[發明專利]具有柵極靜電防護結構的高電子遷移率晶體管及制作方法

有效

• 申請號: 202010929206.8
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112054056B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 蔣苓利;曾凡明;于洪宇
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/20;H01L29/06;H01L27/02
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 潘登

本發明實施例公開了一種具有柵極靜電防護結構的高電子遷移率晶體管及制作方法。其中具有柵極靜電防護結構的高電子遷移率晶體管包括襯底；設置于襯底一側依次層疊的應力緩沖層和外延層；設置于外延層背離襯底一側的源極、漏極以及p型柵極層；p型柵極層包括第一區域和第二區域，第一區域背離襯底一側依次層疊設置有p型表面蓋層以及柵極，第二區域背離襯底一側依次層疊設置有p型表面蓋層以及陰極，第二區域背離襯底一側還設置有與p型柵極層直接接觸的陽極；陽極與源極電連接，陰極與柵極電連接。本發明實施例的技術方案，有效提高器件柵極靜電放電防護能力，優化器件的電學可靠性。

技術領域

本發明實施例涉及半導體器件技術，尤其涉及一種具有柵極靜電防護結構的高電子遷移率晶體管及制作方法。

背景技術

以氮化鎵(GaN)為代表的第三代半導體材料具有禁帶寬、臨界擊穿電場高、導熱性好、熔點高、電子飽和遷移率高、耐輻射等特點，適用于制作高壓、高功率、高頻、耐高溫、耐輻射等高性能電子器件。其應用包括電力電子器件、射頻器件、光電子器件等領域，是固態照明、存儲、通訊、消費電子產品，以及新能源汽車、智能電網等應用的核心電子元件。目前第三代半導體已經成為科研和產業研究的焦點之一，具有廣闊的應用前景，切合國家節能減排，智能制造，通訊與信息安全的要求。在電力電子和射頻電子應用領域，以鋁鎵氮/鎵氮(AlGaN/GaN)異質結為核心制作的高電子遷移率晶體管(HEMT)具有十分優異的電學特性。尤其是結構中的極化效應會在其異質界面產生濃度達到10¹²cm^-2以上的二維電子氣(2DEG)。且由于溝道內沒有電離雜質散射，其電子遷移率可高達2000cm²/Vs，非常適用于高功率和高頻率電子器件。

從器件工作機理來區分，目前常見的GaN基HEMT器件主要分為兩大類，增強型器件和耗盡型器件。耗盡型器件是指柵極零偏壓下器件溝道已經開啟的HEMT器件，而增強型器件是指柵極零偏壓下溝道關斷的HEMT器件。增強型器件具有柵極零偏壓下常關特性而受到了廣泛的關注。一方面增強型常關器件在掉電保護方面具有安全的保障，另一方面常關器件也會降低靜態功率消耗。AlGaN/GaN基增強型HEMT主要有三種常見實現形式，第一種是p-GaN柵極結構，第二種是柵極氟離子注入結構，第三種是柵極溝槽結構。工作機理都是通過將柵極底部溝道內的二維電子氣耗盡，進而實現常關型器件。其中比較有實用型前景的結構是p-GaN柵極結構，其具有機構簡單，工藝可控等優點。

目前的p-GaN柵極結構雖然簡單可行，但是其也具有許多不足之處。常規p-GaN柵極的HEMT結構，其柵極靜電放電(ESD)防護能力欠佳。容易在較低的靜電作用下即發生失效。

發明內容

本發明提供一種具有柵極靜電防護結構的高電子遷移率晶體管及制作方法，以實現提高器件柵極靜電放電防護能力，優化器件的電學可靠性。

第一方面，本發明實施例提供一種具有柵極靜電防護結構的高電子遷移率晶體管，包括：

襯底；

設置于所述襯底一側依次層疊的應力緩沖層和外延層；

設置于所述外延層背離所述襯底一側的源極、漏極以及p型柵極層；

所述p型柵極層包括第一區域和第二區域，所述第一區域背離所述襯底一側依次層疊設置有p型表面蓋層以及柵極，所述第二區域背離所述襯底一側依次層疊設置有所述p型表面蓋層以及陰極，所述第二區域背離所述襯底一側還設置有與所述p型柵極層直接接觸的陽極；

所述陽極與所述源極電連接，所述陰極與所述柵極電連接。

可選的，所述p型表面蓋層中摻雜物的摻雜濃度恒定且小于所述p型柵極層中摻雜物的摻雜濃度，或者

所述p型表面蓋層中摻雜物的摻雜濃度漸變或階躍跳變，且最大摻雜濃度小于所述p型柵極層中摻雜物的摻雜濃度。