CN115548112A - 一种增强型hemt器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体技术领域，主要提供了一种增强型HEMT器件及其制备方法，增强型HEMT器件包括层叠设置的衬底、缓冲层、沟道层以及势垒层以及隔离层，其中，隔离层内设有P型GaN帽层以及第一电极层和第二电极层，第二电极层与P型GaN帽层之间隔离，且P型GaN帽层通过电桥与第一电极层之间电性连接，P型GaN帽层包括多层P型GaN层，多层P型GaN层的宽度依次增加，从而通过改进电桥结构的界面形状，减小P型GaN帽层与势垒层之间的接触面积，优化器件输出电流，从而达到提升增强型HEMT器件的性能的目的。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种增强型HEMT器件及其制备方法。
背景技术
氮化镓(GaN)材料具有宽禁带、高临界击穿场强、高饱和电子速度、抗腐蚀性强，耐高温等优秀特性，使其成为第三代半导体材料中的佼佼者。利用Ga N与铝镓氮(Al Ga N)异质结的自发极化和压电极化效应，产生高浓度、高密度的二维电子气(2DEG)可以实现工作频率高、耐压性能卓越的高电子迁移率晶体管(HEMT)器件。
然而，目前的栅源桥会由于P-GaN耗尽2DEG，减小了器件的导电沟道面积，从而导致输出电流下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增强型HEMT器件及其制备方法，通过改进电桥结构的界面形状，减小P型GaN帽层与势垒层之间的接触面积，优化器件输出电流，从而达到提升增强型HEMT器件的性能的目的。
本申请实施例提供了一种增强型HEMT器件，所述增强型HEMT器件包括：
层叠设置的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层以及隔离层；以及
设于所述隔离层内的P型GaN帽层以及第一电极层和第二电极层，所述第二电极层与所述P型GaN帽层之间隔离，且所述P型GaN帽层通过电桥与所述第一电极层之间电性连接；
设于所述P型GaN帽层上的栅极金属层；
其中，所述P型GaN帽层包括多层P型GaN层，多层P型GaN层的宽度依次增加。
在一个实施例中，所述P型GaN帽层呈倒梯形。
在一个实施例中，所述P型GaN帽层包括第一P型GaN层、第二P型GaN层，所述第一P型GaN层设于所述第二P型GaN层与所述势垒层之间，且所述第一P型GaN层的宽度小于所述第二P型GaN层，所述第二P型GaN层通过电桥与所述电极层之间电连接。
在一个实施例中，所述P型GaN帽层包括层叠设置的第一P型GaN层、第二P型GaN层以及第三P型GaN层，其中，所述第一P型GaN层和所述第三P型GaN层为矩形，所述第二P型GaN层为倒梯形。
在一个实施例中，所述第二P型GaN层的底边宽度与所述第三P型GaN层的宽度相同；和/或
所述第二P型GaN层的顶边宽度与所述第一P型GaN层的宽度相同。
在一个实施例中，所述第一电极层和所述第二电极层为Ti/TiN/AL/Ti/TiN或者Ti/Al/Ni/Au。
在一个实施例中，所述栅极金属层为镍或者金。
在一个实施例中，所述沟道层为GaN，所述势垒层为AlxGa1-xN，其中，1＞x＞0。
在一个实施例中，所述缓冲层为AlxGa1-xN/GaN，其中，1＞x＞0。
本申请实施例第二方面还提供了一种增强型HEMT器件的制备方法，所述制备方法包括：
在所述衬底上形成层叠设置的缓冲层、沟道层以及势垒层以及隔离层；
在所述隔离层形成第一接触孔，并在所述第一接触孔中填充P型GaN材料形成P型GaN帽层，其中，所述第一接触孔与所述势垒层接触，且所述第一接触孔的宽度逐渐增大；
在所述隔离层形成第二接触孔和第三接触孔，并在所述第二接触孔和所述第三接触孔中填充金属材料形成第一电极层和第二电极层；其中，所述第二电极层与所述P型GaN帽层之间隔离，且所述P型GaN帽层通过电桥与所述第一电极层之间电性连接；
在所述P型GaN帽层上形成栅极金属层。
本申请实施例提供了一种增强型HEMT器件及其制备方法，增强型HEMT器件包括层叠设置的衬底、缓冲层、沟道层以及势垒层以及隔离层，其中，隔离层内设有P型GaN帽层以及第一电极层和第二电极层，第一电极层和第二电极层通过隔离层与P型GaN帽层之间隔离且P型GaN帽层通过电桥与第一电极层之间电性连接，P型GaN帽层包括多层P型GaN层，多层P型GaN层的宽度依次增加，从而通过改进电桥结构的界面形状，减小P型GaN帽层与势垒层之间的接触面积，优化器件输出电流，从而达到提升增强型HEMT器件的性能的目的。
附图说明
图1为本申请实施例提供的增强型HEMT器件的结构示意图一；
图2为本申请实施例提供的增强型HEMT器件的电桥原理示意图；
图3为本申请实施例提供的增强型HEMT器件的结构示意图二；
图4本申请实施例提供的增强型HEMT器件的结构示意图三；
图5本申请实施例提供的增强型HEMT器件的结构示意图四；
图6本申请实施例提供的增强型HEMT器件的制备方法的流程示意图；
图7本申请实施例提供的形成器件基底的示意图；
图8本申请实施例提供的形成P型GaN帽层的示意图；
图9本申请实施例提供的形成第一电极层和第二电极层的示意图；
图10本申请实施例提供的形成第一接触孔的水平截面示意图；
图11本申请实施例提供的形成P型GaN帽层和P型GaN电桥的示意图；
图12本申请实施例提供的形成第二接触孔和第三接触孔的示意图；
图13本申请实施例提供的形成栅极金属层的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
为解决P-GaN器件的栅极漏电流较大、饱和电流较小，以及P-GaN刻蚀残留、阈值电压提升难度大等问题，本申请实施例提供了一种增强型HEMT器件，参见图1所示，本实施例中的增强型HEMT器件包括：衬底110、缓冲层120、沟道层130、势垒层140、隔离层210、P型GaN帽层410、第一电极层610、第二电极层620、栅极金属层710。
具体的，衬底110、缓冲层120、沟道层130、势垒层140、隔离层210层叠设置，P型GaN帽层410、第一电极层610、第二电极层620设于隔离层210内，第二电极层620与P型GaN帽层410之间隔离，且P型GaN帽层410通过电桥与第一电极层610之间电性连接，栅极金属层710设于P型GaN帽层410上，P型GaN帽层410包括多层P型GaN层，多层P型GaN层的宽度依次增加。
在本实施例中，P型GaN帽层410通过电桥与第一电极层610之间电性连接，P型GaN帽层410中靠近势垒层140的部分的宽度较小，P型GaN帽层410中远离势垒层140的部分的宽度较大，通过设置P型GaN帽层410中远离势垒层140的部分具有较大的宽度，可以由P型GaN帽层410中远离势垒层140的部分建立P型GaN帽层410与第一电极层610之间的电桥结构。
在一个具体应用实施例中，P型GaN帽层410与第一电极层610之间的距离小于P型GaN帽层410与第二电极层620之间的距离。
在一个具体应用实施例中，隔离层210可以为氧化硅或者氮化硅，P型GaN帽层410与第二电极层620之间绝缘设置。
在一个具体应用实施例中，P型GaN帽层410与第一电极层610之间的电桥可以通过淀积金属导线或者淀积P型GaN材料形成，也可以通过设置P型GaN帽层410与第一电极层610的距离比较近，以在空间上形成电桥，结合图2所示，电桥结构的等效电阻为R3，增加电桥电阻(R3)既可降低P型GaN帽层410(R2)上的分压，使得的电压更多的落在栅极金属层与P型GaN帽层410之间的接触电阻(R1)上，达到增大阈值电压(VT)的目的。
在一个实施例中，P型GaN帽层410可以分为多层P型GaN层，每层P型GaN层的宽度与该层P型GaN层与势垒层140的距离正比例关系。
在一个实施例中，参见图3所示，P型GaN帽层410呈倒梯形。
在一个实施例中，参见图4所示，P型GaN帽层410包括第一P型GaN层411、第二P型GaN层412，第一P型GaN层411设于第二P型GaN层412与势垒层140之间，且第一P型GaN层411的宽度小于第二P型GaN层412，第二P型GaN层412通过电桥与电极层610之间电连接。
在一个具体应用实施例中，第一P型GaN层411、第二P型GaN层412的垂直截面均为矩形，其中，第一P型GaN层411的宽度小于第二P型GaN层412的宽度。
在一个具体应用实施例中，第二P型GaN层412的宽度至少为第一P型GaN层411的宽度的2倍。
在一个实施例中，参见图5所示，P型GaN帽层410包括层叠设置的第一P型GaN层411、第二P型GaN层412以及第三P型GaN层413，其中，第一P型GaN层411和第三P型GaN层412为矩形，第二P型GaN层412为倒梯形。
在一个实施例中，结合图5所示，第二P型GaN层412的底边宽度与第三P型GaN层413的宽度相同。
在一个实施例中，结合图5所示，第二P型GaN层的顶边宽度与第一P型GaN层的宽度相同。
在一些实施例中，电极层层610和第二接触金属层620可以为Ti、TiN、Al、Ni、Au等材料。
在一些实施例中，电极层层610和第二接触金属层620还可以为复合金属材料层Ti/TiN/Al/Ti/TiN或者Ti/Al/Ni/Au等。
在一个实施例中，复合金属材料层Ti/TiN/Al/Ti/TiN可以由多层电极材料层叠设置形成。
在一个实施例中，复合金属材料层Ti/Al/Ni/Au可以由多层电极材料层叠设置形成。
在一个实施例中，栅极金属层710为镍或者金。
在一个实施例中，沟道层130为GaN，势垒层140为AlxGa1-xN，其中，1＞x＞0。
在一些实施例中，沟道层130可以为AlGaN、GaN或者由AlGaN与GaN层叠设置形成。
在一些实施例中，势垒层140可以为AlN、AlGaN或者由AlGaN与AlN层叠设置形成。
在一些实施例中，衬底110可以为Si、SiC、蓝宝石等。
在一些实施例中，缓冲层120可以为AlGaN、GaN或者由AlGaN与GaN层叠设置形成。
在一个实施例中，缓冲层120为AlxGa1-xN/GaN，其中，1＞x＞0。
本申请实施例还提供了一种增强型HEMT器件的制备方法，参见图6所示，制备方法包括步骤S100至步骤S400。
在步骤S100中，在所述衬底上形成层叠设置的缓冲层、沟道层以及势垒层以及隔离层。
结合图7所示，衬底110、缓冲层120、沟道层130、势垒层140以及隔离层210层叠设置。
通过在势垒层140上形成隔离层210，可以利用势垒层140原位生长的隔离材料抑制表面态，又可以保护势垒层140中的AlGaN不与空气接触并具有抗辐射的效果。
在一个具体应用实施例中，隔离层210可以通过在势垒层140上原位生长氮化硅材料或者氧化硅材料形成，并通过CMP工艺进行修饰。
进一步地，在后续步骤中基于隔离层210对P型GaN材料刻蚀过程进行修改，还能够节约一层光罩，大大降低制造成本，最终达到对HEMT器件的革命性创新。
在步骤S200中，在所述隔离层形成第一接触孔，并在所述第一接触孔中填充P型GaN材料形成P型GaN帽层，其中，所述第一接触孔与所述势垒层接触，且所述第一接触孔的宽度逐渐增大。
在本实施例中，结合图8所示，第一接触孔的位置与P型GaN帽层410的位置对应，此时隔离层210不仅可以作为隔离层以隔离势垒层140，还可以作为为后续的刻蚀淀积工艺作为掩膜使用。
在一个实施例中，第一接触孔的深度与隔离层210的深度相同。
在一个具体实施例中，可以通过多层掩膜对隔离层210进行刻蚀，使得第一接触孔与势垒层140接触，且第一接触孔的宽度逐渐增大。
例如，在P型GaN帽层410的位置进行多次刻蚀，且刻蚀的面积逐渐增加，从而使得第一接触孔底部的宽度较小，第一接触孔顶部的宽度较大。
在一个具体实施例中，在形成第一接触孔的步骤中，还可以在第一次刻蚀形成的沟槽的基础上进行第二次刻蚀工艺，不仅增加第一次刻蚀形成的沟槽的深度，同时刻蚀图案有所不同，在于第一次刻蚀形成的沟槽相邻的区域形成第二刻蚀沟槽。
在一个具体实施例中，可以通过大马士革工艺在与第一次刻蚀形成的第一刻蚀沟槽相邻的位置形成第二刻蚀沟槽，第二刻蚀沟槽的深度小于第一刻蚀沟槽的深度，从而形成第一接触孔。
在一个具体实施例中，在第一刻蚀沟槽的基础上通过第一掩膜确定第二刻蚀沟槽的区域，直接对第一刻蚀沟槽和第二刻蚀沟槽的区域进行刻蚀，在同样的刻蚀条件下，第二刻蚀沟槽的深度小于第一刻蚀沟槽的深度。
在一个具体实施例中，第二刻蚀沟槽与第一刻蚀沟槽之间存在一定的夹角，且第二刻蚀沟槽的长度足够连接第一刻蚀沟槽与预设的金属沟槽区域。
在一个实施例中，第二刻蚀沟槽与第一刻蚀沟槽垂直设置。
在步骤S300中，在所述隔离层形成第二接触孔和第三接触孔，并在所述第二接触孔和所述第三接触孔中填充金属材料形成第一电极层和第二电极层。
在本实施例中，结合图9所示，第二接触金属620与P型GaN帽层410之间隔离，且电极层610与P型GaN帽层410之间电性连接。
在一个具体应用实施例中，电极层610与第二接触金属620平行设置。
在一个具体应用实施例中，电极层610与第二接触金属620与隔离层210的厚度相同，电极层610与第二接触金属620均与势垒层140接触。
在一个具体应用实施例中，步骤S200中，对隔离层210进行多次刻蚀后的水平截面示意图如图10所示。
结合图10所示，第二刻蚀沟槽320与第一刻蚀沟槽310作为第一接触孔，第二刻蚀沟槽320可以为多个，第二刻蚀沟槽320与第一刻蚀沟槽310垂直设置。
每个第二刻蚀沟槽320与第一刻蚀沟槽310形成一个“T”型结构，且“T”型结构的头部位置(第二刻蚀沟槽320)的深度等于隔离层210的厚度。
在一个具体应用实施例中，“T”型结构的尾部位置(第一刻蚀沟槽310)的深度小于隔离层210的厚度的一半。
在本实施例中，结合图11所示，直接在第一刻蚀沟槽310和第二刻蚀沟槽320中填充P型GaN材料，第一刻蚀沟槽310内形成P型GaN帽层410，在第二刻蚀沟槽320内形成P型GaN电桥420，P型GaN帽层410通过P型GaN电桥420与电极层610电性连接，可以提升栅极下方AlGgN/GaN异质结导带，使其耗尽。
在一个具体应用实施例中，可以在无掩膜的情况下在隔离层210上淀积P型GaN材料，然后采用化学机械抛光工艺(CMP)对沉积的P型GaN材料进行处理，对隔离层210表面多余的P型GaN材料进行抛光研磨，仅保留第一刻蚀沟槽310和第二刻蚀沟槽320内的P型GaN材料，从而在第一刻蚀沟槽310内形成P型GaN帽层410，在第二刻蚀沟槽320内形成P型GaN电桥420。
在一个具体应用实施例中，电极层层610作为器件的源极金属，电极层层610与P型GaN电桥420电性连接，并通过P型GaN电桥420连接P型GaN帽层410。
在步骤S400中，在所述P型GaN帽层上形成栅极金属层。
在本实施例中，结合图13所示，在P型GaN帽层410上形成栅极金属层710。
具体的，可以通过在P型GaN帽层410上淀积Ni或者Au形成栅极金属层710。
本申请实施例提供了一种增强型HEMT器件及其制备方法，增强型HEMT器件包括层叠设置的衬底、缓冲层、沟道层以及势垒层以及隔离层，其中，隔离层内设有P型GaN帽层以及第一电极层和第二电极层，第一电极层和第二电极层通过隔离层与P型GaN帽层之间隔离且P型GaN帽层通过电桥与第一电极层之间电性连接，P型GaN帽层包括多层P型GaN层，多层P型GaN层的宽度依次增加，从而通过改进电桥结构的界面形状，减小P型GaN帽层与势垒层之间的接触面积优化器件输出电流，提升增强型HEMT器件的性能。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各掺杂区区的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能区分配由不同的掺杂区完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的掺杂区，以完成以上描述的全部或者部分功能。
实施例中的各掺杂区可以集成在一个功能区中，也可以是各个掺杂区单独物理存在，也可以两个或两个以上掺杂区集成在一个功能区中，上述集成的功能区既可以采用同种掺杂离子实现，也可以采用多种掺杂离子共同实现。另外，各掺杂区的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述器件的制备方法中的中掺杂区的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种增强型HEMT器件，其特征在于，所述增强型HEMT器件包括：
层叠设置的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层以及隔离层；
设于所述隔离层内的P型GaN帽层以及第一电极层和第二电极层，所述第二电极层与所述P型GaN帽层之间隔离，且所述P型GaN帽层通过电桥与所述第一电极层之间电性连接；
设于所述P型GaN帽层上的栅极金属层；
其中，所述P型GaN帽层包括多层P型GaN层，多层所述P型GaN层的宽度依次增加。
2.如权利要求1所述的增强型HEMT器件，其特征在于，所述P型GaN帽层呈倒梯形。
3.如权利要求1所述的增强型HEMT器件，其特征在于，所述P型GaN帽层包括第一P型GaN层、第二P型GaN层；
所述第一P型GaN层设于所述第二P型GaN层与所述势垒层之间，且所述第一P型GaN层的宽度小于所述第二P型GaN层，所述第二P型GaN层通过电桥与所述电极层之间电连接。
4.如权利要求1所述的增强型HEMT器件，其特征在于，所述P型GaN帽层包括层叠设置的第一P型GaN层、第二P型GaN层以及第三P型GaN层；
其中，所述第一P型GaN层和所述第三P型GaN层为矩形，所述第二P型GaN层为倒梯形。
5.如权利要求4所述的增强型HEMT器件，其特征在于，所述第二P型GaN层的底边宽度与所述第三P型GaN层的宽度相同；和/或
所述第二P型GaN层的顶边宽度与所述第一P型GaN层的宽度相同。
6.如权利要求1-5任一项所述的增强型HEMT器件，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层为Ti/TiN/AL/Ti/TiN或者Ti/Al/Ni/Au。
7.如权利要求1-5任一项所述的增强型HEMT器件，其特征在于，所述栅极金属层为镍或者金。
8.如权利要求1所述的增强型HEMT器件，其特征在于，所述沟道层为GaN，所述势垒层为AlxGa1-xN，其中，1＞x＞0。
9.如权利要求1所述的增强型HEMT器件，其特征在于，所述缓冲层为AlxGa1-xN/GaN，其中，1＞x＞0。
10.一种增强型HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在衬底上形成层叠设置的缓冲层、沟道层以及势垒层以及隔离层；
在所述隔离层形成第一接触孔，并在所述第一接触孔中填充P型GaN材料形成P型GaN帽层，其中，所述第一接触孔与所述势垒层接触，且所述第一接触孔的宽度逐渐增大；
在所述隔离层形成第二接触孔和第三接触孔，并在所述第二接触孔和所述第三接触孔中填充金属材料形成第一电极层和第二电极层；其中，所述第二电极层与所述P型GaN帽层之间隔离，且所述P型GaN帽层通过电桥与所述第一电极层之间电性连接；
在所述P型GaN帽层上形成栅极金属层。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210550042.7A CN115548112A (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 一种增强型hemt器件及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210550042.7A CN115548112A (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 一种增强型hemt器件及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115548112A true CN115548112A (zh) | 2022-12-30 |
Family
ID=84723470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210550042.7A Pending CN115548112A (zh) | 2022-05-20 | 2022-05-20 | 一种增强型hemt器件及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115548112A (zh) |
-
2022
- 2022-05-20 CN CN202210550042.7A patent/CN115548112A/zh active Pending
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