沟槽栅型HEMT器件制造技术

本发明专利技术公开了一种沟槽栅型HEMT器件。所述沟槽栅型HEMT器件包括：双层栅介质层，设置在HEMT器件的栅极的第一侧、第二侧与凹槽内壁之间，单层栅介质层，设置在所述栅极的底部与凹槽内壁之间；所述单层栅介质层包括第一介质层，所述双层栅介质层包括：位于所述栅极的第一侧与凹槽内壁之间的第一介质层和第二介质层，位于所述栅极的第二侧与凹槽内壁之间的第三介质层和第一介质层，位于所述栅极第一侧的双层栅介质层的厚度＞位于所述栅极第二侧的双层栅介质层的厚度＞位于所述栅极底部的单层栅介质层的厚度。本发明专利技术实施例提供的沟槽栅型HEMT器件能够提升栅控能力，进而减少器件阈值电压的降低，使得器件具有较高的漏极饱和电流。流。流。

【技术实现步骤摘要】
沟槽栅型HEMT器件
[0001]本专利技术是申请号为CN202210781888.1，申请日为2022年07月05日，专利技术名称为《沟槽栅型HEMT器件及其制造方法》的分案申请。


[0002]本专利技术特别涉及一种沟槽栅型HEMT器件，属于半导体


技术介绍

[0003]无线通信技术的发展对微波功率器件提出了更高的要求。相比于其他材料，GaN的禁带宽度大，电子饱和速度高，热传导性好，非常适合应用于高温、高频和大功率环境下。
[0004]GaN还可与AlGaN形成异质结，并在该结构界面处形成高浓度、高迁移率的二维电子气。因此，利用GaN作为大功率、高频器件，可使得器件导通电阻小、开关速度快，在无线通信、雷达和航天等领域中得到了广泛的应用。
[0005]AlGaN/GaN高电子迁移率器件HEMT在高频大功率的应用领域已经取得了很大的发展，但采用凹槽栅法制作增强型HEMT器件通常很难保障增大器件阈值电压的同时提高电子迁移率、减小导通电阻和接入区的二维电子气浓度。因此需要选择介电常数更大，介质厚度更小的材料作为栅介质，然而这样会导致器件阈值电压的降低，HEMT器件存在的栅极泄漏电流和电流崩塌现象严重影响了器件性能，限制了其的应用范围。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种沟槽栅型HEMT器件及其制造方法，在不增加总体栅介质层的厚度的基础上，能够减少栅极泄漏电流，提高阈值电压，从而克服现有技术中的不足。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0008]本专利技术实施例一方面提供了一种沟槽栅型HEMT器件，包括：
[0009]外延结构，包括沟道层和势垒层，所述势垒层的栅极区域形成有凹槽，
[0010]设置在所述外延结构上的源极、漏极和栅极，所述栅极设置在漏极和源极之间，且至少所述栅极的局部设置于所述凹槽内，
[0011]第一介质层，至少覆设在所述凹槽内壁上，并分布于栅极和势垒层之间；
[0012]以及，所述HEMT器件还包括：
[0013]第二介质层，设置在栅极的第一侧与第一介质层之间，
[0014]第三介质层，设置在栅极的第二侧与第一介质层之间，所述第一侧与第二侧沿设定方向依次分布，所述第一侧为栅极靠近源极的一侧；
[0015]其中，所述第一介质层由具有第一介电常数的材料组成，所述第二介质层和第三介质层由具有第二介电常数的材料组成，所述第二介电常数大于第一介电常数；
[0016]并且，在所述设定方向上，所述第二介质层具有第一厚度，所述第三介质层具有第二厚度，所述第一厚度大于第二厚度，所述设定方向为由源极指向漏极的方向。
[0017]本专利技术实施例另一方面还提供了一种沟槽栅型HEMT器件的制造方法，包括：
[0018]提供外延结构，所述外延结构包括沟道层和势垒层，
[0019]在所述势垒层的栅极区域加工形成凹槽，并至少在所述凹槽的内壁上形成第一介质层，
[0020]在所述势垒层的栅极区域设置栅极，且使至少所述栅极的局部设置于所述凹槽内，所述第一介质层分布于栅极和势垒层之间；
[0021]分别在所述势垒层的源极区域、漏极区域设置源极、漏极，且使所述栅极分布于源极和漏极之间；
[0022]以及，在形成所述第一介质层之后和形成所述栅极之前，所述制造方法还包括：
[0023]在所述势垒层上设置图形化掩膜，并利用所述图形化掩膜在所述凹槽内形成第二介质层和第三介质层，所述第二介质层设置在栅极的第一侧与第一介质层之间，所述第三介质层设置在栅极的第二侧与第一介质层之间，所述第一侧与第二侧沿设定方向依次分布，所述第一侧为栅极靠近源极的一侧；
[0024]其中，所述第一介质层由具有第一介电常数的材料组成，所述第二介质层和第三介质层由具有第二介电常数的材料组成，所述第二介电常数大于第一介电常数；
[0025]并且，在所述设定方向上，所述第二介质层具有第一厚度，所述第三介质层具有第二厚度，所述第一厚度大于第二厚度，所述设定方向为由源极指向漏极的方向。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0027]1)本专利技术实施例提供的一种沟槽栅型HEMT器件，有效的减小了栅极泄漏电流，提高了器件的工作电压，扩大了器件的应用范围，改善了器件的功率特性；器件的漏电、电流崩塌以及击穿电压性能都得到了优化；
[0028]2)本专利技术实施例提供的一种沟槽栅型HEMT器件，以高介电常数的氧化铪作为栅介质层的主体部分，对于HEMT器件而言，可以提高其栅介质材料的介电常数，从而增强栅电容对沟道电子的控制力；
[0029]3)本专利技术实施例提供的一种沟槽栅型HEMT器件，凹槽靠近源极的侧壁上的双层栅极介质层的总厚度大于靠近漏极的另一侧壁上的双层栅介质层的总厚度，从而能够提升栅控能力，进而减少器件阈值电压的降低，使得器件具有较高的漏极饱和电流。
附图说明
[0030]图1是本专利技术一典型实施案例中提供的一种沟槽栅型HEMT器件的制作流程图；
[0031]图2是本专利技术一典型实施案例中一种衬底的示意图；
[0032]图3是在图2所示衬底上生长沟道层和势垒层的示意图；
[0033]图4是在图3中的势垒层的栅极区域形成凹槽的示意图；
[0034]图5是在图4中的凹槽内壁上形成第一介质层的示意图；
[0035]图6是在图5中的势垒层表面和凹槽内形成光阻层的示意图；
[0036]图7a是在图6中的光阻层内形成第一开口、第二开口的示意图；
[0037]图7b是图7a中结构A处的局部放大图；
[0038]图8是以图7a中的光阻层作为生长掩膜并在第一开口、第二开口内形成金属铪的示意图；
[0039]图9是将图8中第一开口、第二开口内金属铪氧化形成第二介质层、第三介质层的示意图；
[0040]图10是本专利技术一典型实施案例中提供的一种沟槽栅型HEMT器件的部分结构示意图；
[0041]图11a是实施例1中的沟槽栅型HEMT器件在漏极偏压为200V和无漏极偏压(Ref)下的电流崩塌曲线；
[0042]图11b是对比例1中的沟槽栅型HEMT器件在漏极偏压为200V和无漏极偏压(Ref)下的电流崩塌曲线；
[0043]图12是实施例1和对比例1中的沟槽栅型HEMT器件的击穿电压曲线。
具体实施方式
[0044]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将结合附图以及具体实施案例对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明，除非特别说明的之外，本专利技术实施例中所采用的外延生长、刻蚀、沉积、曝光等工艺均可以是本领域技术人员已知的，在此不做具体的限定。
[0045]本专利技术实施例一方面提供了一种沟槽栅型HEMT器件，包括：
[0046]外延结构，包括沟道层和势垒层，所述势垒层的栅极区域形成有凹槽，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沟槽栅型HEMT器件，其特征在于，包括：位于HEMT器件的栅极区域的凹槽内部的单层栅介质层和双层栅介质层，所述单层栅介质层设置在所述栅极的底部与凹槽内壁之间，且所述单层栅介质层包括第一介质层；所述双层栅介质层设置在HEMT器件的栅极的第一侧、第二侧与凹槽内壁之间，且所述双层栅介质层包括位于所述栅极的第一侧与凹槽内壁之间且沿选定方向叠层设置的第一介质层和第二介质层、位于所述栅极的第二侧与凹槽内壁之间且沿选定方向叠层设置的第三介质层和第一介质层，并且，位于所述栅极第一侧的第一介质层和第二介质层的厚度之和＞位于所述栅极第二侧的第三介质层和第一介质层的厚度之和＞位于所述栅极底部的第一介质层的厚度；其中，所述第一侧为栅极靠近HEMT器件的源极的一侧，所述第二侧为栅极靠近HEMT器件的漏极的一侧，所述设定方向为由源极指向漏极的方向。2.根据权利要求1所述沟槽栅型HEMT器件，其特征在于：位于所述栅极的第一侧与凹槽内壁之间的第一介质层、位于所述栅极的第二侧与凹槽内壁之间的第一介质层和位于所述栅极的底部与凹槽内壁之间的第一介质层的厚度均相同。3.根据权利要求1或2所述沟槽栅型HEMT器件，其特征在于：位于所述栅极的第一侧与凹槽内壁之间、位于所述栅极的第二侧与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李利哲，王国斌，
申请(专利权)人：江苏第三代半导体研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：