异质结场效应管及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种异质结场效应管及其制作方法，所述异质结场效应管至少包括：第一半导体层、第二半导体层、源极、漏极、栅极、外延层和高功函数金属层；其中，第二半导体层、源极和漏极形成于第一半导体层上；栅极形成在源极和漏极之间的第二半导体层的表面；栅极和第二半导体层的表面还形成有钝化层，沟槽位于所述栅极和漏极之间的钝化层中，暴露出第二半导体层表面，且沟槽中形成有外延层；源极、外延层上，以及源极和栅极之间的钝化层上形成有高功函数金属层，外延层和高功函数金属层构成肖特基接触。这样形成的新的HEMT中集成了SBD器件，器件面积小于将独立的HEMT及独立的SBD器件连接的方案，而在耐高温、耐高压、高功率、密度方面优势相当。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半导体技术，特别是涉及一种。
技术介绍
—般的，传统技术中的异质结场效应晶体管(HEMT)如图1所示，包括形成在硅衬底100上的第一半导体层200、第二半导体层400、源极320、漏极310和栅极330。所述第一半导体层200和所述第二半导体层400构成异质结，所述异质结界面处存在二维电子气。所述源极310、漏极320和栅极330为金属，所述源极310、漏极320位于所述第二半导体层400两端，并与所述第一半导体层200构成欧姆接触，所述栅极330位于所述第二半导体层400上，与所述第二半导体层400构成肖特基接触。异质结场效应晶体管工作时，通过控制栅极330下的肖特基势垒来控制所述二维电子气的浓度，从而实现对电流的控制。所述第一半导体层200 —般为GaN，所述第二半导体层400 —般为AlGaN，两者构成AlGaN/GaN异质结。所述栅极和第二半导体层400的表面还形成有钝化层500，所述源极310和靠近所述源极310的钝化层500 —侧上形成有高功函数金属层600以构成金属场板。而由于所述第一半导体层200或者第二半导体层在纵向上掺杂类型是一致的，故在 HEMT 不能具有如 S1-LDMOS (S1-Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor,基于Si基底的横向扩散金属氧化物娃半导体)等器件所具有的Body Diode (体二极管),这使得在HEMT关断时会因源极电荷累积而产生局部高压进而烧坏器件。尤其在在电子开关电路的一些应用中，如在DC/AC变频器中，由于工作电压很大，需要在晶体管源漏极之间具有一个反向二极管，以在晶体管关断时防止因源极电荷累积而产生局部高压进而烧坏器件。所以在设计基于HEMT器件的电子开关电路时，需要并联一只独立的反向高压二极管以保护HEMT器件。增大了电路复杂性和成本。为了解决这个问题,Panasonic(松下)公司在2012年发布了一种新型的GaN HEMT,如图2所示。在此器件中，松下将漏极320延伸到与硅衬底100相接触，另在所述硅衬底100的背面淀积背面金属层700形成肖特基电极，以此将硅肖特基二极管集成于GaN HEMT中。而由于所述硅肖特基二极管是基于硅衬底100所形成，并不具有基于GaN衬底形成的半导体器件特有的高耐压，高功率密度，低电阻及高耐温的特性。集成此硅二极管会影响整体氮化镓器件在恶劣环境下的工作能力。另一方面，此器件结构需要在漏极处做很深的刻蚀以暴露出硅衬底100，工艺难度很大，并且会增大器件的漏电。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种，用于解决现有技术中难以在异质结场效应管中集成二极管的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种异质结场效应管，所述异质结场效应管至少包括:第一半导体层、第二半导体层、源极、漏极、栅极、外延层和高功函数金属层；其中，所述第二半导体层、所述源极和漏极形成于所述第一半导体层上；所述栅极形成在所述源极和所述漏极之间的第二半导体层的表面；所述栅极和第二半导体层的表面还形成有钝化层，所述沟槽位于所述栅极和漏极之间的钝化层中，暴露出所述第二半导体层表面，且所述沟槽中形成有外延层；所述源极、所述外延层上，以及源极和栅极之间的钝化层上形成有高功函数金属层，所述外延层和所述高功函数金属层构成肖特基接触。优选的，所述第一半导体层为三五族化合物半导体，所述第二半导体层为与所述第一层半导体层形成异质结的三五族化合物半导体。优选的，所述第一半导体层形成于硅衬底上。优选的，所述高功函数金属层为Ni或Pt。优选的，所述源极与所述源极和栅极之间的钝化层上所述高功函数金属层为金属场板。优选的，所述外延层的厚度为IOnm?I ii m。优选的，所述沟槽和栅极之间的距离小于和所述沟槽和漏极的距离。优选的，所述沟槽的宽度为2iim?4iim。优选的，所述外延层中的Al浓度大于等于或大于所述第二半导体层中的Al浓度。相应的，本专利技术还提供了一种异质结场效应管的制作方法，包括:提供硅衬底；在所述硅衬底上从下至上依次形成所述第一半导体层、第二半导体层和牺牲层；在所述牺牲层中形成所述沟槽，所述沟槽暴露出所述第二半导体层的表面；利用外延工艺在所述沟槽中形成所述外延层；利用刻蚀工艺去除所述牺牲层；形成所述源极、漏极和栅极；在所述栅极和第二半导体层的表面形成钝化层，所述钝化层暴露出所述源极、漏极和所述外延层；在所述源极、钝化层和所述外延层上形成高功函数金属层，以形成覆盖所述源极、栅极、栅极与漏极之间的钝化层上的金属场板和所述外延层的肖特基接触。如上所述，本专利技术的，具有以下有益效果:本专利技术的技术方案中，在传统技术中的HEMT的栅极G与漏极D之间沟道的上方利用外延工艺形成的外延层与高功函数金属层形成了一个肖特基接触，且此肖特基接触通过源极上的金属场板(高功函数金属层)与源极相连接，从而成功将肖特基二极管(SBD)集成于传统的HEMT器件中，形成了耐高温、耐高压、高功率，并且器件面积小于将独立HEMT及SBD器件连接的新的HEMT。【附图说明】图1显示为传统技术中的异质结场效应晶体管的结构示意图。图2显示为松下公司发布的异质结场效应晶体管的结构示意图。图3至图5显示为实施例中提供的新的异质结场效应管的示意图。图6显示为实施例中提供的新的异质结场效应管版图示意图。图7显示为传统技术中将异质结场效应管和二极管并联的版图示意图。图8至图15显示为实施例中提供的新的异质结场效应管的器件性能的示意图。元件标号说明100硅衬底200第一半导体层 201二维电子气 310 漏极320源极330栅极400第二半导体层410外延层500钝化层600高功函数金 属层 700背面金属层【具体实施方式】为了便于说明，先对本说明书涉及到的词汇进行诠释。本说明书中，相关词汇的含义以此处诠释为准。三五族化合物半导体:为三族元素和五族元素组合成的化合物的半导体。如Ga、In、Al等属于三族元素;As、N等属于五族元素。比如GaN、AIN、InN、GaAs> AlAs等都属于三五族化合物半导体。相较于传统HEMT器件，本专利技术的技术方案中利用选择性外延工艺，在HEMT的栅极与漏极间沟道的上方，形成外延层，然后再形成高功函数金属以与所述外延层形成了肖特基接触和金属场板，且所述肖特基接触通过覆盖源极的金属场板与源极相连接。实现将肖特基二极管(SBD)集成于HEMT器件中，并利用HEMT栅漏之间的沟道做为导电通道。这样形成的新的HEMT中集成了耐高温、耐高压、高功率、且密度优势相当的SBD器件，并且器件面积小于将独立HEMT及SBD器件连接的方案。本实施例中，将所述形成的新的HEMT器件命名为SDIHEMT。以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。请参阅图3至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异质结场效应管，其特征在于，所述异质结场效应管至少包括：第一半导体层、第二半导体层、源极、漏极、栅极、外延层和高功函数金属层；其中，所述第二半导体层、所述源极和漏极形成于所述第一半导体层上；所述栅极形成在所述源极和所述漏极之间的第二半导体层的表面；所述栅极和第二半导体层的表面还形成有钝化层，所述沟槽位于所述栅极和漏极之间的钝化层中，暴露出所述第二半导体层表面，且所述沟槽中形成有外延层；所述源极、所述外延层上，以及源极和栅极之间的钝化层上形成有高功函数金属层，所述外延层和所述高功函数金属层构成肖特基接触。

【技术特征摘要】
1.一种异质结场效应管，其特征在于，所述异质结场效应管至少包括:第一半导体层、第二半导体层、源极、漏极、栅极、外延层和高功函数金属层； 其中，所述第二半导体层、所述源极和漏极形成于所述第一半导体层上； 所述栅极形成在所述源极和所述漏极之间的第二半导体层的表面； 所述栅极和第二半导体层的表面还形成有钝化层，所述沟槽位于所述栅极和漏极之间的钝化层中，暴露出所述第二半导体层表面，且所述沟槽中形成有外延层； 所述源极、所述外延层上，以及源极和栅极之间的钝化层上形成有高功函数金属层，所述外延层和所述高功函数金属层构成肖特基接触。2.根据权利要求1所述的异质结场效应管，其特征在于:所述第一半导体层为三五族化合物半导体，所述第二半导体层为与所述第一层半导体层形成异质结的三五族化合物半导体。3.根据权利要求1所述的异质结场效应管，其特征在于:所述第一半导体层形成于硅衬底上。4.根据权利要求1所述的异质结场效应管，其特征在于:所述高功函数金属层为Ni或Pt。5.根据权利要求1所述的异质结场效应管，其特征在于:所述源极与所述源极和栅极之间的钝化层上所述高功函数金...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁理，
申请(专利权)人：中航重庆微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：