[發(fā)明專利]一種高壓n溝道HEMT器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910948348.6
• 申請日: 2019-10-08
• 公開（公告）號: CN110649096B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅謙;姜玄青;文厚東;孟思遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51232
• 代理人: 葛啟函

一種高壓n溝道HEMT器件，屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域。鑒于在HEMT這類異質(zhì)結(jié)器件上制備超結(jié)有較高的工藝難度，本發(fā)明針對n溝道HEMT器件提出了一種表面超結(jié)結(jié)構(gòu)，通過在器件漂移區(qū)表面制備梳指狀的p型半導(dǎo)體條塊，并將該p型半導(dǎo)體條塊與源極進(jìn)行電學(xué)連接，可在關(guān)斷條件下實(shí)現(xiàn)漂移區(qū)溝道大范圍耗盡，該耗盡區(qū)可耐受較高電壓，從而器件擊穿特性得以增強(qiáng)。另一方面，由于與源極連接的梳指狀p型表面耐壓結(jié)構(gòu)僅覆蓋小部分漂移區(qū)面積，當(dāng)器件導(dǎo)通時，與其關(guān)聯(lián)的寄生電阻和寄生電容也相對較小，這使得器件具有相對較好的直流導(dǎo)通特性和高頻特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體功率器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有與源極連接的梳指狀p型表面耐壓結(jié)構(gòu)的n溝道HEMT器件。

背景技術(shù)

在射頻、功率集成電路領(lǐng)域，隨著電路的集成度不斷提高，電路對器件的各項(xiàng)特性要求也越來越高。在傳統(tǒng)硅器件性能幾乎達(dá)到理論極限的情況下，亟需發(fā)展一種具有高頻、高速、大功率、低噪聲和低功耗等性能的新器件，以滿足高速大容量計算機(jī)和大容量遠(yuǎn)距離通信的要求，半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)器件應(yīng)運(yùn)而生。其中，高電子遷移率晶體管(High ElectronMobility Transistor，HEMT)以其超高速、低功耗等優(yōu)點(diǎn)(尤其在低溫下)，受到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。

HEMT的基本結(jié)構(gòu)就是一個調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)，以n溝道HEMT器件為例，基本的HEMT器件結(jié)構(gòu)如圖1所示，自下而上依次為：襯底、緩沖層、勢壘層和電極。襯底(Substrate)上外延生長緩沖層(Buffer)，然后在緩沖層上生長勢壘層(Barrier)，該勢壘層可以根據(jù)具體情況選擇摻雜與否，而在勢壘層上分布著源極(Source)、柵極(Gate)和漏極(Drain)，源極和漏極一般通過合金化方法實(shí)現(xiàn)與二維導(dǎo)電溝道的歐姆接觸，而柵極與勢壘層形成肖特基接觸。在緩沖層和勢壘層接觸形成異質(zhì)結(jié)界面進(jìn)一步形成的三角形勢阱中存在有二維電子氣(2-DEG)，由于該電子氣遠(yuǎn)離表面態(tài)，同時在空間上和處在勢壘層的雜質(zhì)中心是分離的，不受電離雜質(zhì)散射的影響，所以有高的遷移率，通過柵電壓可以控制三角型勢阱的深度和寬度，從而可以改變二維電子氣的濃度，以達(dá)到控制HEMT電流的目的。另外，如何提高器件的擊穿電壓是本領(lǐng)域的研究重點(diǎn)之一。因?yàn)镠EMT器件在工作狀態(tài)下，柵極和漏極邊緣形成的電場峰會降低器件的擊穿電壓，進(jìn)而限制器件的最大輸出功率。因此，為了將HEMT器件作為功率器件應(yīng)用，高壓HEMT器件的研究意義重大。有鑒于此，目前已經(jīng)發(fā)展出多種耐壓結(jié)構(gòu)，其中場板結(jié)構(gòu)是最常見的一種。但是，場板結(jié)構(gòu)對于工藝精度要求較高，且其對HEMT的擊穿電壓提升有限，這限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。另外，不乏研究者考慮借鑒LDMOS中的超結(jié)結(jié)構(gòu)，提出在HEMT中引入類似的超結(jié)，但是由于HEMT是一種異質(zhì)結(jié)外延器件，在工藝上比傳統(tǒng)Si基器件有更多限制，這造成現(xiàn)有針對HEMT的超結(jié)結(jié)構(gòu)實(shí)際上是一種多層外延結(jié)構(gòu)，工藝難度較大，同時耐壓提升效果也有限。針對這一現(xiàn)狀，發(fā)展一種適用于HEMT的類似于超結(jié)的新型耐壓結(jié)構(gòu)十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中針對HEMT器件提出的耐壓結(jié)構(gòu)存在工藝難度大，擊穿電壓提升有限等缺陷，本發(fā)明提供一種具有與源極連接的梳指狀p型表面耐壓結(jié)構(gòu)的n溝道HEMT器件。

為強(qiáng)化n溝道器件的耐壓特性，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種高壓n溝道HEMT器件，包括：襯底1，設(shè)置在襯底1上表面的緩沖層2，設(shè)置在緩沖層2上表面的勢壘層3和設(shè)置在勢壘層3上表面的柵極4、源極5和漏極6；緩沖層2和勢壘層3在其接觸界面形成異質(zhì)結(jié)，在所述異質(zhì)結(jié)界面上具有二維導(dǎo)電溝道9；所述源極5和漏極6分別設(shè)置在勢壘層3上兩側(cè)且均與所述二維導(dǎo)電溝道9形成歐姆接觸；所述柵極4設(shè)置在源極5和漏極6之間的勢壘層3上且與所述勢壘層3形成肖特基接觸；其特征在于，

柵極4與漏極6之間的勢壘層3上具有表面耐壓結(jié)構(gòu)，所述表面耐壓結(jié)構(gòu)包括多個梳指狀排列的p型半導(dǎo)體塊7，其中每個p型半導(dǎo)體塊7沿柵漏方向延伸；梳指狀排列的p型半導(dǎo)體塊7與所述柵極4與漏極6互不接觸，而與源極5進(jìn)行電連接，使得梳指狀排列的p型半導(dǎo)體塊7與所述源極5相連。