[发明专利]HEMT器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及宽禁带半导体氮化镓HEMT(高电子迁移率晶体管)器件，具体来说，涉及利用多个绝缘体浮栅结构增加氮化镓HEMT击穿电压的器件结构设计。

背景技术

第三代半导体氮化镓(GaN)的介质击穿电压远远高于第一代半导体硅(Si)或第二代半导体砷化镓(GaAs)，高达3MV/cm，使其电子器件能承受很高的电压。氮化镓异质结结构的沟道具有很高的电子浓度和电子迁移率，这意味着氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)能在高频率导通高电流，并具有很低的导通电阻。另外，氮化镓是宽禁带半导体，能工作在较高的温度。这些特性使氮化镓HEMT特别适用于制造高频的高功率射频器件和高耐压的开关器件。

氮化镓HEMT器件属于一种平面沟道场效应晶体管，电场会聚集在栅极靠漏极方向的边沿，形成一个电场尖峰。当栅极和漏极之间施加的电压逐步增加，导致这个峰值电场高于氮化镓材料的临界电场时，器件就会被击穿而失效。由于器件的承压是栅极和漏极间电场的积分，相对于均匀分布的电场，栅极边沿的电场峰值越尖锐，器件承受的击穿电压就越小。为了提高器件工作电压，几种常用的缓解栅极边沿的电场尖峰的方法包括：采用场板结构的栅极；在栅极和漏极之间添加浮栅等。

开关器件经常使用在栅极和漏极之间添加浮栅的方法来提高工作电压。图1显示了在氮化镓HEMT上采用这种结构和其对应的电场分布的示意图。浮栅的使用在栅极和漏极之间增加了几个电场尖峰。如果不使用浮栅，电场就只会在栅极边沿形成一个尖峰，其对应的能承受的最高电压就是如图所示的灰色三角区域的面积，也就是电场的积分。添加浮栅后，增加的几个电场尖峰扩大了这个电场积分面积，即升高了击穿电压。

然而，在HEMT结构中，浮栅和其下的半导体(在图1中为AlGaN)形成的是肖特基接触。肖特基接触电极的缺点是在负偏压时漏电流比较高。由于这种漏电流，自由电荷不能在金属浮栅上充分聚集，结果是在浮栅边沿的电场峰值降低。在采用浮栅结构的HEMT中，由于浮栅上存在着漏电流，将导致浮栅产生的电场尖峰的峰值小于理论预计，见图1中虚线所示的电场强度分布。较低的电场峰值意味着其积分所得电压也小于理想情况下的计算。情况严重时，靠近漏极的几个浮栅甚至起不到帮助提高击穿电压的作用(图1)。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了HEMT器件，以及用于制造HEMT器件的方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种HEMT器件，包括：在衬底上的半导体层；在上述半导体层上的隔离层；与上述半导体层接触的源极和漏极；以及在上述隔离层上的栅极和至少一个浮栅，该栅极和至少一个浮栅为双层结构，其中上层为导电层，下层为第一介质层。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造HEMT器件的方法，包括以下步骤：在衬底上沉积半导体层；在上述半导体层上沉积隔离层；形成与上述半导体层接触的源极和漏极；在上述隔离层上的上述源极和漏极之间的区域上沉积第一介质层；在上述第一介质层上形成栅极导体和至少一个浮栅导体；以及将上述栅极导体和至少一个浮栅导体作为掩模，蚀刻上述第一介质层，以形成由上述栅极导体和上述第一介质层构成的叠层栅极，和由上述至少一个浮栅导体和上述第一介质层构成的至少一个叠层浮栅。

优选，上述用于制造HEMT器件的方法还包括：在上述隔离层上覆盖第二介质层，其中上述第二介质层可以完全包裹上述叠层栅极和至少一个叠层浮栅，也可以覆盖在上述叠层栅极和至少一个叠层浮栅之上。

附图说明

相信通过以下结合附图对本发明具体实施方式的说明，能够使人们更好地了解本发明上述的特点、优点和目的，其中：

图1示出了以前的设计，即以前的浮栅结构氮化镓HEMT。

图2示出了本发明的低栅极漏电流、低电流崩塌效应的浮栅结构氮化镓HEMT结构。

图3A-3D示出了制造本发明的氮化镓HEMT器件的工艺流程图。

图4示出了本发明的一种变形：不采用埋栅形式栅极(和浮栅)的结构。

图5示出了本发明的一种变形：具有场板的栅极(和浮栅)结构。

图6示出了本发明的一种变形：在AlGaN隔离层上刻槽的、带场板的栅极结构。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明的各个优选实施例进行详细的说明。