高电子迁移率晶体管的制作方法

本申请涉及半导体器件领域，具体而言，涉及一种hemt。

背景技术

ganhemt(highelectronmobilitytransistor，高电子迁移率晶体管)是功率放大器的核心器件，随着器件应用领域的扩展，对于器件的工作电压提出了更高的要求，一般情况可以通过采用场板技术以及改善器件的材料特性达到增强电场的目的。

场板是一种金属电极，目前，所采用的场板主要有源场板、栅场板以及悬浮栅等，场板主要通过影响栅边缘电场线的重新分布，降低栅边缘电场，提高器件的击穿电压，但是，这些场板技术在提高器件击穿电压的同时均增加了器件的寄生电容。

尤其对于毫米波器件，源漏间距显著缩短，栅长进入μm级甚至nm阶段，如果通过增加场板来增强电场，这势必会导致器件的寄生电容大大增加，进而严重影响器件的频率特性，这对于高频率大功率的器件实现是不利的。

因此，优化器件的场板对于毫米波器件高工作电压的实现成为当前业界的研究热点。

在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

技术实现要素：

本申请的主要目的在于提供一种hemt，以解决现有技术中hemt无法在增强电场的同时保证器件的寄生电容较小的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种hemt，该hemt包括依次叠置设置的衬底、第一半导体层和第二半导体层，且上述第二半导体层的材料的带隙宽度大于上述第一半导体层的材料的带隙宽度，上述hemt还包括位于上述第二半导体层的远离上述第一半导体层的表面上的栅极和钝化层，上述钝化层包括位于上述栅极一侧且设置在上述第二半导体层的表面上的钝化部，上述钝化部的厚度小于上述栅极的厚度，上述hemt还包括设置在上述钝化部的远离上述第二半导体层表面上的场板。

进一步地，上述场板和上述栅极之间具有空气间隔。

进一步地，上述空气间隔包括第一空气间隔，上述场板包括相互连接的第一场板部和第二场板部，上述第一场板部设置在上述钝化部的表面上且与上述栅极之间具有上述第一空气间隔，上述第二场板部位于上述第一场板部远离上述第二半导体层的一侧且与上述第一场板部之间具有夹角，且上述第二场板部至少罩设第一边界线以及第一表面中与上述第一边界线相邻的两个边界线的部分，上述第一表面为上述栅极的远离上述第二半导体层的表面，上述第一边界线为上述第一表面与上述栅极的靠近上述第一场板部的侧面的公共线。

进一步地，上述空气间隔还包括第二空气间隔，上述第二场板部的靠近上述栅极的表面与上述栅极的远离上述第二半导体层的表面之间具有上述第二空气间隔。

进一步地，上述钝化层覆盖上述第二半导体层的裸露表面和上述栅极的裸露表面，且上述钝化层中具有凹槽，上述凹槽与上述第二半导体层之间的上述钝化层形成上述钝化部，上述第一场板部位于上述凹槽中。

进一步地，上述第一场板部的靠近上述栅极的侧壁与上述凹槽的靠近上述栅极的侧壁之间的间隔为上述第一空气间隔。

进一步地，上述第一场板部的高度大于上述凹槽的深度。

进一步地，上述场板为l型场板，上述第一场板部为竖直场板部，上述第二场板部为水平场板部。

进一步地，上述第二场板部罩设在上述第一表面的远离上述第二半导体层的一侧。

进一步地，上述hemt还包括设置在上述第二半导体层的远离上述第一半导体层的表面上的两个电极，两个上述电极分别位于上述栅极的两侧，两个上述电极分别为源极和漏极。

进一步地，上述第一场板部位于上述栅极和上述漏极之间。

进一步地，上述钝化部的厚度在5～10nm之间。

进一步地，上述钝化层的材料包括氮化硅。

应用本申请的技术方案，上述的hemt中，将场板设置在钝化部上即在垂直方向上缩短了场板和第二半导体层之间的距离，这样可以有效调节栅边缘的电场强度，拓宽耗尽层宽度，从而进一步提高器件的击穿电压，即提高器件的工作电压，增大器件的输出功率；且还能够有效地降低栅极的寄生电容。从而实现了提高器件的工作电压的同时保证了器件的寄生电容较小。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的hemt的实施例的结构示意图；

图2示出了本申请的另一种hemt的实施例的结构示意图；

图3示出了本申请的另一种hemt的实施例的结构示意图；

图4示出了本申请的一种hemt与现有技术中的hemt的电场强度分布示意图；以及

图5示出了本申请的一种hemt与现有技术中的hemt在不同栅压下的寄生电容。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、衬底；20、第一半导体层；30、第二半导体层；40、电极；41、源极；42、漏极；50、栅极；60、钝化层；61、钝化部；70、场板；71、第一场板部；72、第二场板部；710、第一空气间隔；720、第二空气间隔；80、成核层；90、空间插入层；100、帽层。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中的hemt无法在增强电场的同时保证器件的寄生电容较小的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种hemt。

本申请的一种典型的实施方式中，提供了一种hemt，如图1和图2所示，该hemt包括依次叠置设置的衬底10、第一半导体层20和第二半导体层30，且上述第二半导体层30的材料的带隙宽度大于上述第一半导体层20的材料的带隙宽度，二者形成异质结，并且在二者之间产生二维电子气(2deg)，上述hemt还包括位于上述第二半导体层30的远离上述第一半导体层20的表面上的栅极50和钝化层60，上述钝化层60包括位于上述栅极50一侧且设置在上述第二半导体层30的表面上的钝化部61，上述钝化部61的厚度小于上述栅极50的厚度，上述hemt还包括设置在上述钝化部61的远离上述第二半导体层30表面上的场板70。

上述的hemt中，将场板设置在钝化部上，且该场板下方的钝化层的厚度较小，即在垂直方向上缩短了场板和第二半导体层之间的距离，这样可以有效调节栅边缘的电场强度，拓宽耗尽层宽度，从而进一步提高器件的击穿电压，即提高器件的工作电压，增大器件的输出功率；且能够有效地降低栅极的寄生电容。从而实现了提高器件的工作电压的同时保证了器件的寄生电容较小。

为了进一步降低器件中栅极的寄生电容，本申请的一种实施例中，如图1和图2所示，上述场板70和上述栅极50之间具有空气间隔(图中未标出空气间隔)。

当然，本申请中的场板可以是任何结构的场板，只要与栅极之间具有空气间隔，就能降低器件中的栅极的寄生电容。本领域技术人员可以根据实际情况选择合适结构的栅极。

本申请的另一种实施例中，如图2所示，上述空气间隔包括第一空气间隔710，上述场板70包括相互连接的第一场板部71和第二场板部72，上述第一场板部71设置在上述钝化部61的表面上且与上述栅极50之间具有上述第一空气间隔710，上述第二场板部72位于上述第一场板部71远离上述第二半导体层30的一侧且与上述第一场板部71之间具有夹角，且上述第二场板部72至少罩设第一边界线以及第一表面中与上述第一边界线相邻的两个边界线的部分，上述第一表面为上述栅极50的远离上述第二半导体层30的表面，上述第一边界线为上述第一表面与上述栅极50的靠近上述第一场板部71的侧面的公共线，上述第一平面为上述栅极50的远离上述第二半导体层30的表面所在的平面，由于栅极和漏极之间的电场的最大处在第一边界线与相邻的两个边界线形成的拐角处。

为了实现在提高器件的工作电压的同时，进一步降低栅极的寄生电容，本申请的一种实施例中，如图2所示，上述空气间隔还包括第二空气间隔720，上述第二场板部72的靠近上述栅极50的表面与上述栅极50的远离上述第二半导体层30的表面之间具有上述第二空气间隔720，实际上该第二空气间隔就是栅极50的上表面上方的钝化层60与第二场板部72的下表面之间的间隔。

本申请的再一种实施例中，如图2所示，上述钝化层60覆盖上述第二半导体层30的裸露表面和上述栅极50的裸露表面，这样可以进一步抑制电流崩塌，且上述钝化层60中具有凹槽，上述凹槽与上述第二半导体层30之间的上述钝化层60形成上述钝化部61，上述第一场板部71位于上述凹槽中。这样不仅可以降低栅极靠近电极处的电场强度，提高器件的工作电压，钝化层还能够更好地保护栅极等结构，进一步保证了器件的可靠性。

为了以更简单的方式形成上述的第一空气间隔，本申请的一种实施例中，如图2所示，上述第一场板部71的靠近上述栅极50的侧壁与上述凹槽的靠近上述栅极50的侧壁之间的间隔为上述第一空气间隔710，实际上，第一空气间隔710为栅极50侧壁上的钝化层60的侧壁与第一场板部71的侧壁之间的间隔。当然，本申请的第一空气间隔并不限于上述的图2中的形式，还可以是其他的形式。

本申请的又一种实施例中，如图2所示，上述第一场板部71的高度大于上述凹槽的深度。这样可以进一步简化第二场板部的制作难度，进一步保证了第二空气间隔较大，进而进一步降低了栅极寄生电容。

为了简化场板的制作难度，本申请的一种实施例中，如图2所示，上述场板70为l型场板70，上述第一场板部71为竖直场板部，上述第二场板部72为水平场板部，即第一场板部71和第二场板部72之间的夹角为90°。当然，本申请的场板并不限于上述结构的场板，还可以是其他结构的场板，例如，第一场板部和第二场板部之间的夹角不是90°，而是45°等等；再例如，第一场板部和第二场板部可以是曲面形成的，还可以是曲面和平面共同形成；又例如，上述第一场板部与钝化部之间的夹角为75°。

需要说明的是，本申请的上述l型场板实际上就是形状为l型，但是并不等同于与字母“l”相同，如图1至图3所示，该l型场板实际上是字母“l”经过对称形成的。

本申请的再一种实施例中，上述第二场板部72罩设在上述第一表面的远离上述第二半导体层30的一侧，即第二场板部罩设在栅极的上方，也即上述栅极50的远离上述第二半导体层30的表面位于上述第二场板部72在上述第一平面上的投影的内部，如图2所示。这样可以进一步降低栅极边缘的电场强度，其中，上述第一平面为上述栅极50的远离上述第二半导体层30的表面所在的平面。

一种具体的实施例中，上述hemt还包括设置在上述第二半导体层30的远离上述第一半导体层20的表面上的两个电极40，两个上述电极40分别位于上述栅极50的两侧，两个上述电极40分别为源极41和漏极42，如图2和图3所示。

为了降低栅极和漏极之间寄生电容，本申请的一种实施例中，如图2和图3所示，上述第一场板部71位于上述栅极50和上述漏极42之间。

为了进一步保证对第二半导体层和场板进行良好的隔离，且进一步降低栅极靠近电极处的电场强度，本申请的一种实施例中，上述钝化部的厚度在5～10nm之间。

本申请中的钝化层的材料可以选择现有半导体领域中的常规的绝缘介质材料，比如氮化硅和/或二氧化硅，只要能起到绝缘隔离的作用即可。

本申请的一种具体的实施例中，上述钝化层的材料包括氮化硅。

本申请中的第一半导体层和第二半导体层的材料可以是现有技术中的任何可以形成二维电子气的两种半导体材料，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的材料形成本申请的第一半导体层和第二半导体层。

本申请的一种具体的实施例中，上述第一半导体层的材料包括gan，上述第二半导体材料包括algan，这样的hemt不仅具开关速度极高约为几个纳秒的优势，同时ganhemt开关器件具有大的功率容量，高的导热率、强的耐高温特性以及抗辐照能力等优点。

本申请中的场板的材料可以选自现有技术中任何可以作为场板的材料，即选自现有技术中任何导电材料，上述场板的材料与栅极以及其他两个电极的材料可以相同，也可以不同。

本申请中的hmet的制作工艺可以采用现有技术中的任何可行的工艺制作，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的工艺形成本申请的hemt。

本申请中的一种具体的实施例中，如图3所示，上述hemt还包括成核层80、空间插入层90和帽层100，上述成核层80位于上述第一半导体层20和上述衬底10之间，上述空间插入层90位于上述第一半导体层20和第二半导体层30之间，帽层100设置在第二半导体层30的远离第一半导体层20的表面上。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例来说明本申请的技术方案。

实施例

hemt的结构如图3所示，具体地，该hemt包括衬底10、成核层80、第一半导体层20、空间插入层90、第二半导体层30、帽层100、栅极50、源极41、漏极42，钝化层60、场板70。

具体地，上述衬底10为碳化硅衬底，成核层80为aln层，且厚度为20nm，上述第一半导体层20为gan层，厚度为2μm，空间插入层90为aln层，且厚度为1nm，第二半导体层30为algan，厚度为20nm，帽层100为gan层，厚度为2nm，钝化层60具有凹槽，凹槽下方为钝化部，钝化部61的厚度为10nm，钝化层60的其他位置处的厚度为120nm，钝化层60为氮化硅层，栅极50为镍层和金层叠置形成的，源极41和漏极42为钛层、铝层、镍层以及金层叠置形成的，场板70为钛层和金层叠置形成的；场板70为l型场板，且包括第一场板部71和第二场板部72，其中，第一场板部71为竖直场板部，第一场板部的高度为0.35μm，第二场板部72的长度为0.7μm，且第二场板部72罩设在栅极50上方，第二场板部72为水平长场板部，第一场板部71和栅极50之间具有第一空气间隔710，第二场板部72和栅极50之间形成第二空气间隔720。

该hemt中的场板设置在钝化层的凹槽中，这样可以改变栅边缘的电场分布，拓宽耗尽层宽度，降低栅极靠近漏端的电场强度，从而进一步提高器件的击穿电压，即提高器件的工作电压；增大器件的输出功率。

且该hemt使得栅极和场板之间不仅仅只具有钝化层的材料，还包括第一空气间隔和第二空气间隔，由于空气具有较低的介电常数，从而可以降低栅极的寄生电容。提高器件的频率特性，实现高频性能。

对比例1

与实施例的区别在于：hemt中，钝化层覆盖栅极、源极和漏极，场板设置在钝化层的远离栅极的表面上。

对比例2

与对比例1的区别在于：hemt中不包括场板。

采用atlas模拟实施例、对比例1和对比例2的hemt的电场强度分布，模拟实施例和对比例1的hemt的电场强度分布以及不同栅压vgs下的栅漏寄生电容cgd，得到图4与图5的曲线。由这两个图中，可以很明显地看出，该实施例中的hemt的寄生电容更小且电场强度更小。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

本申请的hemt中，将场板设置在钝化部上，且该场板下方的钝化层的厚度较小，即在垂直方向上缩短了场板和第二半导体层之间的距离，这样可以有效调节栅边缘的电场强度，拓宽耗尽层宽度，从而进一步提高器件的击穿电压，即提高器件的工作电压，增大器件的输出功率；且还能够有效地降低栅极的寄生电容。从而实现了提高器件的工作电压的同时保证了器件的寄生电容较小。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。