[發明專利]一種耐高壓的HEMT器件及制備方法

在審

• 申請號: 201910340037.1
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110112214A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 鐘敏;程海英;劉煦冉;宋東波;鐘曉偉;張曉洪;史田超;史文華;袁松;章學磊
• 申請（專利權）人: 蕪湖啟迪半導體有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/20
• 代理公司: 蕪湖安匯知識產權代理有限公司 34107
• 代理人: 鐘雪

本發明適用于半導體器件技術領域，提供了一種耐高壓的HEMT器件，從下至上依次包括：襯底；緩沖層；溝道層；勢壘層，勢壘層與溝道層形成異質結，且勢壘層的禁帶寬度大于溝道層的禁帶寬度；源極、柵極及漏極，在柵極和漏極之間的勢壘層內形成有至少一個p型離子注入區，通過調節P型離子注入區調制溝道2DEG，使得2DEG的濃度分布從沿柵極到漏極的方向逐漸減小，但不完全耗盡。本發明可以有效的緩解HEMT器件在高源漏電壓工作狀態下的電場集中效應。與現有的場板技術相比，避免了柵源寄生電容和寄生電阻的引入，且工藝簡單；此外，通過離子注入的工藝來形成p型區對勢壘層表面損傷較小，且縮短p型區與溝道層的距離，能有效提高調制效果。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，提供了一種耐高壓的HEMT器件及其制備方法。

背景技術

GaN HEMT器件在高源漏電壓工作狀態下，電場線通常在柵極靠近漏極一側的邊緣處發生集中，形成一個強電場尖峰，這種局部的強電場會引起柵極泄露電流，導致材料擊穿和器件失效等問題。降低該電場峰值有利于提高器件的擊穿電壓、削弱強電場引起的陷阱效應從而抑制電流崩塌、提高輸出功率和PAE(功率附加效率)。現有技術中，為了達到這一目的，最常用的手段是增加場板結構。例如Wu Y.F.等人利用場板結構首次制備出了30W/mm的GaN HEMTs器件。場板通常與柵極或源極相連，柵場板位于柵極和漏極之間，可降低柵極漏測邊緣的強電場，但會增大柵漏反饋電容，對功率增益有不利影響，源場板在比柵極高度還厚的介質層上延伸到柵漏之間來減小柵極漏測的強電場，但會增加源漏電容；此外，研究者們還提出了多級場板和浮空場板等解決方案。例如在Xing H.等人的“High BreakdownVoltage AlGaN/GaN HEMTs Achieved By Multiple Field Plates”中，描述了采用多場板的場成形技術以改進電場分布。但是，多場板結構無法獲得均勻的電場，而是將原本一個強電場尖峰調節成多個較弱電場尖峰，并且引入了柵-漏電容。實施這種器件結構還會增加器件復雜度和成本；張乃千等人設計了一種浮空場板結構(CN201510363973.6)：利用空氣橋工藝來制備源場板，源場板橫跨柵極，柵源區域及部分柵漏區域后，又與柵漏區域的介質層相連，中間利用空氣進行隔離，該浮空場板對柵漏區域的電場分布進行調制，同時減小了柵源電容和寄生電阻。但源場板與介質層相連的部分靠近漏極一側仍會出現電場集中情況，且空氣橋工藝相對復雜，對器件的可靠性會產生影響。

綜上所述，利用場板技術來調制電場分布集中存在如下問題：1、調制效果不理想，場板的存在會引入新的電場集中區域；2、會引入柵源寄生電容和寄生電阻，增大器件的導通電阻。3、增加器件的復雜程度和工藝成本。

發明內容

本發明提供了一種耐高壓的HEMT器件，旨在解決基于場板來調節電場，會引入柵源寄生電容和寄生電阻，導致器件的導通電阻增大的問題。

為達到上述目的，本發明提出的耐高壓的HEMT器件從下至上依次包括：

襯底；

緩沖層；

溝道層，所述溝道層材料為GaN晶體或InGaN晶體；

勢壘層，勢壘層與溝道層形成異質結，且勢壘層的禁帶寬度大于溝道層的禁帶寬度；

源極、柵極及漏極，在柵極和漏極之間的勢壘層內形成有至少一個p型離子注入區，從柵極到漏極的方向，2DEG濃度分布呈梯度減小。

在本發明的一個實施例中，其中，p型離子注入區距溝道層與勢壘層界面的距離為1-5nm。

在本發明的一個實施例中，其中，從柵極到漏極的方向，離子注入區距溝道層與勢壘層界面的距離越來越小。

在本發明的一個實施例中，其中，從柵極到漏極的方向，離子注入區的注入劑量逐步增多。