[发明专利]具有纵向栅极结构的常关型HEMT器件及其制备方法

说明书

本发明涉及半导体器件领域，提供一种具有纵向栅极结构的常关型HEMT器件及其制备方法，所述HEMT器件包括：层叠设置的衬底、缓冲层、i‑GaN层、栅介质层和钝化层，i‑GaN层一端、且背离缓冲层的一侧为阶梯形；包覆在阶梯形下层和栅介质层之间的源电极；包覆在阶梯形上层和栅介质层之间的势垒层和漏电极；包覆在栅介质层和钝化层之间的栅电极，栅电极的截面呈“Z”字形，栅电极的上平面位于阶梯形上层的上方，下平面位于阶梯形下层的上方；依次穿过钝化层和栅介质层且与源电极接触的源电极焊盘；依次穿过钝化层和栅介质层且与漏电极接触的漏电极焊盘。本发明能减小栅极开启沟道的长度，降低器件的栅极导通电阻,实现常关型操作。

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种具有纵向栅极结构的常关型HEMT器件及其制备方法。

背景技术

功率开关器件是电力电子技术的核心元件，目前已经被广泛应用在工业生产和社会生活的许多领域。随着全球环境和能源问题的日益突出，研究下一代高性能低损耗的功率开关器件是提高电能利用率、缓解全球能源危机的有效途径之一。下一代功率开关器件要求器件具有高的性能指标稳定性、低的栅极导通电阻、高的开关速率，并且从安全节能和简化电路设计方面考虑要求具备常关型(增强型)操作特点。下一代技术成熟的常关型功率开关器件将被广泛应用在电动汽车电机驱动、太阳能和风力发电的逆变器系统、轨道交通的功率变换等民用领域以及雷达发射接收装置和军舰上的大功率电力输运和变换装置等军用领域。

在功率开关领域，传统的硅(Si)基功率器件性能已经接近材料的理论极限。以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为代表的下一代宽禁带半导体材料具有大的带隙、高的临界击穿电场、高的饱和电子漂移速率和好的化学稳定性等特点，特别适合制作高性能的新型功率开关器件。其中，GaN材料具有突出的特点，它的异质结构(典型如AlGaN/GaN)界面存在大密度的界面极化电荷，可以诱导出高密度的二维电子气(2DEG)(＞10¹³cm^-2)。由于沟道材料无故意掺杂，电子在沟道内能够保持很高的迁移率(＞1000cm²V^-1s^-1)。因此，GaN材料适合制作高电子迁移率晶体管(HEMT)，它的导通电阻只有SiC器件的1/2～1/3，比Si器件低三个数量级以上，因此具有更低的开关损耗和更优的频率特性。GaN为代表的III-V族材料异质结构(典型如AlGaN/GaN)界面由于存在高密度带正电的极化电荷，通过极化电场可以诱导材料中的电子并使之束缚在异质结构界面处，形成在二维平面运动的2DEG导电沟道。为了实现GaN材料HEMT器件的常关型操作，目前常规的方法都是基于削弱或者抵消异质结构界面处极化电荷所形成强电场的原理，主要有栅极势垒层刻蚀形成凹槽栅、氟离子注入势垒层形成氟化栅以及栅极生长p型盖帽层三种方案。