具有栅极钝化区的氮化镓HEMT器件及其制备方法与流程

本发明涉及半导体，尤其涉及一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件及其制备方法。

背景技术：

1、氮化镓(gan)属于第三代宽禁带半导体，相比于其他半导体(例如si、gaas等)，gan的主要优势在于较大的禁带宽度以及更高的电子迁移率和饱和速率，且具有很强的自发极化和压电极化效应，algan/gan异质结会形成高密度的二维电子气(2deg，two-dimensionalelectron gas)，2deg的电子迁移率高达2000cm2/v·s，明显高于体电子，依次原理制作的高电子迁移率晶体管hemt(high electron mobility transistor)具有高击穿电压、低导通电阻、高开关频率、高功率密度等优点。

2、为了进一步增加2deg浓度，现在一般采用在栅极上方增加应变层(strain layer)的方案，应变层通过调制algan/gan异质结的应力状态，达到降低旁路电阻，增加2deg浓度的功效，从而有效提高hemt器件的饱和电流密度和器件fom(factor of merit，优值系数)。

3、但应变层虽然增加了2deg浓度，但对于器件栅极(gate)电场的调控带来很大挑战，即器件的栅极附近电场尖峰高，易导致器件击穿，并引起严重的电流崩塌现象。

技术实现思路

1、本发明提供一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件及其制备方法，用以解决现有技术中栅极应变层导致栅极附近电场尖峰高，易导致器件击穿的问题，实现在增加2deg浓度的同时，削弱栅极附近电场尖峰，改善电流崩塌特性。

2、本发明提供一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，包括沟道层、势垒层、应变层、钝化区和栅极；

3、所述势垒层设于所述沟道层之上；

4、所述栅极设于所述势垒层上，并与所述势垒层形成肖特基接触；

5、所述应变层覆盖所述栅极和所述势垒层，所述钝化区覆盖所述栅极，且所述钝化区使得栅极两侧下方的二维电子气的浓度降低。

6、根据本发明提供的一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，所述器件包括p型盖帽层；所述p型盖帽层位于所述栅极与所述势垒层之间。

7、根据本发明提供的一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，所述钝化区为氟离子注入区；所述氟离子注入区是在所述栅极附近的应变层中注入氟离子后形成的。

8、根据本发明提供的一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，所述氟离子注入区中的氟离子的浓度范围为5×1011cm-2至1×1022cm-2。

9、根据本发明提供的一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，位于所述栅极下方的势垒层中的氟离子的浓度分布沿势垒层到沟道层的方向逐渐减小。

10、根据本发明提供的一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，所述氟离子注入区的宽度与所述栅极的宽度之比为2:1。

11、根据本发明提供的一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，靠近源极一侧的氟离子注入区部分区域和靠近漏极一侧的氟离子注入区部分区域的宽度范围为0.25μm至1.5μm，且所述靠近源极一侧的氟离子注入区部分区域的宽度与所述靠近漏极一侧的氟离子注入区部分区域的宽度之比为1:2。

12、根据本发明提供的一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，所述钝化区为氟化石墨烯薄膜。

13、根据本发明提供的一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，所述应变层为sio2或si3n4。

14、根据本发明提供的一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，所述氮化镓hemt器件的最高工作电压为650v。

15、本发明还提供一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件的制备方法，包括：

16、在外延片的中间形成凹部，并在凹部中堆叠生长得到栅极；

17、在设有所述栅极的外延片上生长得到应变层；

18、在所述栅极两侧分别形成凹部，并在凹部中堆叠生长得到源极和漏极；

19、通过光刻工艺在已设有源极和漏极的应变层上制作光刻层；

20、图形化所述光刻层，以使包裹栅极的应变层露出；

21、在包裹上级的应变层中注入氟离子，以形成所述钝化区；

22、去除剩余光刻胶，得到所述具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件。

23、本发明还提供一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件的制备方法，包括：

24、在外延片的中间形成凹部，并在凹部中堆叠生长得到栅极；

25、在设有所述栅极的外延片上生长得到氟化石墨烯薄膜；

26、通过光刻工艺在所述氟化石墨烯薄膜上制作光刻层；

27、图形化所述光刻层，以保留所述栅极附近的氟化石墨烯薄膜，形成钝化区；

28、去除剩余光刻胶，并在包含所述钝化区的外延片上生长得到应变层；

29、在所述栅极两侧分别形成凹部，并在凹部中堆叠生长得到源极和漏极。

30、本发明提供的具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，包括沟道层、势垒层、应变层、钝化区和栅极；所述势垒层设于所述沟道层之上；所述栅极设于所述势垒层上，并与所述势垒层形成肖特基接触，所述应变层覆盖所述栅极和所述势垒层，所述钝化区覆盖所述栅极，且所述钝化区使得栅极两侧下方的二维电子气的浓度降低。与传统的仅使用覆盖在栅极上的应变层来调制algan/gan抑制结(异质结)的应力状态，从而增加2deg(二维电子气)浓度的方案相比，本发明是在栅极附近形成钝化区，该钝化区能够在势垒层(即algan层)中产生“陷阱”负电荷，用于耗尽栅极两侧下方的2deg，从而降低栅极两侧下方的2deg浓度，提高器件击穿场强和改善电流崩塌特性，而其余被应变层覆盖的地方对应的2deg浓度会增加，因此器件整体的饱和电流和优值系数(fom)没有明显变化，但是器件的击穿电压和动态电阻特性可以得到明显的改善。

技术特征：

1.一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，其特征在于，包括沟道层、势垒层、应变层、钝化区和栅极；

2.根据权利要求1所述的具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，其特征在于，所述器件包括p型盖帽层；所述p型盖帽层位于所述栅极与所述势垒层之间。

3.根据权利要求1或2任一项所述的具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，其特征在于，所述钝化区为氟离子注入区；所述氟离子注入区是在所述栅极附近的应变层中注入氟离子后形成的。

4.根据权利要求3所述的具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，其特征在于，

5.根据权利要求4所述的具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，其特征在于，所述氟离子注入区的宽度与所述栅极的宽度之比为2:1。

7.根据权利要求4所述的具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，其特征在于，靠近源极一侧的氟离子注入区部分区域和靠近漏极一侧的氟离子注入区部分区域的宽度范围为0.25μm至1.5μm，且所述靠近源极一侧的氟离子注入区部分区域的宽度与所述靠近漏极一侧的氟离子注入区部分区域的宽度之比为1:2。

8.根据权利要求1或2任一项所述的具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，其特征在于，所述钝化区为氟化石墨烯薄膜。

9.根据权利要求1或2任一项所述的具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，其特征在于，

10.根据权利要求1或2任一项所述的具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件，其特征在于，所述氮化镓hemt器件的最高工作电压为650v。

11.一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件的制备方法，其特征在于，包括：

12.一种具有栅极钝化区的氮化镓hemt器件的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种具有栅极钝化区的氮化镓HEMT器件及其制备方法，该器件包括沟道层、势垒层、应变层、钝化区和栅极；所述势垒层设于沟道层之上；所述栅极设于势垒层上，所述应变层覆盖所述栅极和所述势垒层，所述钝化区覆盖所述栅极，且所述钝化区使得栅极两侧下方的二维电子气的浓度降低。本发明是在栅极附近形成钝化区，该钝化区能够在势垒层中产生“陷阱”负电荷，耗尽栅极两侧下方的2DEG，从而降低栅极两侧下方的2DEG浓度，提高器件击穿场强和改善电流崩塌特性，而其余被应变层覆盖的地方对应的2DEG浓度会增加，因此器件整体的饱和电流和优值系数没有明显变化，但是器件的击穿电压和动态电阻特性可以得到明显的改善。

技术研发人员：李兴俊,郝荣晖,黄敬源
受保护的技术使用者：英诺赛科（珠海）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15