一种增强型氮化镓HEMT器件及其制备方法与流程

一种增强型氮化镓hemt器件及其制备方法
技术领域
1.本技术属于功率器件技术领域，尤其涉及一种增强型氮化镓hemt器件及其制备方法。


背景技术：

2.增强型gan hemt标准器件的反向耐压(breakdown voltage)通常由漏极端到栅极端之间的距离决定，当前有许多方法来增加器件的反向耐压，例如，通过设计气桥场板层(air bridge field plate，afp)，即利用桥状金属跨过闸极改变漏极端到栅极端的电场分布，或者是利用栅极顶端变形设计，又称闸极斜场板(slant field plate，sfp)，以改变漏极到栅极端之间的电场分布。
3.然而，目前的afp工艺中，气桥场板层与氮化硅之间无法形成大面积接触，且容易发生脱落导致开路的问题，极大影响了器件的可靠性和性能。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种增强型氮化镓hemt器件及其制备方法，旨在解决气桥场板层与氮化硅之间无法形成大面积接触，且容易发生脱落导致开路的问题。
5.本技术实施例第一方面提供了一种增强型氮化镓hemt器件，所述增强型氮化镓hemt器件包括：
6.从下至上依次层叠设置的氮化镓层、氮化镓帽层以及氮化硅层；
7.设于所述氮化硅层两侧的源极区和漏极区，其中，所述源极区和所述漏极区深入至所述氮化镓层；
8.p型掺杂区，设于所述氮化硅层中，且与所述氮化镓帽层接触；
9.栅极层，设于所述p型掺杂区上，且与所述p型掺杂区的面积相等；
10.场板延伸层，设于所述氮化硅层中，且与所述氮化镓帽层以及所述p型掺杂区不接触；
11.气桥场板层，连接于所述源极区与所述场板延伸层之间。
12.在一个实施例中，所述栅极层与所述p型掺杂区的形状相同，且覆盖于所述p型掺杂区上。
13.在一个实施例中，所述气桥场板层呈凹字形。
14.在一个实施例中，所述场板延伸层的厚度小于所述氮化硅层的厚度。
15.在一个实施例中，所述氮化镓帽层与所述场板延伸层之间的距离大于所述氮化硅层的厚度的20％。
16.在一个实施例中，所述场板延伸层与所述p型掺杂区之间的距离大于所述气桥场板层的长度的20％。
17.在一个实施例中，所述场板延伸层的面积大于所述气桥场板层与所述场板延伸层的接触面积。
18.在一个实施例中，所述氮化镓帽层为algan。
19.本技术实施例第二方面还提供了一种增强型氮化镓hemt器件的制备方法，所述制备方法包括：
20.从下至上依次层叠设置的氮化镓层、氮化镓帽层以及氮化硅层，并在所述氮化硅层两侧形成源极区和漏极区，其中，所述源极区和所述漏极区深入至所述氮化镓层；
21.在所述氮化硅层上形成掺杂沟槽，并在所述掺杂沟槽内形成p型掺杂区；
22.在所述氮化硅层上形成场板外延沟槽；其中，所述场板外延沟槽与所述p型掺杂区之间不接触；
23.填充金属材料在所述p型掺杂区上形成栅极层，并在所述场板外延沟槽内形成场板延伸层；
24.在所述源极区与所述场板延伸层之间制备气桥场板层。
25.在一个实施例中，所述填充金属材料在所述p型掺杂区上形成栅极层，并在所述场板外延沟槽内形成场板延伸层的步骤，包括：
26.采用金属材料沉积工艺在所述p型掺杂区上形成栅极层，并在所述场板外延沟槽内形成场板延伸层。
27.本技术提供的一种增强型氮化镓hemt器件及其制备方法，增强型氮化镓hemt器件包括氮化镓层、氮化镓帽层、氮化硅层、源极区、漏极区、p型掺杂区、栅极层、场板延伸层以及气桥场板层，通过在与p型掺杂区互不接触的位置设置场板延伸层，采用气桥场板层连接于源极区与场板延伸层，可以在形成栅极层时同时沉积金属形成场板延伸层，并通过调节场板延伸层的面积完成漏极端与栅极端之间的电场调节，避免了气桥场板层与氮化硅之间无法形成大面积接触，且容易发生脱落导致开路的问题，提升了功率器件的可靠性和性能。
附图说明
28.图1是本技术实施例提供的增强型氮化镓hemt器件的示例图一；
29.图2是本技术实施例提供的增强型氮化镓hemt器件的示例图二；
30.图3是本技术实施例提供的一种增强型氮化镓hemt器件的制备方法的流程示意图；
31.图4是本技术实施例提供的形成氮化镓层100、氮化镓帽层200、氮化硅层300的示例图；
32.图5是本技术实施例提供的形成p型掺杂区的示例图；
33.图6是本技术实施例提供的对金属掩膜层进行场板延伸层600的示例图；
34.图7是本技术实施例提供的形成气桥场板层700的示例图。
具体实施方式
35.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
36.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可
以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
37.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
38.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
39.本技术实施例提供了一种增强型氮化镓hemt器件，参见图1所示，增强型氮化镓hemt器件包括：氮化镓层100、氮化镓帽层200、氮化硅层300、源极区410、漏极区420、p型掺杂区510、栅极层520、场板延伸层600以及气桥场板层700。
40.具体的，氮化镓层100、氮化镓帽层200以及氮化硅层300从下至上依次层叠设置，源极区410和漏极区420设于氮化硅层300两侧，且源极区410和所述漏极区420深入至氮化镓层100。
41.p型掺杂区510设于氮化硅层300中，且p型掺杂区510与氮化镓帽层200接触，栅极层520设于p型掺杂区510上，且栅极层520与p型掺杂区510的面积相等；场板延伸层600设于氮化硅层300中，且场板延伸层600与所述氮化镓帽层200以及p型掺杂区510不接触；气桥场板层700连接于源极区410与场板延伸层600之间。
42.在本实施例中，通过利用制备栅极层520的光罩在氮化硅层300中制备出用于连接气桥场板层700的场板延伸层600，利用气桥场板层700与场板延伸层600同为金属具有接触良好优点，避免了气桥场板层700与氮化硅层300之间直接接触导致接触不良的问题，并通过对场板延伸层600的面积调节实现了调节漏极端和栅极端之间的电场分布，从而在不增加额外的成本下提升了器件的反向耐压，同时又不会影响器件的可靠性和性能。
43.在一个实施例中，栅极层520与p型掺杂区510的形状相同，且栅极层520覆盖于p型掺杂区510上。
44.在本实施例中，p型掺杂区510可以为p型掺杂的氮化镓材料。具体的，可以通过一个用于制备p型掺杂区510的光罩确定栅极层520的位置，并通过刻蚀掺杂沟槽，从而在掺杂沟槽内填充p型掺杂的氮化镓材料，以在氮化硅层300形成p型掺杂区510。
45.在一个实施例中，气桥场板层700呈凹字形。
46.在本实施例中，凹字形的气桥场板中，其一端连接源极，另一端连接场板延伸层600，且气桥场板层700与第二栅极层520之间具有间隙，该间隙位于凹字形结构的凹槽内。
47.在具体应用中，气桥场板层700与第二栅极层520之间的间隙宽度可以设置为大于第二栅极层520的厚度，其厚度可以根据器件参数需要进行设置。
48.在一个实施例中，所述场板延伸层600的厚度小于所述氮化硅层300的厚度。
49.在本实施例中，参见图2所示，由于场板延伸层600的厚度小于氮化硅层300的厚度，此时场板延伸层600与氮化镓帽层200之间形成寄生电容c1，通过调整场板延伸层600的面积即可实现对寄生电容c1的大小调节，从而实现对器件的反向耐压的调节，同时还克服了传统工艺中由于气桥场板层700与氮化硅层300直接接触导致无法形成大面积接触的问
题。
50.在一些实施例中，可以通过调整场板延伸层600的长度或者宽度，从而得到更大的寄生电容，以提升反向耐压。
51.在一个实施例中，参见图1所示，氮化镓帽层200与场板延伸层600之间的距离大于氮化硅层300的厚度的20％。
52.在本实施例中，由于场板延伸层600设于氮化硅层300中，氮化硅层300由绝缘材料制备，此时氮化镓帽层200与场板延伸层600之间的寄生电容由场板延伸层600的面积以及氮化镓帽层200与场板延伸层600之间的距离决定，通过将氮化镓帽层200与场板延伸层600之间的距离设置为大于氮化硅层300的厚度的20％，可以避免实际制备工艺过程中由于氮化镓帽层200与场板延伸层600之间的距离太近导致的漏电问题。
53.在一个实施例中，参见图1所示，场板延伸层600与p型掺杂区510之间的距离大于气桥场板层的长度的20％。
54.在本实施例中，场板延伸层600与p型掺杂区510之间同样会形成寄生电容，通过设置场板延伸层600与p型掺杂区510之间的距离大于气桥场板层700的长度的20％，可以为了避免两者之间形成寄生电容对器件性能产生影响。
55.在一个实施例中，场板延伸层600的面积大于气桥场板层700与场板延伸层600的接触面积。
56.在本实施例中，场板延伸层600与气桥场板层700均为金属材料，在具体应用中，气桥场板层700为空气桥结构，可以通过栅极层520跨线焊接至场板延伸层600中的指定接触区域，两者之间的接触面积小于场板延伸层600的接触面积。
57.具体的，场板延伸层600中的指定接触区域的宽度也小于场板延伸层600的宽度，可以通过调整光罩的尺寸调整场板延伸层600的宽度，从而调节场板延伸层600与氮化镓帽层200之间的寄生电容，从而得到更大的寄生电容以提高器件的反向耐压，进一步地，可以避免传统的气桥场板层700与氮化硅层300无法很好接触导致接触面积无法增加的问题。
58.在一个实施例中，氮化镓帽层200为algan。
59.本技术实施例还提供了一种增强型氮化镓hemt器件的制备方法，参见图3所示，所述制备方法包括：步骤s100至步骤s500。
60.在步骤s100中，从下至上依次层叠设置的氮化镓层、氮化镓帽层以及氮化硅层，并在所述氮化硅层两侧形成源极区和漏极区。
61.在本实施例中，参见图4所示，氮化镓层100、氮化镓帽层200以及氮化硅层300从下至上依次层叠设置，源极区410和漏极区420设于氮化硅层300两侧，且源极区410和所述漏极区420深入至氮化镓层100。
62.在步骤s200中，在所述氮化硅层上形成掺杂沟槽，并在所述掺杂沟槽内形成p型掺杂区。
63.在本实施例中，参见图5所示，可以通过一个用于制备p型掺杂区510的光罩确定栅极层520的位置，并通过刻蚀掺杂沟槽，从而在掺杂沟槽内填充p型掺杂的氮化镓材料，以在氮化硅层300形成p型掺杂区510。
64.在步骤s300中，在所述氮化硅层上形成场板外延沟槽。
65.在本实施例中，参加图6所示，利用制备p型掺杂区510的光罩301确定，场板外延沟
槽的位置，并通过刻蚀形成场板外延沟槽，所述场板外延沟槽与所述p型掺杂区之间不接触。
66.在本实施例中，场板外延沟槽小于氮化硅层300的厚度。
67.在步骤s400中，填充金属材料在所述p型掺杂区上形成栅极层，并在所述场板外延沟槽内形成场板延伸层。
68.在本实施例中，通过在光罩301的遮盖下沉积金属材料，从而在预先定义的栅极位置形成栅极层520，以及场板外延沟槽内形成场板延伸层600。
69.在一个具体应用实施例中，场板延伸层600的厚度小于氮化硅层300的厚度，由于场板延伸层600的厚度小于氮化硅层300的厚度，此时场板延伸层600与氮化镓之间形成寄生电容，通过调整场板延伸层600的面积即可实现对寄生电容的大小调节，从而实现对器件的反向耐压的调节，同时还克服了传统工艺中由于气桥场板层700与氮化硅层300直接接触导致无法形成大面积接触的问题。
70.在一些实施例中，可以通过调整场板延伸层600的长度或者宽度，从而得到更大的寄生电容，以提升反向耐压。
71.在一个实施例中，氮化镓帽层200与场板延伸层600之间的距离大于氮化硅层300的厚度的20％。
72.在本实施例中，由于场板延伸层600设于氮化硅层300中，氮化硅层300由绝缘材料制备，此时氮化镓帽层200与场板延伸层600之间的寄生电容由场板延伸层600的面积以及氮化镓帽层200与场板延伸层600之间的距离决定，通过将氮化镓帽层200与场板延伸层600之间的距离设置为大于氮化硅层300的厚度的20％，可以避免实际制备工艺过程中由于氮化镓帽层200与场板延伸层600之间的距离太近导致的漏电问题。
73.在步骤s500中，在所述源极区与所述场板延伸层之间制备气桥场板层。
74.在一个实施例中，所述填充金属材料在所述p型掺杂区上形成栅极层，并在所述场板外延沟槽内形成场板延伸层的步骤，包括：采用金属材料沉积工艺在所述p型掺杂区上形成栅极层，并在所述场板外延沟槽内形成场板延伸层。
75.在本实施例中，可以通过在光罩301的遮盖下沉积金属材料，例如金属银、金属铜等，从而在所述p型掺杂区510上形成栅极层520，并在所述场板外延沟槽内形成场板延伸层600。
76.在具体应用中，金属材料沉积工艺可以为旋转蒸镀的方法、极紫外光刻等方法对场板延伸层600的面积进行调节，从而实现对器件的反向耐压进行调节。
77.本技术提供的一种增强型氮化镓hemt器件及其制备方法，增强型氮化镓hemt器件包括氮化镓层、氮化镓帽层、氮化硅层、源极区、漏极区、p型掺杂区、栅极层、场板延伸层以及气桥场板层，通过在与p型掺杂区互不接触的位置设置场板延伸层，采用气桥场板层连接于源极区与场板延伸层，可以在形成栅极层时同时沉积金属形成场板延伸层，并通过调节场板延伸层的面积完成漏极端与栅极端之间的电场调节，避免了气桥场板层与氮化硅之间无法形成大面积接触，且容易发生脱落导致开路的问题，提升了功率器件的可靠性和性能。
78.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各掺杂区区的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能区分配由不同的掺杂区完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的掺杂区，以完成以上描述的全部或者部
分功能。
79.实施例中的各掺杂区可以集成在一个功能区中，也可以是各个掺杂区单独物理存在，也可以两个或两个以上掺杂区集成在一个功能区中，上述集成的功能区既可以采用同种掺杂离子实现，也可以采用多种掺杂离子共同实现。另外，各掺杂区的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本技术的保护范围。上述器件的制备方法中的中掺杂区的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
80.以上所述实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本技术的保护范围之内。