CN106601805A - 一种高电子迁移率晶体管器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高电子迁移率晶体管器件及其制备方法，该器件包括：衬底、依次设置在所述衬底上的外延层、第一绝缘层、第二绝缘层，栅极、源极和漏极，与所述栅极、源极、漏极电连接的栅极引脚、源极引脚和漏极引脚、以及设置在所述第二绝缘层上部，位于所述栅极引脚、源极引脚和漏极引脚之间的间隔的第三绝缘层；其中，所述第三绝缘层由高分子有机材料制成。本发明通过在器件最外层添加一层绝缘层，降低了传统器件表面的粗糙程度，减少了器件表面吸附的杂质和静电，从而降低了器件表面漏电，增大了器件的耐压性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片制造工艺技术领域，尤其是涉及一种高电子迁移率晶体管器件及其制备方法。
背景技术
随着高效完备的功率转换电路和系统需求的日益增加，具有低功耗和高速特性的功率器件最近吸引了很多关注。GaN是第三代宽禁带半导体材料，由于其具有大禁带宽度(3.4eV)、高电子饱和速率(2e7cm/s)、高击穿电场(1e10--3e10V/cm)，较高热导率，耐腐蚀和抗辐射性能，在高压、高频、高温、大功率和抗辐照环境条件下具有较强的优势，被认为是研究短波光电子器件和高压高频率大功率器件的最佳材料。GaN基AlGaN/GaN高迁移率晶体管是功率器件中的研究热点，这是因为AlGaN/GaN抑制结处形成高浓度、高迁移率的二维电子气(2DEG),同时异质结对2DEG具有良好的调节作用。
由于AlGaN/GaN HEMTs器件的导通沟道是一层横向的二维电子气，且靠近器件表面，因此器件表面的特性对器件漏电有极大的影响，进而影响到器件的击穿电压。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种高电子迁移率晶体管器件及其制备方法，通过在器件最外层添加一层绝缘层，降低了传统器件表面的粗糙程度，减少了器件表面吸附的杂质和静电，从而降低了器件表面漏电，增大了器件的耐压性。
根据本发明的一个方面，提供一种高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，包括：衬底、依次设置在所述衬底上的外延层、第一绝缘层、第二绝缘层，栅极、源极和漏极，与所述栅极、源极、漏极电连接的栅极引脚、源极引脚和漏极引脚、以及设置在所述第二绝缘层上部，位于所述栅极引脚、源极引脚和漏极引脚之间的间隔的第三绝缘层；
其中，所述第三绝缘层由高分子有机材料制成。
其中，所述外延层包括杂依次设置的P掺杂的GaN、未掺杂的GaN和未掺杂的AlGaN。
其中，所述第一绝缘层的材质为与第二绝缘层的材料为SiO2。
其中，所述栅极通过贯穿所述第一绝缘层的第一过孔与所述外延层连接，并且所述栅极的底部位于所述外延层内部，所述栅极引脚在所述栅极对应的位置通过贯穿所述第二绝缘层的第四过孔与所述栅极电连接。
其中，所述源极通过贯穿所述第一绝缘层第二过孔与所述外延层接触，所述源极引脚在所述源极对应的位置通过贯穿所述第二绝缘层的第五过孔与所述源极电连接。
其中，所述漏极通过贯穿所述第一绝缘层第三过孔与所述外延层接触，所述漏极引脚在所述漏极对应的位置通过贯穿所述第二绝缘层的第六过孔与所述漏极电连接。
根据本发明的另一个方面，提供一种上述高电子迁移率晶体管器件的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上生长外延层；
在所述外延层上沉积第一绝缘层；
分别形成栅极、源极和漏极，所述栅极通过第一过孔与所述外延层连接，并且所述栅极底部延伸到所述外延层的内部，所述源极通过第二过孔与所述外延层接触，所述漏极通过第三过孔与所述外延层接触；
沉积第二绝缘层；
在所述第二绝缘层上对应于所述栅极的位置刻蚀第四过孔，并在所述第四过孔中形成与所述栅极电连接的栅极引脚、在所述第二绝缘层上对应于所述源极的位置刻蚀第五过孔，并在所述第五过孔中形成与所述源极电连接的源极引脚、在所述第二绝缘层上对应于所述漏极的位置刻蚀第六过孔，并在所述第六过孔中形成与所述漏极电连接的漏极引脚；
沉积第三绝缘层；
刻蚀所述第三绝缘层，分别露出所述栅极引脚、源极引脚和漏极引脚的上表面。
其中，分别形成栅极、源极和漏极之前，所述方法还包括：
形成贯穿所述第一绝缘层的第一、第二和第三过孔；
其中，所述第一过孔的底部嵌入到所述外延层中。
其中，所述外延层包括依次设置的P掺杂的GaN、未掺杂的GaN和未掺杂的AlGaN。
其中，所述第一绝缘层与第二绝缘层的材质为SiO2；所述第三绝缘层的材质为高分子有机材料。
本发明的高电子迁移率晶体管器件及其制备方法，在制备完电极引脚后在器件最外层添加一层绝缘层，可以隔离空气中杂质静电，并降低了传统器件表面的粗糙程度，减少了器件表面吸附的杂质和静电，减少了杂质降低了器件表面漏电，增大了器件的耐压性。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1-图6示出了本发明的高电子迁移率晶体管器件的制备方法的工艺示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图6示出了本发明的实施例的一种高电子迁移率晶体管器件的结构示意图，如图6所示，该高电子迁移率晶体管器件，具体包括：衬底100、依次设置在所述衬底上的外延层200、第一绝缘层300、第二绝缘层400，栅极320、源极310和漏极330，与所述栅极320、源极310、漏极330电连接的栅极引脚420、源极引脚410和漏极引脚430、以及设置在所述第二绝缘层400上部，位于所述栅极引脚420、源极引脚410和漏极引脚430之间的间隔的第三绝缘层500。
上述结构中，所述第三绝缘层500由高分子有机材料制成。
另外，本实施例还采用为了RESURF技术使二维电子气中电子在垂直方向耗尽，降低器件表面电场，以此来改善该金属氧化物半导体器件的击穿电压。
即在一个实施例中，外延层200的结构包括依次设置的P掺杂的GaN210、未掺杂的GaN和未掺杂的AlGaN。通过上述插入P掺杂的GaN使得器件表面附件的电场得以分布并减弱，从而提高了器件表面的击穿电压。
此外，对于高电子迁移率晶体管(High Electron MobilityTransistor，简称HEMT)，击穿电压主要受到栅极边缘高电场的限制，在未掺杂的AlGaN/GaN层的下面插入P掺杂的GaN,可以使二维电子气发生垂直耗尽，从而降低器件栅极附近的表面电场，提高器件的耐压。
进一步地，在一个实施例中，第一绝缘层300与第二绝缘层400的材料为SiO2，即为氧化硅膜。通过两层绝缘层，不仅能够改善外延层上未掺杂ALGaN界面态的缺陷，还能够使第一绝缘层和第二绝缘层之间的粘合度较好，不易出现未粘接的情况。
进一步地，栅极320通过贯穿第一绝缘层300的第一过孔与外延层200连接，并且栅极320的底部位于外延层200的内部，栅极引脚420在所述栅极320对应的位置通过贯穿所述第二绝缘层400的第四过孔与所述栅极320电连接。
另外，源极310通过贯穿所述第一绝缘层300第二过孔与所述外延层200接触，所述源极引脚410在所述源极310对应的位置通过贯穿所述第二绝缘层400的第五过孔与所述源极310电连接。
漏极330通过贯穿第一绝缘层300第三过孔与外延层200接触，所述漏极引脚430在所述漏极330对应的位置通过贯穿所述第二绝缘层400的第六过孔与所述漏极330电连接。
综上，本发明的期间在制备完电极引脚后在器件最外层添加一层绝缘层，可以隔离空气中杂质静电，并降低了传统器件表面的粗糙程度，减少了器件表面吸附的杂质和静电，减少了杂质降低了器件表面漏电，增大了器件的耐压性。
在本发明的另一个实施例中，提供一种上述高电子迁移率晶体管器件的制备方法，参见图1-6，其过程具体包括：
S1、在衬底基板上生长外延层；
如图1所示，在衬底基板100上依次形成P掺杂的GaN210、未掺杂的GaN220和未掺杂的AlGaN230作为外延层200，本实施例中，通过在未掺杂的GaN与衬底之间插入P掺杂的GaN，使得器件表面附件的电场得以分布并减弱，从而提高了器件表面的击穿电压。
S2、在所述外延层上沉积第一绝缘层；
如图2所示，在外延层上沉积第一绝缘层300，本实施例的第一绝缘层的材质为氧化硅膜，但不限于此。
S3、分别形成栅极、源极和漏极，所述栅极通过第一过孔与所述外延层连接，并且所述栅极底部延伸到所述外延层的内部，所述源极通过第二过孔与所述外延层接触，所述漏极通过第三过孔与所述外延层接触；
具体地，如图3所示，在第一绝缘层300上刻蚀形成第一、第二、和第三过孔，用于分别形成栅极320、源极310和漏极330，具体地，第一过孔的底部延伸到外延层200的内部。栅极320通过第二过孔与外延层200接触，漏接330通过第三过孔与外延层连接。
S4、沉积第二绝缘层；
如图4所示，在第一绝缘层300以及源极310、栅极320和漏极330的上部沉积第二绝缘层400，本实施例的第二绝缘层400可以使用与第一绝缘层300相同的材质沉积而成，也可以使用其他材料，在此不做具体限定。
S5、在所述第二绝缘层400上对应于所述栅极320的位置刻蚀第四过孔，并在所述第四过孔中形成与所述栅极320电连接的栅极引脚420、在所述第二绝缘层400上对应于所述源极310的位置刻蚀第五过孔，并在所述第五过孔中形成与所述源极310电连接的源极引脚410、在所述第二绝缘层400上对应于所述漏极330的位置刻蚀第六过孔，并在所述第六过孔中形成与所述漏极330电连接的漏极引脚430，如图5所示。
S6、沉积第三绝缘层；刻蚀所述第三绝缘层，分别露出所述栅极引脚、源极引脚和漏极引脚的上表面。
具体地，本实施例的第三绝缘层的材质为高分子有机材料，通过沉积第三绝缘层，可以隔离空气中杂质静电，并降低了传统器件表面的粗糙程度，减少了器件表面吸附的杂质和静电，减少了杂质降低了器件表面漏电，增大了器件的耐压性。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，包括：衬底、依次设置在所述衬底上的外延层、第一绝缘层、第二绝缘层，栅极、源极和漏极，与所述栅极、源极、漏极电连接的栅极引脚、源极引脚和漏极引脚、以及设置在所述第二绝缘层上部，位于所述栅极引脚、源极引脚和漏极引脚之间的间隔的第三绝缘层；
其中，所述第三绝缘层由高分子有机材料制成。
2.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述外延层包括依次设置的P掺杂的GaN、未掺杂的GaN和未掺杂的AlGaN。
3.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述第一绝缘层的材质为与第二绝缘层的材料为SiO2。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述栅极通过贯穿所述第一绝缘层的第一过孔与所述外延层连接，并且所述栅极的底部位于所述外延层内部，所述栅极引脚在所述栅极对应的位置通过贯穿所述第二绝缘层的第四过孔与所述栅极电连接。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述源极通过贯穿所述第一绝缘层第二过孔与所述外延层接触，所述源极引脚在所述源极对应的位置通过贯穿所述第二绝缘层的第五过孔与所述源极电连接。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的高电子迁移率晶体管器件，其特征在于，所述漏极通过贯穿所述第一绝缘层第三过孔与所述外延层接触，所述漏极引脚在所述漏极对应的位置通过贯穿所述第二绝缘层的第六过孔与所述漏极电连接。
7.一种权利要求1-6所述的高电子迁移率晶体管器件的制备方法，其特征在于，包括：
在衬底基板上生长外延层；
在所述外延层上沉积第一绝缘层；
分别形成栅极、源极和漏极，所述栅极通过第一过孔与所述外延层连接，并且所述栅极底部延伸到所述外延层的内部，所述源极通过第二过孔与所述外延层接触，所述漏极通过第三过孔与所述外延层接触；
沉积第二绝缘层；
在所述第二绝缘层上对应于所述栅极的位置刻蚀第四过孔，并在所述第四过孔中形成与所述栅极电连接的栅极引脚、在所述第二绝缘层上对应于所述源极的位置刻蚀第五过孔，并在所述第五过孔中形成与所述源极电连接的源极引脚、在所述第二绝缘层上对应于所述漏极的位置刻蚀第六过孔，并在所述第六过孔中形成与所述漏极电连接的漏极引脚；
沉积第三绝缘层；
刻蚀所述第三绝缘层，分别露出所述栅极引脚、源极引脚和漏极引脚的上表面。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，分别形成栅极、源极和漏极之前，所述方法还包括：
形成贯穿所述第一绝缘层的第一、第二和第三过孔；
其中，所述第一过孔的底部嵌入到所述外延层中。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述外延层包括依次设置的P掺杂的GaN、未掺杂的GaN和未掺杂的AlGaN。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述第一绝缘层与第二绝缘层的材质为SiO2；所述第三绝缘层的材质为高分子有机材料。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN103779408A (zh) * | 2014-01-20 | 2014-05-07 | 西安电子科技大学 | 基于耗尽型槽栅AlGaN/GaN HEMT器件结构及其制作方法 |
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-
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