[發明專利]具有縱向柵極結構的常關型HEMT器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201610109041.3
• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105576020B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 黃火林;孫仲豪;梁紅偉;夏曉川;杜國同;邊繼明;胡禮中
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/423;H01L29/10;H01L21/28
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 裴毓英

本發明涉及半導體器件領域，提供一種具有縱向柵極結構的常關型HEMT器件及其制備方法，所述HEMT器件包括：層疊設置的襯底、緩沖層、i?GaN層、柵介質層和鈍化層，i?GaN層一端、且背離緩沖層的一側為階梯形；包覆在階梯形下層和柵介質層之間的源電極；包覆在階梯形上層和柵介質層之間的勢壘層和漏電極；包覆在柵介質層和鈍化層之間的柵電極，柵電極的截面呈“Z”字形，柵電極的上平面位于階梯形上層的上方，下平面位于階梯形下層的上方；依次穿過鈍化層和柵介質層且與源電極接觸的源電極焊盤；依次穿過鈍化層和柵介質層且與漏電極接觸的漏電極焊盤。本發明能減小柵極開啟溝道的長度，降低器件的柵極導通電阻,實現常關型操作。

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，尤其涉及一種具有縱向柵極結構的常關型HEMT器件及其制備方法。

背景技術

功率開關器件是電力電子技術的核心元件，目前已經被廣泛應用在工業生產和社會生活的許多領域。隨著全球環境和能源問題的日益突出，研究下一代高性能低損耗的功率開關器件是提高電能利用率、緩解全球能源危機的有效途徑之一。下一代功率開關器件要求器件具有高的性能指標穩定性、低的柵極導通電阻、高的開關速率，并且從安全節能和簡化電路設計方面考慮要求具備常關型(增強型)操作特點。下一代技術成熟的常關型功率開關器件將被廣泛應用在電動汽車電機驅動、太陽能和風力發電的逆變器系統、軌道交通的功率變換等民用領域以及雷達發射接收裝置和軍艦上的大功率電力輸運和變換裝置等軍用領域。

在功率開關領域，傳統的硅(Si)基功率器件性能已經接近材料的理論極限。以氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)為代表的下一代寬禁帶半導體材料具有大的帶隙、高的臨界擊穿電場、高的飽和電子漂移速率和好的化學穩定性等特點，特別適合制作高性能的新型功率開關器件。其中，GaN材料具有突出的特點，它的異質結構(典型如AlGaN/GaN)界面存在大密度的界面極化電荷，可以誘導出高密度的二維電子氣(2DEG)(＞10¹³cm^-2)。由于溝道材料無故意摻雜，電子在溝道內能夠保持很高的遷移率(＞1000cm²V^-1s^-1)。因此，GaN材料適合制作高電子遷移率晶體管(HEMT)，它的導通電阻只有SiC器件的1/2～1/3，比Si器件低三個數量級以上，因此具有更低的開關損耗和更優的頻率特性。GaN為代表的III-V族材料異質結構(典型如AlGaN/GaN)界面由于存在高密度帶正電的極化電荷，通過極化電場可以誘導材料中的電子并使之束縛在異質結構界面處，形成在二維平面運動的2DEG導電溝道。為了實現GaN材料HEMT器件的常關型操作，目前常規的方法都是基于削弱或者抵消異質結構界面處極化電荷所形成強電場的原理，主要有柵極勢壘層刻蝕形成凹槽柵、氟離子注入勢壘層形成氟化柵以及柵極生長p型蓋帽層三種方案。