CN216719952U - 一种具有复合钝化层结构的hemt器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种具有复合钝化层结构的HEMT器件，通过在外延层上源极、栅极、漏极、第一钝化层和第二钝化层，第一钝化层覆盖在源极与栅极、漏极与栅极之间区域并与栅脚之间存在间隔，第二钝化层覆盖在第一钝化层的上表面，并且填充在第一钝化层与栅脚之间的间隔内。第一钝化层和第二钝化层层叠设置构成复合钝化层结构能够有效降低栅极的寄生电容，并且能够有效抑制电流崩塌效应，从而提高器件的性能。相比于相同厚度的单一钝化层，本实用新型的复合钝化层结构会使得器件的寄生电容更小。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体器件领域，尤其涉及一种具有复合钝化层结构的HEMT器件。
背景技术
第三代半导体材料氮化镓(GaN)具有宽禁带宽度、高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率以及更高的抗辐射能力等优点，在高温、高频和微波大功率半导体器件中有着十分广阔的应用前景。
HEMT器件是三端电压控制器件，有三个电极，分别是栅极、源极和漏极。栅极通常是肖特基接触电极，源极和漏极是欧姆接触电极。通过调节外加栅极电压(相对于源极)，可以调控沟道中的二维电子气(2DEG)密度，从而实现栅极电压和漏极电压对漏极电流(输出电流)的控制。
由于表面电子陷阱的存在，未钝化的GaN基HEMT器件常表现出严重的电流崩塌现象，输出性能大幅下降。研究表明，通过对器件表面进行钝化可以有效抑制电流崩塌效应。同时，应用T型栅具备栅场板的功能，可以有效调节源极和漏极之间的电场分布，从而有效提高器件的击穿电压。但是栅场板的存在会引入寄生电容，寄生电容反而会影响HEMT器件的输出性能。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种具有复合钝化层结构的HEMT器件。
为了实现以上目的，本实用新型的技术方案为：
一种具有复合钝化层结构的HEMT器件，其特征在于：包括衬底和外延层，所述外延层上设有源极、栅极、漏极、第一钝化层和第二钝化层，所述栅极包括栅脚以及所述栅脚上方的栅帽，所述第一钝化层覆盖在源极与栅极、漏极与栅极之间区域并与所述栅脚之间存在间隔，所述第二钝化层覆盖在所述第一钝化层的上表面，并且填充在所述第一钝化层与所述栅脚之间的所述间隔内。
在一些实施例中，所述栅脚与所述第二钝化层的上表面齐平，所述栅帽设置在所述栅脚和所述第二钝化层的上表面上方。
在一些实施例中，所述栅帽在所述衬底上的投影区域与所述第一钝化层在所述衬底上的投影区域部分重叠。
在一些实施例中，所述间隔的宽度范围为10-500埃。
在一些实施例中，所述第一钝化层为SiN，厚度为500-1000埃。
在一些实施例中，所述第二钝化层为SiO2，厚度为100-500埃。
在一些实施例中，所述栅极为金属栅极，所述栅极的形状结构为T型栅结构、Г型栅结构，或具有梯形场板的栅结构。
在一些实施例中，所述栅极的材料为Ti/Ni/Pt/Ni/Au/Ti。
在一些实施例中，所述外延层包括由下至上依次设置的缓冲层、沟道层和势垒层。
在一些实施例中，所述栅脚的侧壁与所述外延层表面之间的夹角为30～70°。
相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型提供的具有复合钝化层结构的HEMT器件中复合钝化层结构是由第一钝化层和第二钝化层构成，在不影响钝化效果的前提下，显著降低栅极的寄生电容，从而提升HEMT器件的性能。
(2)本实用新型提出的HEMT器件中SiN和具有低介电常数的SiO2构成的复合钝化层结构不会影响栅极的结构以及栅场板的功能，相比于相同厚度的单一钝化层，本实用新型的复合钝化层结构会使得器件的寄生电容更小。
(3)本实用新型提供的具有复合钝化层结构的HEMT器件能够有效抑制电流崩塌效应，并且有效提高GaN基HEMT器件的性能。
附图说明
图1为本申请的实施例一的复合钝化层结构的HEMT器件的示意图；
图2a-2e为本申请的实施例一的复合钝化层结构的制作方法的各个流程的示意图；
图3为本申请的实施例二的复合钝化层结构的HEMT器件的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步解释。本实用新型的各附图仅为示意以更容易了解本实用新型，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
实施例一
下面以GaN基HEMT器件为例，具体说明本实用新型的具体方案。
参考图1，本申请的实施例提出了一种具有复合钝化层结构的HEMT器件，包括衬底1和外延层。衬底1可以是Si衬底、SiC衬底或蓝宝石衬底，外延层在衬底1上生长。所述外延层包括由上下至上依次叠层设置的缓冲层2、沟道层3和势垒层4。沟道层3为GaN，势垒层4为AlGaN。所述势垒层4上设有源极5、栅极6、漏极7、第一钝化层8和第二钝化层9。所述栅极6包括栅脚61以及所述栅脚61上方的栅帽62。所述栅极6为金属栅极，所述栅极的材料为Ti/Ni/Pt/Ni/Au/Ti，所述栅极6的形状结构为T型栅结构、Г型栅结构，或具有梯形场板的栅结构。在本申请的实施例中，以T型栅结构为例进行阐述，如图1所示，栅脚61的侧壁与外延层的表面之间的夹角为90°。
在具体的实施例中，所述第一钝化层8设于源极5与栅极6之间以及漏极7与栅极6之间，所述第一钝化层8分别从所述源极5和漏极7侧向所述栅极6延伸并与所述栅脚61之间存在间隔。也就是，所述第一钝化层8上的靠近源极5和漏极7的一端与源极5和漏极7接触，所述第一钝化层8上的靠近栅极6的一端与栅极6设置有间隔。优选地，所述间隔的宽度范围为10-500埃。所述第二钝化层9覆盖在所述第一钝化层8的上表面和靠近所述栅极6的侧壁，并且填充在所述第一钝化层8与所述栅脚61之间的所述间隔内。具体地，第二钝化层9设置在第一钝化层8的上方并沿所述第一钝化层8上靠近所述栅极6的侧壁延伸，并且填充在第一钝化层8与栅脚61之间的间隔内。所述栅帽62在所述衬底1上的投影区域与所述第一钝化层8在所述衬底1上的投影区域部分重叠。其中，所述第一钝化层8为SiN，厚度为500-1000埃，优选为800埃。所述第二钝化层9为SiO2，厚度为100-500埃，优选为200埃。所述第二钝化层9采用低介电常数的材料，与第一钝化层8组成多层钝化层结构，能够显著降低栅极6的寄生电容，并且不影响钝化效果。
在具体的实施例中，所述栅脚61与所述第二钝化层9的上表面齐平。所述栅帽62设置在所述栅脚61和所述第二钝化层9的上表面上方。由于所述栅极6的形状结构为T型栅结构、Г型栅结构，或具有梯形场板的栅结构，因此栅帽62在第二钝化层9的上表面向外延伸的形状根据具体的栅结构而定。以T型栅为例，栅帽62设置在栅脚61的顶部并在第二钝化层9的上表面分别朝源极5和栅极6的方向延伸形成。栅帽62作为栅场板，因其下方设有第一钝化层8和第二钝化层9层叠构成的复合钝化层结构，能够有效抑制电流崩塌效应，相比相同厚度的单一钝化层，本申请的实施例中的复合钝化层结构使得器件的寄生电容更小。
针对上述具有复合钝化层结构的HEMT器件，参考图2a-2e和图1，本申请的实施例还提出了一种具有复合钝化层结构的HEMT器件的制作方法。
(1)参考图2a，在衬底1上依次生长缓冲层、GaN沟道层、AlGaN势垒层得到外延层，并对外延层的表面进行清洗，去除表面的杂质和有机物。
(2)参考图2b，采用LPCVD或者PECVD工艺在外延层表面沉积厚度为800埃的SiN作为第一钝化层。
(3)参考图2c，涂覆光刻胶，经过曝光和显影形成栅条的图形，然后采用ICP工艺蚀刻第一钝化层，露出AlGaN势垒层的表面形成栅槽。
(4)参考图2d，采用LPCVD或者PECVD工艺沉积厚度为200埃的SiO2作为第二钝化层，涂覆光刻胶，并经过曝光和显影在栅槽位置上制作栅脚的图形，栅脚的尺寸小于栅槽的尺寸，并采用ICP工艺蚀刻第二钝化层，使得第二钝化层覆盖在第一钝化层的上表面并延伸至靠近栅极的侧壁。
(5)参考图2e，涂覆光刻胶，并经过曝光和显影制作出T型栅的图形，然后沉积栅金属，制作得到栅极，栅金属的材料为Ti/Ni/Pt/Ni/Au/Ti。
(6)最后制作源极和漏极，得到如图1所示的具有复合钝化层结构的HEMT器件。
实施例二
本申请的实施例二与实施例一的区别在于：参考图3，T型栅的栅脚61’的侧壁与外延层的表面之间的夹角为30-70°，优选地，该夹角的方向朝向第一钝化层8’和第二钝化层9’一侧。在制作工艺上也有相应的改变。因此，在具有复合钝化层结构的HEMT器件中T型栅的栅脚的角度可以根据具体的需求和性能要求进行调节，更具有灵活性。
上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种具有复合钝化层结构的HEMT器件，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种具有复合钝化层结构的HEMT器件，其特征在于：包括衬底和外延层，所述外延层上设有源极、栅极、漏极、第一钝化层和第二钝化层，所述栅极包括栅脚以及所述栅脚上方的栅帽，所述第一钝化层覆盖在源极与栅极、漏极与栅极之间区域并与所述栅脚之间存在间隔，所述第二钝化层覆盖在所述第一钝化层的上表面，并且填充在所述第一钝化层与所述栅脚之间的所述间隔内。
2.根据权利要求1所述的具有复合钝化层结构的HEMT器件，其特征在于：所述栅脚与所述第二钝化层的上表面齐平，所述栅帽设置在所述栅脚和所述第二钝化层的上表面上方。
3.根据权利要求1所述的具有复合钝化层结构的HEMT器件，其特征在于：所述栅帽在所述衬底上的投影区域与所述第一钝化层在所述衬底上的投影区域部分重叠。
4.根据权利要求1所述的具有复合钝化层结构的HEMT器件，其特征在于：所述间隔的宽度范围为10-500埃。
5.根据权利要求1所述的具有复合钝化层结构的HEMT器件，其特征在于：所述第一钝化层为SiN，厚度为500-1000埃。
6.根据权利要求1所述的具有复合钝化层结构的HEMT器件，其特征在于：所述第二钝化层为SiO2，厚度为100-500埃。
7.根据权利要求1所述的具有复合钝化层结构的HEMT器件，其特征在于：所述栅极为金属栅极，所述栅极的形状结构为T型栅结构、Г型栅结构，或具有梯形场板的栅结构。
8.根据权利要求7所述的具有复合钝化层结构的HEMT器件，其特征在于：所述栅极的材料为Ti/Ni/Pt/Ni/Au/Ti。
9.根据权利要求1所述的具有复合钝化层结构的HEMT器件，其特征在于：所述外延层包括由下至上依次设置的缓冲层、沟道层和势垒层。
10.根据权利要求1所述的具有复合钝化层结构的HEMT器件，其特征在于：所述栅脚的侧壁与所述外延层表面之间的夹角为30～70°。
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