一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法技术

本申请实施例涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法，包括：衬底以及依次堆叠在衬底上的成核层、缓冲层、沟道层和势垒层；位于势垒层上的源极和漏极，且源极和漏极分别与势垒层形成欧姆接触；位于势垒层上的氮化物层和钝化层；至少一个位于氮化物层和漏极之间的超结结构，超结结构的材料与氮化物层的材料相同，且超结结构的顶面低于氮化物层的顶面，或超结结构的顶面与氮化物层的顶面齐平；位于氮化物层上的栅极，栅极的底部与氮化物层形成欧姆接触或肖特基接触。本申请实施例能够解决解决传统的P型氮化物栅HEMT器件电场集中的问题，提高器件的击穿电压。高器件的击穿电压。高器件的击穿电压。

【技术实现步骤摘要】
一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法


[0001]本申请实施例涉及半导体器件
，特别涉及一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的代表，相比硅或砷化镓，具有宽带隙、优越的抗辐噪性、高雪崩击穿电场、良好的热传导率以及强场下高电子漂移速率等众多优良特性，因此，GaN基功率器件被广泛应用于激光、LED、微波、5G基站等领域中。高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)是一种异质结场效应晶体管，由于高迁移率的二维电子气(2DEG)存在于异质结中，使HEMT器件具有高频、大功率、耐高温、抗辐射能力强等优越性能。
[0003]耗尽型GaN基HEMT器件在无外加偏压下会引起较高的开关损耗，同时还需要额外的负偏压来维持非工作状态(关态)而增加电路功耗，当前应用受到了极大的限制。相反，增强型P型氮化物栅HEMT器件在无外加偏压时，沟道关断，并且无关态功耗，被人们日渐重视。
[0004]尽管传统的P型氮化物栅HEMT器件具有诸多优势，但传统的P型氮化物增强型HEMT在正常工作的情况下，器件的电场集中在栅极边缘靠近漏极一侧。当漏极电压增加时，这里的电场最强并最先达到GaN材料的击穿电场(3.3MV/cm)，此时HEMT器件处于击穿状态。由于传统的P型氮化物栅HEMT器件电场集中的问题，导致HEMT器件易击穿，因此限制了P型氮化物栅HEMT器件在高压工作模式下的应用。
专利技术内容
[0005]本申请实施例提供一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法，解决传统的P型氮化物栅HEMT器件电场集中的问题，提高器件的击穿电压。
[0006]为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管，包括：衬底以及依次堆叠在衬底上的成核层、缓冲层、沟道层和势垒层；位于势垒层上的源极和漏极，且源极和漏极分别与势垒层形成欧姆接触；位于势垒层上的氮化物层和钝化层，且氮化物层位于源极和漏极之间，钝化层位于源极和氮化物层之间、氮化物层和漏极之间；至少一个位于氮化物层和漏极之间的超结结构，超结结构的材料与氮化物层的材料相同，且超结结构的顶面低于氮化物层的顶面，或超结结构的顶面与氮化物层的顶面齐平；位于氮化物层上的栅极，栅极的底部与氮化物层形成欧姆接触或肖特基接触。
[0007]一些示例性实施例中，氮化物层的材料包括P型氮化镓、P型氮化铝或P型铝镓氮中的一种。
[0008]一些示例性实施例中，氮化物层的掺杂浓度与超结结构的掺杂浓度相等。
[0009]一些示例性实施例中，上述高电子迁移率晶体管包括多个间隔分布在氮化物层和漏极之间的超结结构。
[0010]一些示例性实施例中，沿栅极指向氮化物层的方向，超结结构的高度为氮化物层
的高度的5％～100％。
[0011]一些示例性实施例中，沿氮化物层指向漏极的方向，超结结构的长度为100nm～10μm。
[0012]一些示例性实施例中，相邻的超结结构之间的间距为100nm～10μm。
[0013]一些示例性实施例中，钝化层包括第一钝化层和第二钝化层；第一钝化层位于源极和氮化物层之间；第二钝化层位于氮化物层和漏极之间，且第二钝化层位于氮化物层和超结结构之间、超结结构和漏极之间。
[0014]另一方面，本申请实施例还提供了一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管的制备方法，包括：提供衬底，在衬底上形成依次堆叠的成核层、缓冲层、沟道层和势垒层；在势垒层远离沟道层的一侧形成氮化物材料层；刻蚀氮化物材料层，形成氮化物层、超结结构；超结结构的顶面低于氮化物层的顶面；在势垒层上形成源极、漏极；在氮化物层上形成栅极；在势垒层、源极、漏极和栅极的上方形成钝化材料层；在栅极、源极、漏极上方的钝化材料层上开孔，引出电极。
[0015]一些示例性实施例中，刻蚀氮化物材料层，形成氮化物层、超结结构，包括：刻蚀氮化物材料层，形成氮化物层和初始氮化物层；对初始氮化物层进行部分刻蚀，形成超结结构。
[0016]本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：
[0017]本申请实施例针对传统的P型氮化物栅HEMT器件电场集中导致HEMT器件易击穿的问题，本申请实施例提供一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管及其制备方法，通过保留栅极和漏极之间的部分氮化物层，在栅极和漏极之间设计至少一个与氮化物层材料相同的超结结构，超结结构的顶面不高于氮化物层的顶面，使得超结结构不会和电极接触。本申请实施例通过超结结构分散栅极边缘靠近漏极一侧的电场，使器件的电场分布更均匀，以缓解电场峰值。这样的P型氮化物栅HEMT器件不仅可以保持增强型P型氮化物栅HEMT器件的特性，还能够提高器件的击穿电压，从而提高器件的工作寿命及可靠性，具有良好的应用前景。
附图说明
[0018]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0019]图1为相关技术中一种常规结构的高电子迁移率晶体管的结构示意图；
[0020]图2为相关技术中一种常规结构的高电子迁移率晶体管的电场分布仿真示意图；
[0021]图3为相关技术中一种常规结构的高电子迁移率晶体管以二维电子气处的电场为例的电场峰值示意图；
[0022]图4为本申请一实施例提供的一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管的结构示意图；
[0023]图5为本申请另一实施例提供的一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管的结构示意图；
[0024]图6为本申请又一实施例提供的一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管的结构示意图；
[0025]图7为本申请又一实施例提供的一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管的结构示意图；
[0026]图8为本申请一实施例提供的一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管的制备方法的流程示意图；
[0027]图9～图13为本申请一实施例提供的一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管的制备方法各步骤对应的剖面结构示意图；
[0028]图14为本申请一实施例提供的一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管的电场分布仿真示意图；
[0029]图15为本申请一实施例提供的一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管以二维电子气处的电场为例的电场峰值示意图。
具体实施方式
[0030]由
技术介绍
可知，目前传统的P型氮化物栅HEMT器件存在电场集中的问题，很容易达到器件的击穿电压，导致器件的可靠性较低。
[0031]随着空间卫星、太空探索等航天技术的不断发展，对于耐高温、大功率、小型化、适应极端辐射环境的电源系统需求日益明显，氮化镓基功率器件作为宽禁带半导体技术的核心代表之一，相较于传统的硅器件具有击穿电压高、导通电阻小、耐高温以及抗辐照等优点，可满足新一代航天器电源系统的应用需求。在宇宙空间中含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有超结结构的高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：衬底以及依次堆叠在所述衬底上的成核层、缓冲层、沟道层和势垒层；位于所述势垒层上的源极和漏极，且所述源极和所述漏极分别与所述势垒层形成欧姆接触；位于所述势垒层上的氮化物层和钝化层，且所述氮化物层位于所述源极和所述漏极之间，所述钝化层位于所述源极和所述氮化物层之间、所述氮化物层和所述漏极之间；至少一个位于所述氮化物层和所述漏极之间的超结结构，所述超结结构的材料与所述氮化物层的材料相同，且所述超结结构的顶面低于所述氮化物层的顶面，或所述超结结构的顶面与所述氮化物层的顶面齐平；位于所述氮化物层上的栅极，所述栅极的底部与所述氮化物层形成欧姆接触或肖特基接触。2.根据权利要求1所述的具有超结结构的高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述氮化物层的材料包括P型氮化镓、P型氮化铝或P型铝镓氮中的一种。3.根据权利要求2所述的具有超结结构的高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述氮化物层的掺杂浓度与所述超结结构的掺杂浓度相等。4.根据权利要求1所述的具有超结结构的高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括多个间隔分布在所述氮化物层和所述漏极之间的超结结构。5.根据权利要求1所述的具有超结结构的高电子迁移率晶体管，其特征在于，沿所述栅极指向所述氮化物层的方向，所述超结结构的高度为所述氮化物层的高度的5％～100％。6.根据权利要求1所述的具有超结结构的高电子迁移率晶体管，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵胜雷，张嘎，张进成，南继澳，刘爽，宋秀峰，王中旭，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：