一种氮化镓基HEMT器件及其制备方法及芯片技术

本申请属于半导体技术领域，提供了一种氮化镓基HEMT器件、制备方法及芯片，通过在氮化镓基HEMT器件内集成肖特基二极管，该肖特基二极管由沟道层、势垒层、背部盖帽层以及背部栅极层组成，背部栅极层设于背部盖帽层的背面，并与同样位于背部盖帽层背面的衬底层互不接触，通过对背部栅极层的电压动态控制，实现较低的正向导通电阻以及较高的器件耐压，提高了器件在非嵌位感性负载开关过程测试中的性能，解决了相关技术中由于GaN基的HEMT缺乏相应的寄生二极管，导致其在UIS测试中产生的回灌电流在器件内部振荡，对器件造成毁灭性损伤的技术问题。术问题。术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基HEMT器件及其制备方法及芯片


[0001]本申请属于半导体
，尤其涉及一种氮化镓基HEMT器件、制备方法及芯片。

技术介绍

[0002]作为第三代半导体材料的代表，氮化镓(GaN)具有许多优良的特性，例如，具有高临界击穿电场、高电子迁移率、高二维电子气浓度和良好的高温工作能力等有点。
[0003]在非嵌位感性负载开关过程(Unclamped Inductive switching，UIS)测试中，由于硅基金氧半场效晶体管(Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor Field
‑
Effect Transistor,MOSFET)存在寄生二极管，所以能够截止电流的反向导通。然而，GaN基的高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)缺乏相应的寄生二极管，导致其在UIS测试中产生的回灌电流于器件内部振荡，对器件造成毁灭性损伤。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种氮化镓基HEMT器件、制备方法及芯片，旨在解决相关技术中GaN基的HEMT缺乏相应的寄生二极管，导致其在UIS测试中产生的回灌电流在器件内部振荡，对器件造成毁灭性损伤的技术问题。
[0005]本申请实施例提供了一种氮化镓基HEMT器件，所述氮化镓基HEMT器件内集成肖特基二极管，所述肖特基二极管包括：
[0006]沟道层；
[0007]设于所述沟道层的正面的势垒层；
[0008]设于所述沟道层的背面的背部盖帽层；
[0009]设于所述势垒层的第一侧的欧姆金属层；
[0010]设于所述势垒层的第二侧的肖特基金属层；其中，所述欧姆金属层与所述氮化镓基HEMT器件的漏极电极连接，所述肖特基金属层与所述氮化镓基HEMT器件的源极电极连接；
[0011]设于所述背部盖帽层的背面的衬底层；
[0012]设于所述背部盖帽层的背面的背部栅极层，所述背部栅极层与所述衬底层互不接触。
[0013]在一个实施例中，所述欧姆金属层和所述肖特基金属层呈L形结构。
[0014]在一个实施例中，所述肖特基二极管还包括钝化层，所述钝化层设于所述欧姆金属层的水平部与所述势垒层之间，以及所述肖特基金属层的水平部与所述势垒层之间；
[0015]所述欧姆金属层的垂直部设于所述势垒层的第一侧的表面，所述肖特基金属层的垂直部设于所述势垒层的第二侧的表面。
[0016]在一个实施例中，所述欧姆金属层的水平部的宽度大于所述欧姆金属层的垂直部的宽度。
[0017]在一个实施例中，所述肖特基金属层的水平部的宽度大于所述肖特基金属层的垂
直部的宽度。
[0018]在一个实施例中，所述势垒层为AlGaN，所述沟道层为氮化镓。
[0019]在一个实施例中，所述背部盖帽层为P型氮化镓。
[0020]在一个实施例中，所述肖特基二极管设于所述氮化镓基HEMT器件的栅极电极、漏极电极或者源极电极下方，且所述肖特基金属层与所述氮化镓基HEMT器件的源极电极连接，所述欧姆金属层与所述氮化镓基HEMT器件的漏极电极连接。
[0021]本申请实施例第二方面还提供了一种氮化镓基HEMT器件的制备方法，包括：
[0022]在衬底层的正面形成层叠设置的背部盖帽层、沟道层和势垒层；
[0023]在所述势垒层的第一侧形成欧姆金属层，在所述势垒层的第二侧形成肖特基金属层；其中，所述欧姆金属层与所述氮化镓基HEMT器件的漏极电极连接，所述肖特基金属层与所述氮化镓基HEMT器件的源极电极连接；
[0024]对所述衬底层的背面的指定区域进行刻蚀形成刻蚀区；其中，所述刻蚀区深入至所述背部盖帽层；
[0025]在所述刻蚀区形成与所述衬底层互不接触的背部栅极层；其中，所述背部栅极层的位置与所述欧姆金属层和所述肖特基金属层的位置交错。
[0026]本申请实施例第三方面还提供了一种芯片，所述芯片包括如上述任一项所述的氮化镓基HEMT器件；或者所述芯片包括如上述任一项所述的制备方法制备的氮化镓基HEMT器件。
[0027]本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过在氮化镓基HEMT器件内集成肖特基二极管，该肖特基二极管由沟道层、势垒层、背部盖帽层以及背部栅极层组成，背部栅极层设于背部盖帽层的背面，并与同样位于背部盖帽层背面的衬底层互不接触，通过对背部栅极层的电压动态控制，实现较低的正向导通电阻以及较高的器件耐压，提高了器件在非嵌位感性负载开关过程测试中的性能，解决了相关技术中由于GaN基的HEMT缺乏相应的寄生二极管，导致其在UIS测试中产生的回灌电流在器件内部振荡，对器件造成毁灭性损伤的技术问题。
附图说明
[0028]图1是本申请一个实施例提供的氮化镓基HEMT器件内集成的肖特基二极管的结构示意图；
[0029]图2是本申请一个实施例提供的氮化镓基HEMT器件的部分截面结构示意图；
[0030]图3是本申请一个实施例提供的氮化镓基HEMT器件内集成肖特基二极管的流程示意图；
[0031]图4是本申请一个实施例提供的形成背部盖帽层200、沟道层300和势垒层400的结构示意图；
[0032]图5是本申请一个实施例提供的形成欧姆金属层510、肖特基金属层520的结构示意图；
[0033]图6是本申请一个实施例提供的形成刻蚀区101的结构示意图；
[0034]图7是本申请一个实施例提供的形成背部栅极层700后的结构示意图。
具体实施方式
[0035]为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0036]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
[0037]需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
[0038]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
[0039]在本申请说明书中描述的参考“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基HEMT器件，所述氮化镓基HEMT器件内集成肖特基二极管，其特征在于，所述肖特基二极管包括：沟道层；设于所述沟道层的正面的势垒层；设于所述沟道层的背面的背部盖帽层；设于所述势垒层的第一侧的欧姆金属层；设于所述势垒层的第二侧的肖特基金属层；其中，所述欧姆金属层与所述氮化镓基HEMT器件的漏极电极连接，所述肖特基金属层与所述氮化镓基HEMT器件的源极电极连接；设于所述背部盖帽层的背面的衬底层；设于所述背部盖帽层的背面的背部栅极层，所述背部栅极层与所述衬底层互不接触。2.如权利要求1所述的氮化镓基HEMT器件，其特征在于，所述欧姆金属层和所述肖特基金属层呈L形结构。3.如权利要求2所述的氮化镓基HEMT器件，其特征在于，所述肖特基二极管还包括钝化层，所述钝化层设于所述欧姆金属层的水平部与所述势垒层之间，以及所述肖特基金属层的水平部与所述势垒层之间；所述欧姆金属层的垂直部设于所述势垒层的第一侧的表面，所述肖特基金属层的垂直部设于所述势垒层的第二侧的表面。4.如权利要求2所述的氮化镓基HEMT器件，其特征在于，所述欧姆金属层的水平部的宽度大于所述欧姆金属层的垂直部的宽度。5.如权利要求2所述的氮化镓基HEMT器件，其特征在于，所述肖特基金属层的水平部的宽度大于所述肖特基金属层的垂直部的宽度。6.如权利要求1
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5任一项所述的氮化镓基HEMT器件，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，黄汇钦，
申请(专利权)人：天狼芯半导体成都有限公司，
类型：发明
国别省市：