一种半导体器件及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种半导体器件及其制备方法，该半导体器件包括：衬底；位于衬底一侧的多层外延层；多层外延层包括远离衬底一侧的势垒层；位于势垒层远离衬底一侧的隔离层、源极、栅极和漏极，栅极位于源极和漏极之间；栅极包括靠近衬底一侧的栅极底面，栅极底面包括第一底面分部和第二底面分部；其中，隔离层位于第二底面分部和漏极之间，隔离层与栅极接触，且隔离层与多层外延层接触。本发明专利技术实施例提供的半导体器件，可改善栅极靠近漏极一侧的高电场分布，改善高温高压下器件的可靠性。改善高温高压下器件的可靠性。改善高温高压下器件的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件及其制备方法


[0001]本专利技术实施例涉及半导体技术，尤其涉及一种半导体器件及制备方法。

技术介绍

[0002]半导体材料氮化镓由于具有禁带宽度大、电子饱和漂移速度高、击穿场强高、导热性能好等特点，已经成为目前的研究热点。在电子器件方面，氮化镓材料比硅和砷化镓更适合于制造高温、高频、高压和大功率器件，因此氮化镓基电子器件具有很好的应用前景。氮化镓高电子迁移率晶体管(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor，简称GaN HEMT)具有高速、低功耗的优点，因此将作为下一代的低消耗电源器件，但当其工作在高温高压下时容易发生失效，导致器件寿命降低，因此如何改善该失效问题具有十分重要的意义。
[0003]现有的GaN HEMT结构中，通常采用栅极和半导体直接接触的方法形成肖特基结构。然而在这一传统结构中，当器件处于反向偏置时，栅极下方靠近漏极处形成高电场，当器件长时间处于反向偏置时，栅极下方靠近漏极处的半导体材料在高电场下发生弛豫作用，进而发生逆压电效应，最终导致该处击穿、器件失效，而高温下会加速这种效应。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供一种半导体器件及制备方法，以改善栅极靠近漏极一侧的高电场分布，提高高温高压下半导体器件的可靠性。
[0005]本专利技术实施例提供了一种半导体器件，包括：
[0006]衬底；
[0007]位于所述衬底一侧的多层外延层；多层所述外延层包括远离所述衬底一侧的势垒层；
[0008]位于所述势垒层远离所述衬底一侧的隔离层、源极、栅极和漏极，所述栅极位于所述源极和所述漏极之间；所述栅极包括靠近所述衬底一侧的栅极底面，所述栅极底面包括第一底面分部和第二底面分部，所述第一底面分部位于所述第二底面分部靠近所述漏极的一侧；其中，所述隔离层位于所述第二底面分部和所述漏极之间，所述隔离层与所述栅极接触，且所述隔离层与多层所述外延层接触。
[0009]可选地，所述势垒层中设置有第一开口，所述第一开口包括靠近所述漏极一侧的第一侧面，所述隔离层包括第一隔离分部，所述第一隔离分部覆盖至少部分所述第一侧面；
[0010]至少部分所述栅极位于所述第一开口内，所述第一底面分部与所述第一隔离分部接触。
[0011]可选地，所述第一开口还包括靠近所述衬底一侧的底面，所述底面与所述第一侧面连接；
[0012]所述隔离层还包括第二隔离分部，所述第二隔离分部与所述第一隔离分部连接且覆盖部分所述底面；
[0013]所述第一底面分部还与所述第二隔离分部接触。
[0014]可选地，所述第二隔离分部的长度为L1，所述底面的长度为Lgs，1/4*Lgs≤L1≤1/3*Lgs。
[0015]可选地，所述隔离层还包括第三隔离分部，所述第三隔离分部与所述第一隔离分部连接且与所述势垒层远离所述衬底的一侧表面接触；
[0016]所述栅极包括相互连接的第一栅极分部和第二栅极分部，所述第一栅极分部位于所述第一开口内，所述第二栅极分部位于所述第一开口外且覆盖所述第一栅极分部；所述第一底面分部包括第一底面丙分部，所述第一底面丙分部与所述第三隔离分部接触。
[0017]可选地，所述第一底面丙分部的长度为Lfgd1，所述第三隔离分部的长度为L2，1/2*Lfgd1＜L2＜Lfgd1。
[0018]可选地，所述半导体器件还包括钝化层，所述钝化层位于所述势垒层远离所述衬底的一侧；所述势垒层中设置有第一开口，所述第一开口包括靠近所述漏极一侧的第一侧面；所述钝化层中设置有第二开口，所述第二开口包括靠近所述漏极的第二侧面，所述第一开口与所述第二开口连通，所述第一侧面和所述第二侧面位于同一平面；
[0019]所述隔离层包括相互连接的第一隔离分部和第四隔离分部，所述第一隔离分部覆盖所述第一侧面，所述第四隔离分部覆盖至少部分所述第二侧面；
[0020]至少部分所述栅极位于所述第一开口和所述第二开口内，所述第一底面分部与所述第一隔离分部和所述第四隔离分部接触。
[0021]可选地，所述隔离层还包括第五隔离分部，所述第五隔离分部与所述第四隔离分部连接且与所述钝化层远离所述衬底的一侧表面接触；
[0022]所述栅极包括相互连接的第三栅极分部和第四栅极分部，所述第三栅极分部位于所述第一开口和所述第二开口内，所述第四栅极分部位于所述第一开口和所述第二开口外且覆盖所述第三栅极分部；所述第一底面分部还与所述第五隔离分部接触。
[0023]可选地，所述隔离层的厚度h满足：2nm≤h≤15nm。
[0024]基于同一专利技术构思，本专利技术实施例还提供了一种半导体器件的制备方法，该制备方法包括：
[0025]提供衬底；
[0026]在所述衬底一侧制备多层外延层；多层所述外延层包括远离所述衬底一侧的势垒层；
[0027]在所述势垒层远离所述衬底的一侧制备源极和漏极，所述源极和所述漏极均与所述势垒层形成欧姆接触；
[0028]在所述势垒层远离所述衬底的一侧制备隔离层；
[0029]在所述势垒层远离所述衬底的一侧制备栅极；所述栅极位于所述源极和所述漏极之间；所述栅极包括靠近所述衬底一侧的栅极底面，所述栅极底面包括第一底面分部和第二底面分部，所述第一底面分部位于所述第二底面分部靠近所述漏极的一侧；其中，所述隔离层位于所述第二底面分部和所述漏极之间，所述隔离层与所述栅极接触，且所述隔离层与多层所述外延层接触。
[0030]可选地，所述在所述势垒层远离所述衬底的一侧制备隔离层之前，还包括：
[0031]在所述势垒层中形成第一开口，所述第一开口包括靠近所述漏极一侧的第一侧
面；
[0032]所述隔离层包括第一隔离分部，所述在所述势垒层远离所述衬底的一侧制备隔离层，包括：
[0033]至少在部分所述第一侧面制备第一隔离分部；
[0034]所述在所述势垒层远离所述衬底的一侧制备栅极，包括：
[0035]至少在所述第一开口内制备栅极，所述第一底面分部与所述第一隔离分部接触。
[0036]本专利技术实施例提供的半导体器件，通过将隔离层设置于第一拐角和漏极之间，且与栅极和势垒层接触的位置，使得栅极两侧拐角的接触类型不同，增加栅极靠近漏极一侧的势垒，改善器件的可靠性。具体地，在栅极下方靠近漏极一侧的第二拐角所在位置附近即第一底面分部与势垒层之间设置隔离层，使得至少部分第二拐角或至少部分第一底面分部与隔离层接触，则栅极中靠近漏极一侧的部分第一底面分部与隔离层和势垒层形成金属
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介质层
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半导体层的MIS结构，相对于金属
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半导体肖特基结构，金属
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介质层
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半导体层的MIS结构具有较高的势垒，即可增加栅极靠近漏极一侧的势垒，当器件处于反向偏置时，能够降低栅极下方靠近漏极处的电场，改善栅极靠近漏极一侧的高电场分布，避免发生逆压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其特征在于，包括：衬底；位于所述衬底一侧的多层外延层；多层所述外延层包括远离所述衬底一侧的势垒层；位于所述势垒层远离所述衬底一侧的隔离层、源极、栅极和漏极，所述栅极位于所述源极和所述漏极之间；所述栅极包括靠近所述衬底一侧的栅极底面，所述栅极底面包括第一底面分部和第二底面分部，所述第一底面分部位于所述第二底面分部靠近所述漏极的一侧；其中，所述隔离层位于所述第二底面分部和所述漏极之间，所述隔离层与所述栅极接触，且所述隔离层与多层所述外延层接触。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述势垒层中设置有第一开口，所述第一开口包括靠近所述漏极一侧的第一侧面，所述隔离层包括第一隔离分部，所述第一隔离分部覆盖至少部分所述第一侧面；至少部分所述栅极位于所述第一开口内，所述第一底面分部与所述第一隔离分部接触。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述第一开口还包括靠近所述衬底一侧的底面，所述底面与所述第一侧面连接；所述隔离层还包括第二隔离分部，所述第二隔离分部与所述第一隔离分部连接且覆盖部分所述底面；所述第一底面分部还与所述第二隔离分部接触。4.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，所述第二隔离分部的长度为L1，所述底面的长度为Lgs，1/4*Lgs≤L1≤1/3*Lgs。5.根据权利要求2或3所述的半导体器件，其特征在于，所述隔离层还包括第三隔离分部，所述第三隔离分部与所述第一隔离分部连接且与所述势垒层远离所述衬底的一侧表面接触；所述栅极包括相互连接的第一栅极分部和第二栅极分部，所述第一栅极分部位于所述第一开口内，所述第二栅极分部位于所述第一开口外且覆盖所述第一栅极分部；所述第一底面分部包括第一底面丙分部，所述第一底面丙分部与所述第三隔离分部接触。6.根据权利要求5所述的半导体器件，其特征在于，所述第一底面丙分部的长度为Lfgd1，所述第三隔离分部的长度为L2，1/2*Lfgd1＜L2＜Lfgd1。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件还包括钝化层，所述钝化层位于所述势垒层远离所述衬底的一侧；所述势垒层中设置有第一开口，所述第一开口包括靠近所述漏极一侧的第一侧面；所述钝化层中设置有第二开...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴晓延，
申请(专利权)人：苏州能讯高能半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：