上，源极和漏极设置于栅极介质层的相对两侧；栅极介质层中设有暴露出部分钝化层的窗口，窗口靠近漏极的侧壁设置为击穿电压增强结构，击穿电压增强结构中具有多个组成段，相邻的组成段中，距钝化层较远的组成段的侧壁与漏极间的距离短于距钝化层较近的组成段的侧壁与漏极间的距离。该场效应管能够有效改善栅极靠近漏极附近存在极高电场峰值的问题。

【技术实现步骤摘要】
场效应晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体场效应管
，特别是涉及一种场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
以氮化镓(GaN)为代表的第三代宽禁带半导体材料具有包括禁带宽度大、击穿电场强度高、饱和电子漂移速度大、抗辐射能力强、化学稳定性好等在内的优越的物理和化学性质，特别适合制作高耐压、高耐温、高频、大功率电子器件，例如，场效应管即是其中一种极具代表性的电子器件。传统的场效应管通常包括设置在源极和漏极之间、栅极之下的钝化层，钝化层下还设有势垒层和沟道层。然而该场效应管在结构上存在固有缺陷，其中器件沟道中的电场强度的分布会发生畸变，尤其是在栅极靠近漏极附近存在极高电场峰值，导致器件在操作时的实际击穿电压远低于理论期望值。通过在栅极下沉积一些钝化材料，例如Si3N4、SiO2等，并进行刻蚀，形成具有开设窗口的栅极介质层结构，进一步在该栅极介质层表面制备栅极场板，能够提高场效应管的击穿电压。制备栅极介质层结构时通常需要对已经沉积完成的一层钝化材料进行掩膜刻蚀。然而在实际刻蚀过程中，无论是采用干法刻蚀还是采用湿法刻蚀，在刻蚀区域及刻蚀均匀性方面均存在较大的不可控性，因此只能在栅极介质层中形成侧壁垂直于钝化层的窗口，即一阶侧壁。然而该种开口的栅极介质层在改善器件沟道中电场分布的作用有限，并且在窗口转角处仍然存在较大的电场峰值，这限制了场效应管击穿电压的进一步提升。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能够进一步提高场效应管器件击穿电压的具有栅极介质层的场效应晶体管，进一步，提供一种对应该具有栅极介质层的场效应晶体管的制备方法及其应用。一种场效应晶体管，其特征在于，包括外延层、栅极介质层、栅极场板、源极和漏极，所述外延层包括衬底和在所述衬底上依次层叠设置的沟道层、势垒层和钝化层，所述栅极介质层设置于所述钝化层上，所述源极和所述漏极设置于所述栅极介质层的相对两侧；所述栅极介质层中设有暴露出部分所述钝化层的窗口，所述窗口靠近所述漏极的侧壁设置为击穿电压增强结构，所述击穿电压增强结构中具有多个组成段，相邻的所述组成段中，距所述钝化层较远的组成段的侧壁与所述漏极间的距离短于距所述钝化层较近的组成段的侧壁与所述漏极间的距离；所述栅极场板覆盖所述窗口的侧壁并与所述钝化层接触。在其中一个实施例中，各所述组成段中所述侧壁与所述漏极间的距离保持不变。在其中一个实施例中，相邻的所述组成段连接且形成台阶结构。在其中一个实施例中，所述栅极介质层包括层叠设置的多层介质层，每层所述介质层中均开设有沿层叠方向贯穿该层介质层的通孔，多层所述介质层的通孔贯通连接共同构成所述窗口，各所述介质层的所述通孔靠近所述漏极的侧壁构成各所述组成段的侧壁，各所述介质层的表面连接与其相邻的所述组成段。在其中一个实施例中，所述介质层包括层叠设置的保护层和介质材料层，且所述介质层中的所述保护层靠近所述钝化层。在其中一个实施例中，所述介质材料层与所述保护层的刻蚀选择比大于10:1。在其中一个实施例中，所述保护层的材料是氮化铝，各所述介质材料层的材料各自独立地选自氮化硅和二氧化硅中的一种或两种。在其中一个实施例中，所述栅极介质层包括两层介质层，靠近所述钝化层设置的为第一介质层，所述第一介质层中的保护层和介质材料层分别是第一保护层和第一介质材料层，远离所述钝化层设置的为第二介质层，所述第二介质层中的保护层和介质材料层分别是第二保护层和第二介质材料层；其中，所述第一保护层的厚度为1nm～10nm；所述第一介质材料层的厚度为和/或所述第二保护层的厚度为1nm～10nm；所述第二介质材料层的厚度为在其中一个实施例中，所述钝化层的材料是氮化硅；和/或所述钝化层的厚度为在其中一个实施例中，在所述衬底和所述沟道层之间还设置有缓冲层。在其中一个实施例中，所述窗口靠近所述源极的侧壁也设置有与所述击穿电压增强结构对应的结构。进一步，一种制备上述场效应晶体管的制备方法，其包括如下步骤：制备外延层，所述外延层包括衬底和在所述衬底上依次层叠设置的沟道层、势垒层和钝化层；在所述钝化层上制备栅极介质层，在所述栅极介质层中刻蚀得到暴露出部分所述钝化层的窗口，并在所述窗口靠近漏极区的侧壁形成击穿电压增强结构，所述击穿电压增强结构中具有多个组成段，相邻的所述组成段中，距所述钝化层较远的组成段的侧壁与所述漏极间的距离短于距所述钝化层较近的组成段的侧壁与所述漏极间的距离；沉积覆盖所述窗口的侧壁并与所述钝化层接触的栅极场板。在其中一个实施例中，所述栅极介质层包括层叠设置的多层介质层，在刻蚀所述栅极介质层时，分次刻蚀多层所述介质层至暴露出所述钝化层，每次刻蚀一层所述介质层形成沿层叠方向贯穿该层介质层的通孔，多层所述介质层的通孔贯通连接共同构成所述窗口，各所述介质层的所述通孔靠近所述漏极的侧壁构成各所述组成段的侧壁，各所述介质层的表面连接与其相邻的所述组成段。在其中一个实施例中，所述介质层包括层叠设置的保护层和介质材料层，且各所述介质层中的所述保护层靠近所述钝化层。在其中一个实施例中，所述介质材料层与所述保护层的刻蚀选择比大于10:1；对各所述介质层进行的单次刻蚀包括如下操作步骤：在位于最上方的所述介质材料层上形成具有预设图案的掩膜；通过第一刻蚀法刻蚀未被所述掩膜覆盖的所述介质材料层，至暴露出所述保护层；继续通过第二刻蚀法刻蚀去除该层介质层中的所述保护层至暴露出位于该层介质层下方的层。在其中一个实施例中，所述第一刻蚀法为采用等离子体进行干法刻蚀，所述干法刻蚀所用气体选自碳氟化合物和硫氟化合物中的至少一种；和/或所述第二刻蚀法为湿法刻蚀，所述湿法刻蚀所用溶液选自缓冲氧化硅蚀刻液或盐酸。在其中一个实施例中，制备所述保护层和所述介质材料层的方式选自低压化学气相沉积或金属有机化合物化学气相沉积。相比起传统的场效应管中的栅极介质层，上述场效应晶体管靠近漏极的侧壁被设置为具有多个组成段的击穿电压增强结构，相邻的组成段中，距钝化层较远的组成段的侧壁与漏极间的距离短于距钝化层较近的组成段的侧壁与漏极间的距离。相比起传统的一阶侧壁，设计为该结构的侧壁能够进一步明显改变沟道中电场的分布，尤其是减弱源极靠近漏极处的电场强度峰值，因此相比起传统的场效应管，能够进一步提升场效应管的击穿电压。附图说明图1为一实施例中的场效应晶体管示意图；图2为一实施例中的场效应晶体管的制备过程示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种场效应晶体管，其特征在于，包括外延层、栅极介质层、栅极场板、源极和漏极，所述外延层包括衬底和在所述衬底上依次层叠设置的沟道层、势垒层和钝化层，所述栅极介质层设置于所述钝化层上，所述源极和所述漏极设置于所述栅极介质层的相对两侧；/n所述栅极介质层中设有暴露出部分所述钝化层的窗口，所述窗口靠近所述漏极的侧壁设置为击穿电压增强结构，所述击穿电压增强结构中具有多个组成段，相邻的所述组成段中，距所述钝化层较远的组成段的侧壁与所述漏极间的距离短于距所述钝化层较近的组成段的侧壁与所述漏极间的距离；/n所述栅极场板覆盖所述窗口的侧壁并与所述钝化层接触。/n

【技术特征摘要】
1.一种场效应晶体管，其特征在于，包括外延层、栅极介质层、栅极场板、源极和漏极，所述外延层包括衬底和在所述衬底上依次层叠设置的沟道层、势垒层和钝化层，所述栅极介质层设置于所述钝化层上，所述源极和所述漏极设置于所述栅极介质层的相对两侧；
所述栅极介质层中设有暴露出部分所述钝化层的窗口，所述窗口靠近所述漏极的侧壁设置为击穿电压增强结构，所述击穿电压增强结构中具有多个组成段，相邻的所述组成段中，距所述钝化层较远的组成段的侧壁与所述漏极间的距离短于距所述钝化层较近的组成段的侧壁与所述漏极间的距离；
所述栅极场板覆盖所述窗口的侧壁并与所述钝化层接触。


2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，各所述组成段中所述侧壁与所述漏极间的距离保持不变。


3.根据权利要求1～2任一项所述的场效应晶体管，其特征在于，所述栅极介质层包括层叠设置的多层介质层，每层所述介质层中均开设有沿层叠方向贯穿该层介质层的通孔，多层所述介质层的通孔贯通连接共同构成所述窗口，各所述介质层的所述通孔靠近所述漏极的侧壁构成各所述组成段的侧壁，各所述介质层的表面连接与其相邻的所述组成段。


4.根据权利要求3所述的场效应晶体管，其特征在于，所述介质层包括层叠设置的保护层和介质材料层，且所述介质层中的所述保护层靠近所述钝化层。


5.根据权利要求4所述的场效应晶体管，其特征在于，所述介质材料层与所述保护层的刻蚀选择比大于10:1。


6.根据权利要求4～5任一项所述的场效应晶体管，其特征在于，所述栅极介质层包括两层介质层，靠近所述钝化层设置的为第一介质层，所述第一介质层中的保护层和介质材料层分别是第一保护层和第一介质材料层，远离所述钝化层设置的为第二介质层，所述第二介质层中的保护层和介质材料层分别是第二保护层和第二介质材料层；
其中，所述第一保护层的厚度为1nm～10nm；所述第一介质材料层的厚度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建国，罗剑生，
申请(专利权)人：深圳方正微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44