一种HEMT器件及其制作方法与流程

本发明属于半导体功率器件，涉及一种hemt器件及其制作方法。

背景技术：

1、在功率电子领域，氮化镓器件主要为基于铝镓氮/氮化镓的高电子迁移率器件(algan/gan hemt)。得益于铝镓氮/氮化镓异质结中的高浓度二维电子气(2dge)，algan/gan hemt可以获得极高的功率密度和开关速度。

2、请参阅图1，显示为一种铝镓氮/氮化镓高电子迁移率器件的剖面结构示意图，包括衬底101、gan层102、algan层103、栅介质层104、栅极105、源极106、漏极107及钝化层108，其中，所述gan层102与所述algan层103的界面处形成有二维电子气层109。

3、在algan/gan hemt器件设计方面，由于其主要基于横向的二维电子气(2deg)沟道实现导通，故不同于硅基垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(si vdmos)、硅基绝缘栅双极型晶体管(si igbt)等传统功率电子器件，algan/gan hemt具有横向的器件结构。因此，器件所有的源(source)、漏(drain)、栅(gate)极均需要布置于gan晶片的正上方以实现功能。

4、传统的algan/gan hemt横向器件主要为插指结构，插指结构作为最常见的横向功率器件结构，具有有源区比例大、连线简单的特点，但传统的插指结构由于单根插指较长，源漏极串联电阻会较大，同时导通情况下金属的电迁移(electromigration)现象也会比较明显，影响了器件的可靠性。岛式结构或桥式结构均将插指结构中的整根插指缩小化到一个个岛式单元里面，该类型结构可以减小寄生电阻及金属电迁移的问题，同时辅以倒装封装也优化了器件的散热性能，但这类结构最大的问题是金属电极所占面积大，有源区比例小，影响了有效面积的使用比例。

5、因此，如何改进hemt器件的结构及制作方法，以减小源漏极串联电阻、提高器件的电流密度，并使功能单元在器件整体布局时更为灵活多变，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

6、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本技术的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本技术的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种hemt器件及其制作方法，用于解决现有hemt器件有效面积的使用比例较低、源漏极串联电阻较大、布局不灵活等问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种hemt器件，包括：

3、半导体层，所述半导体层包括自下而上依次层叠的第一材料层与第二材料层，所述第一材料层与所述第二材料层的界面处含有二维电子气；

4、至少一栅极结构，位于所述第二材料层上，所述栅极结构包括自下而上依次层叠的栅极材料层与栅极金属层，所述栅极结构划分为栅极汇流区、四个栅极环区及四个连接区，所述四个栅极环区均匀分布于所述栅极汇流区的四周，每一所述栅极环区通过一所述连接区与所述栅极汇流区连接；

5、第一绝缘层，位于所述第二材料层上并覆盖所述栅极结构；

6、点状漏极接触通孔，位于所述栅极环区围成的区域内并贯穿所述第一绝缘层以显露所述第二材料层；

7、环状源极接触通孔，环设于所述栅极环区周围并贯穿所述第一绝缘层以显露所述第二材料层，所述源极接触通孔还开设有容许所述连接区穿过的缺口；

8、漏极欧姆接触金属层，位于所述漏极接触通孔中；

9、源极欧姆接触金属层，位于所述源极接触通孔中。

10、可选地，还包括：

11、第二绝缘层，覆盖所述漏极欧姆接触金属层、所述源极欧姆接触金属层及所述第一绝缘层；

12、源极通孔、漏极通孔及栅极通孔，所述源极通孔位于所述源极欧姆接触金属层上方并贯穿所述第二绝缘层以显露所述源极欧姆接触金属层，所述漏极通孔位于所述漏极欧姆接触金属层上方并贯穿所述第二绝缘层以显露所述漏极欧姆接触金属层，所述栅极通孔位于所述栅极汇流区上方并贯穿所述第一绝缘层与所述第二绝缘层以显露所述栅极金属层；

13、往x方向延伸并在y方向上间隔设置的源极互连线、漏极互连线及栅极互连线，所述x方向与所述y方向均平行于所述半导体层所在平面并相互垂直，所述源极互连线还填充进所述源极通孔以与所述源极欧姆接触金属层连接，所述漏极互连线还填充进所述漏极通孔以与所述漏极欧姆接触金属层连接，所述栅极互连线还填充进所述栅极通孔以与所述栅极金属层连接。

14、可选地，所述hemt器件中一个所述栅极环区对应一个栅控制单元，每一所述栅极结构对应的四个所述栅控制单元组成一功能单元，一所述功能单元的四个所述栅控制单元排列成两行两列，位于不同行的所述栅控制单元经过不同的所述漏极互连线，其中，所述行的方向为所述x方向，所述列的方向为所述y方向。

15、可选地，所述hemt器件包括排列成至少两行及至少两列的多个所述功能单元，所述源极互连线位于相邻两行所述功能单元之间。

16、可选地，所述hemt器件还包括位于所述源极互连线、所述漏极互连线及所述栅极互连线上方的漏极焊盘、源极焊盘、栅极焊盘及衬底焊盘，所述漏极焊盘与所述漏极互连线电连接，所述源极焊盘与所述源极互连线电连接，所述栅极焊盘与所述栅极互连线电连接，所述衬底焊盘与所述半导体层电连接。

17、可选地，所述半导体层还包括衬底层及位于所述衬底层上的缓冲层，所述第一材料层位于所述缓冲层上。

18、可选地，所述第一材料层的材质包括本征gan，所述第二材料层的材质包括algan。

19、可选地，所述栅极结构还包括覆盖于所述栅极金属层上表面的保护层。

20、可选地，所述漏极欧姆接触金属层还延伸至所述第一绝缘层的上表面，所述源极欧姆接触金属层还延伸至所述第一绝缘层的上表面。

21、本发明还提供一种hemt器件的制作方法，包括以下步骤：

22、提供一半导体层，所述半导体层包括自下而上依次层叠的第一材料层与第二材料层，所述第一材料层与所述第二材料层的界面处含有二维电子气；

23、形成至少一栅极结构于所述第二材料层上，所述栅极结构包括自下而上依次层叠的栅极材料层与栅极金属层，所述栅极结构划分为栅极汇流区、四个栅极环区及四个连接区，所述四个栅极环区均匀分布于所述栅极汇流区的四周，每一所述栅极环区通过一所述连接区与所述栅极汇流区连接；

24、形成覆盖所述栅极结构的第一绝缘层于所述第二材料层上，并形成贯穿所述第一绝缘层的点状漏极接触通孔及环状源极接触通孔以显露所述第二材料层，所述漏极接触通孔位于所述栅极环区围成的区域内，所述源极接触通孔环设于所述栅极环区周围并开设有容许所述连接区穿过的缺口；

25、形成漏极欧姆接触金属层于所述漏极接触通孔中，并形成源极欧姆接触金属层于所述源极接触通孔中。

26、可选地，还包括以下步骤：

27、形成覆盖所述漏极欧姆接触金属层、所述源极欧姆接触金属层及所述第一绝缘层的第二绝缘层；

28、形成源极通孔、漏极通孔及栅极通孔，所述源极通孔位于所述源极欧姆接触金属层上方并贯穿所述第二绝缘层以显露所述源极欧姆接触金属层，所述漏极通孔位于所述漏极欧姆接触金属层上方并贯穿所述第二绝缘层以显露所述漏极欧姆接触金属层，所述栅极通孔位于所述栅极汇流区上方并贯穿所述第一绝缘层与所述第二绝缘层以显露所述栅极金属层；

29、形成往x方向延伸并在y方向上间隔设置的源极互连线、漏极互连线及栅极互连线，所述x方向与所述y方向均平行于所述半导体层所在平面并相互垂直，所述源极互连线还填充进所述源极通孔以与所述源极欧姆接触金属层连接，所述漏极互连线还填充进所述漏极通孔以与所述漏极欧姆接触金属层连接，所述栅极互连线还填充进所述栅极通孔以与所述栅极金属层连接。

30、可选地，还包括于所述源极互连线、所述漏极互连线及所述栅极互连线上方制作漏极焊盘、源极焊盘、栅极焊盘及衬底焊盘的步骤，所述漏极焊盘与所述漏极互连线电连接，所述源极焊盘与所述源极互连线电连接，所述栅极焊盘与所述栅极互连线电连接，所述衬底焊盘与所述半导体层电连接。

31、如上所述，本发明的hemt器件中，栅控制单元采用环形元胞结构，可以实现很小的源漏极串联电阻，在低压gan功率器件的实际应用中，配合双层互连技术，可以实现有源区面积占比的优化，同时可以有效提升器件的电流密度，有利于低压大电流gan hemt器件的量产制造。另外，在本发明的hemt器件中，四个栅控制单元围绕一个栅极汇流区均匀分布，这种四合一的功能单元在器件整体布局时，相较于插指结构更为灵活多变，有利于提升版图设计的效率。