[发明专利]晶体管器件及其制备方法

说明书

本申请实施例提供一种晶体管器件及其制备方法，该晶体管器件包括制作于衬底上的外延层、制作于外延层上的栅介质层。在栅介质层上制备有贯穿其中的栅凹槽，其中，该栅凹槽远离外延层的开口的宽度大于靠近外延层的开口的宽度，并且，该栅凹槽的内侧壁呈包含至少两个台阶的阶梯状。如此，通过斜坡状且包含多台阶的栅凹槽，可避免电场在栅凹槽处的突变，减缓电场的变化幅度，改善电场尖峰效应，进而提高器件可靠性。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及微一种晶体管器件及其制备方法。

背景技术

第三代半导体材料GaN由于具有大禁带宽度(3.4eV)、高电子饱和速率(2×10⁷cm/s)、高的击穿电场(1×10¹⁰～3×10¹⁰V/cm)、较高热导率、耐腐蚀和抗辐射性能等成为当前研究热点，具有广阔的应用前景。尤其是AlGaN/GaN异质结结构的高电子迁移率晶体管(High electron mobility transistors，HEMT)具有高频、高功率密度以及高工作温度等优点，在高温器件及大功率微波器件方面已显示出了较大的优势，在追求器件高频率、高压、高功率等方面吸引了众多的研究。

器件的稳定性和可靠性是决定器件能否大规模实用化的决定性因素。目前虽已有GaN基HEMT功率器件产品出售，但GaN基HEMT器件的稳定性和可靠性研究仍处于初期阶段，是当前国际研究热点，尚未建立完整、科学的测试和评价体系。AlGaN/GaN HEMT器件工作时会受到强电场和大电流的反复冲击，较高的结温和高温应用时的工作环境也会对器件性能产生影响。因此GaN基HEMT器件在电应力和高温下的退化机理是非常重要的问题。

当前发现在AlGaN/GaN HEMT器件中存在电流崩塌现象，该现象是当前影响GaN基HEMT器件稳定性和实用化的最突出问题。这种电流崩塌现象会导致器件输出电流减小、导通电阻增加、输出功率下降，进而导致器件的性能恶化。虽然目前针对类似电学退化现象进行了大量研究，并提出了诸多退化机制。但是，器件的电学特性退化现象有多重表现形式，迄今为止，尚无一种完整理论可同时解释所有的退化现象。栅电极工艺已成为制作高性能的GaN基HEMT的最复杂、最核心的工艺，其工艺质量直接影响器件的功率、增益、效率、稳定性及可靠性等方面性能。在器件的电学特性退化原因分析统计发现栅电极退化因素占比最大，典型如栅极漏电增加、栅槽边缘衬底退化、栅金属向衬底扩散等。

发明内容

为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请实施例提供一种晶体管器件及其制备方法。

第一方面，本发明实施例提供一种晶体管器件，包括：

衬底；

基于所述衬底制作形成的外延层；

在所述外延层远离所述衬底的一侧制作形成的栅介质层；

其中，所述栅介质层上开设有贯穿其中的栅凹槽，所述栅凹槽远离所述外延层的开口的宽度大于靠近所述外延层的开口的宽度，所述栅凹槽的内侧壁呈包含至少两个台阶的阶梯状。

在可选的实施方式中，所述晶体管器件还包括：

填充于所述栅凹槽内且与所述外延层接触的栅电极；

贯穿所述栅介质层且与所述外延层接触的源电极和漏电极，所述源电极和所述漏电极分别位于所述栅电极的两侧。

在可选的实施方式中，所述栅凹槽的侧壁倾斜角度为25度-75度。

在可选的实施方式中，所述栅介质层为包含相同致密性的介质材料的单介质层。

在可选的实施方式中，所述栅电极包括：

填充于所述栅凹槽内的栅金属；

形成于所述栅介质层上除所述栅金属之外的区域上的钝化介质层；