[发明专利]一种斜场板功率器件及斜场板功率器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种斜场板功率器件及斜场板功率器件的制备方法。

背景技术

第三代半导体氮化镓(GaN)材料的击穿电场远高于第一代半导体硅(Si)材料或第二代半导体砷化镓(GaAs)材料，因此基于氮化镓的电子器件能承受更高的工作电压。此外，氮化镓可以与其他III-N族化合物半导体形成的异质结具有高浓度的二维电子气(Two-Dimensional Electron Gas，简称2DEG)沟道，因此，高电压大电流的特性使氮化镓高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，简称HEMT)特别适用于制造大功率电子器件，具有很好的应用前景。

HEMT器件属于一种平面沟道场效应晶体管，其栅极靠近漏极方向的边缘往往聚集大部分电场线，形成一个高电场尖峰，当栅极和漏极之间施加的电压增大时，此处的电场就会迅速增高，使得栅极泄漏电流增大，这种局部区域的高电场很容易引起器件因发生雪崩击穿而失效，从而降低器件的击穿电压。同时，随着时间的增加，高电场也会引起器件表面介质层或半导体材料层退化、变性，进而影响器件工作可靠性，降低器件寿命。

现有技术一般在栅极靠近漏极一侧放置一个场板，以降低器件栅极附近的强电场以提高器件的击穿电压并获得优良的可靠性。图1是现有技术中场板功率器件的结构图，如图1所示，该场板功率器件包括衬底101、顺次堆叠于衬底101上的成核层102、缓冲层103、沟道层104和势垒层105、位于势垒层105上的源极106、漏极107以及位于源极106和漏极107之间的栅极108、位于栅极108上和栅极108与源极106和漏极107之间的势垒层105上的介质层109，以及位于介质层109上的金属场板结构110，所述金属场板110的底部平行于势垒层105，通常与源极106或栅极108连接，在栅漏区域可以产生一个附加电势，可以有效地平抑栅极108接近漏极107边沿附近的电场尖峰，从而提高器件击穿电压及器件可靠性。由于这种场板的底部与器件势垒层105表面是平行的，在减小靠近栅极108边缘的电场尖峰同时，会在场板终端附近形成一个新的较小的电场尖峰，这个新出现的电场尖峰峰值会随着场板长度的增加而增加，容易造成场板终端区域器件击穿或失效，器件击穿问题没有根本解决，只是将矛盾从一个地方转移到了另一个地方，而且场板过长会产生较大的寄生电容，影响器件高频功率特性。

为了改善这种状态，现有技术中，往往采用多层(如三层)依次逐渐走高的场板结构，形成电势的梯度分布。这种梯度分布的场板结构必须由多步光刻、介质沉积、金属沉积等工艺配合完成，制作工艺复杂，同时会增加器件的制造成本。而且，这种多级场板不能使器件表面电场完全均匀分布，从而难以实现最佳的器件性能。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种斜场板功率器件及斜场板功率器件的制备方法，以平抑功率器件表面的高电场尖峰、消除易击穿区域、提高器件的耐压性、改善器件的高频特性并降低制造工艺的复杂性和制造成本。

第一方面，本发明实施例提供了一种斜场板功率器件，所述器件包括

衬底；

位于所述衬底上的多层半导体层；

位于所述多层半导体层上的源极、漏极以及位于源极和漏极之间的栅极；

位于所述栅极上和栅极与源极之间、栅极与漏极之间的多层半导体层上的介质层；

位于所述栅极与漏极之间的介质层上的凹槽，所述凹槽的侧面具有倾斜度；

位于所述凹槽内壁上的斜场板结构。

进一步地，所述多层半导体层包括位于衬底上的成核层，位于成核层上的缓冲层，位于缓冲层上的沟道层，位于沟道层上的势垒层，其中，所述沟道层和所述势垒层形成异质结结构，异质界面处形成有二维电子气，所述源极和漏极分别与二维电子气接触。

进一步地，所述斜场板结构的材料为金属材料。

进一步地，所述斜场板结构与所述源极连接或与所述栅极连接或与一固定电位连接或处于浮空状态。

进一步地，所述斜场板结构的形状包括直线形、曲线形、锯齿形或阶梯形中的任意一种形状或多种形状的组合。

进一步地，所述多层半导体层还包括位于所述沟道层和势垒层之间的插入层。

进一步地，所述插入层的材料为AlN。

进一步地，所述多层半导体层还包括位于缓冲层和沟道层之间的背势垒层。

进一步地，所述背势垒层的材料为AlGaN。

进一步地，所述器件还包括位于所述多层半导体层和栅极之间的栅介质。