本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種功率半導(dǎo)體器件及其制造方法。
背景技術(shù):
相比常規(guī)的半導(dǎo)體材料,氮化鎵(GaN)作為寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表,具有更寬的禁帶寬度、更高的飽和電子偏移速度、更大的臨界擊穿電場強(qiáng)度和更好的導(dǎo)熱性能等優(yōu)點(diǎn),更重要的是GaN能夠與鋁鎵氮(AlGaN)形成AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié),便于制造高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)器件。
GaN HEMT器件具有高二維電子氣濃度和高擊穿電壓,在高壓供電、電力轉(zhuǎn)換和機(jī)動(dòng)車能量分配管理,通信設(shè)備等諸多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。為使HMET器件發(fā)揮最大的功效,需使器件具有高擊穿電壓與低導(dǎo)通電阻。
現(xiàn)有技術(shù)中GaN HEMT器件通常為平面型結(jié)構(gòu),當(dāng)HEMT器件處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí),柵極施加負(fù)偏壓,漏極施加正偏壓,源極接地,會(huì)導(dǎo)致電場線聚集在柵極靠近漏極一側(cè)的邊緣處,形成電場尖峰。當(dāng)漏極施加的電壓逐漸增加時(shí),會(huì)導(dǎo)致柵極邊緣處的電場尖峰進(jìn)一步增加,當(dāng)高于GaN的臨界擊穿電場強(qiáng)度時(shí),器件就會(huì)在此處被擊穿。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
有鑒于此,本發(fā)明實(shí)施例提供一種功率半導(dǎo)體器件及其制造方法,以解決現(xiàn)有技術(shù)中功率半導(dǎo)體器件擊穿電壓較低的技術(shù)問題。
第一方面,本發(fā)明實(shí)施例提供了一種功率半導(dǎo)體器件,包括:
襯底、位于所述襯底上方的溝道層、位于所述溝道層上方的勢壘層以及位于所述勢壘層上方的源極、柵極和漏極,所述溝道層與所述勢壘層的界面處形成有二維電子氣,所述柵極位于所述源極與所述漏極之間,其特征在于,所述柵極與所述漏極之間的勢壘層內(nèi)形成有至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從所述柵極靠近所述漏極一側(cè)的邊緣處向所述漏極方向延伸,所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的深度從所述柵極到所述漏極的方向逐漸減小。
可選的,所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的深度小于或等于所述勢壘層的厚度。
可選的,所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)包括下述至少一項(xiàng):
直線型結(jié)終端結(jié)構(gòu)、曲線型結(jié)終端結(jié)構(gòu)以及階梯狀結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
可選的,所述功率半導(dǎo)體器件還包括介質(zhì)層,所述介質(zhì)層覆蓋于勢壘層之上。
可選的,所述功率半導(dǎo)體器件還包括源極金屬場板,所述源極金屬場板用于連接所述源極與所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),并且所述源極金屬場板的連接面全部或者部分覆蓋所述凹槽終端結(jié)構(gòu)。
可選的,所述源極金屬場板下方形成有空氣橋或介質(zhì)橋。
第二方面,本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種功率半導(dǎo)體器件的制造方法,包括:
提供一襯底,并在所述襯底上制備溝道層;
在所述溝道層上制備勢壘層,所述溝道層與所述勢壘層界面處形成有二維電子氣;
在所述勢壘層上制備源極、柵極和漏極,所述柵極位于所述源極和所述漏極之間;
在所述柵極與所述漏極之間的勢壘層內(nèi)制備至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從所述柵極靠近所述漏極一側(cè)的邊緣處向所述漏極方向延伸,所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的深度從所述柵極到所述漏極的方向逐漸減小。
可選的,在所述溝道層和所述勢壘層的界面處的上方制備至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),包括:
在所述勢壘層上制備光刻膠層;
使用掩膜版對所述光刻膠層進(jìn)行光刻,顯影后形成厚度變化趨勢與所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層;
刻蝕所述光刻膠層和勢壘層,在所述勢壘層內(nèi)形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
可選的,所述在所述柵極與所述漏極之間的勢壘層內(nèi)制備至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),包括:
在所述勢壘層上制備掩膜層;
在所述掩膜層上制備光刻膠層;
使用掩膜版對所述光刻膠層進(jìn)行光刻并顯影,顯影后形成厚度變化趨勢與所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層;
刻蝕所述光刻膠層與掩膜層,形成厚度變化趨勢與所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的掩膜層;
刻蝕所述掩膜層與勢壘層,在所述勢壘層內(nèi)制備凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
可選的,所述掩膜版為具有遮光點(diǎn)陣的掩膜版,通過調(diào)整所述掩膜版中遮 光點(diǎn)陣的疏密程度控制所述光刻膠層的曝光程度。
本發(fā)明實(shí)施例提供的功率半導(dǎo)體器件及其制造方法,通過在襯底上制備溝道層,在溝道層上制備勢壘層,溝道層與勢壘層界面處形成有二維電子氣,在勢壘層上制備源極、柵極和漏極,柵極位于源極和漏極之間,在柵極與漏極之間的勢壘層內(nèi)制備至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極靠近漏極一側(cè)的邊緣處向漏極方向延伸,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的深度從柵極到漏極的方向逐漸減小。采用上述技術(shù)方案,在柵極與漏極之間的勢壘層內(nèi)制備至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),可以改變功率半導(dǎo)體器件中勢壘層中的電場分布,削弱柵極靠近漏端邊緣處的電場尖峰強(qiáng)度,使電場沿柵極到漏極的分布趨于平緩,從而提升器件的擊穿電壓。
附圖說明
為了更加清楚地說明本發(fā)明示例性實(shí)施例的技術(shù)方案,下面對描述實(shí)施例中所需要用到的附圖做一簡單介紹。顯然,所介紹的附圖只是本發(fā)明所要描述的一部分實(shí)施例的附圖,而不是全部的附圖,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下,還可以根據(jù)這些附圖得到其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的深度與勢壘層厚度的比較示意圖;
圖3a為圖1中A-A’位置處的能帶示意圖,圖3b為圖1中B-B’位置處的能帶示意圖;
圖4為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種具有凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法的流程示意圖;
圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖6為本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖7為本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖8為本發(fā)明實(shí)施例五提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖9為本發(fā)明實(shí)施例六提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚,以下將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖,通過具體實(shí)施方式,完整地描述本發(fā)明的技術(shù)方案。顯然,所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例,而不是全部的實(shí)施例,基于本發(fā)明的實(shí)施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下獲得的所有其他實(shí)施例,均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
此外,在不同的實(shí)施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號(hào)或標(biāo)示,這些重復(fù)僅為了簡單清楚地?cái)⑹霰景l(fā)明,不代表所討論的不同實(shí)施例或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。
實(shí)施例一
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖,具體的,本發(fā)明實(shí)施例一提供一種具有凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件。如圖1所示,所述功率半導(dǎo)體器件包括:
襯底101;
位于襯底101上方的溝道層102;
位于溝道層102上方的勢壘層103;
位于勢壘層103上方的源極104、柵極105和漏極106,溝道層102與勢壘層103的界面處形成有二維電子氣107,柵極105位于源極104與漏極106之間;
柵極105與漏極106之間的勢壘層103內(nèi)形成有至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處向漏極106方向延伸,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108的深度從柵極105到漏極106的方向逐漸減小。
本發(fā)明實(shí)施例中的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)可以為直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)、階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)以及曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的至少一種。本發(fā)明實(shí)施例一具體描述一種直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),本發(fā)明實(shí)施例還可以包括其他結(jié)構(gòu)的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),具體在本發(fā)明的其他實(shí)施例里進(jìn)行介紹。
示例性的,襯底101的材料可以為硅、碳化硅或者藍(lán)寶石,還可以是其他材料。
溝道層102位于襯底101上方,溝道層102的材料可以為GaN或者其他半導(dǎo)體材料,例如InAlN,這里優(yōu)選為GaN。
勢壘層103位于溝道層102上方,勢壘層103的材料可以為AlGaN或其他半導(dǎo)體材料,例如InAlN,這里優(yōu)選為AlGaN。進(jìn)一步的,溝道層102和勢壘層103組成半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),在溝道層102和勢壘層103的界面處形成高濃度二維電子氣107,并且在溝道層102的異質(zhì)結(jié)界面處產(chǎn)生導(dǎo)電溝道。
源極104、柵極105和漏極106位于勢壘層103上方,源極104、漏極106位于勢壘層103的兩端,柵極105位于源極104和漏極106之間。進(jìn)一步的,源極104、漏極106的材質(zhì)可以為Ni、Ti、Al、Au等金屬中的一種或多種的組合,源極104、漏極106與勢壘層103歐姆接觸;柵極105的材質(zhì)可以為Ni、Pt、Pb、Au等金屬中的一種或多種的組合,柵極105與勢壘層103肖特基接觸。進(jìn)一步的,柵極105可以為T型結(jié)構(gòu),且嵌入勢壘層103中,可以減小柵極的 泄漏電流,提升器件擊穿電壓。
柵極105與漏極106之間的勢壘層103內(nèi)形成有一個(gè)直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108,直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處向漏極106方向延伸,直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108具體指的是凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處沿直線方向向漏極106方向延伸,這里對直線的斜率不進(jìn)行限定。直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108的深度從柵極105到漏極106的方向逐漸減小??梢岳斫獾氖牵S著直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108深度的遞減,二維電子氣107的耗盡程度也是逐漸變化的,其耗盡程度與其上的直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108的深度呈正相關(guān)的關(guān)系,即柵極105沿漏極106方向其耗盡程度逐漸降低,并逐漸恢復(fù)至正常的二維電子氣濃度。直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108可調(diào)節(jié)其下方勢壘層103中的電場分布,削弱柵極105靠近漏端106邊緣處的電場尖峰強(qiáng)度,使電場沿在柵極105到漏極106的分布趨于平緩,從而提升器件的擊穿電壓。
本發(fā)明實(shí)施例一提供的功率半導(dǎo)體器件,具體為一種具有凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件,當(dāng)有外加電壓加載到功率半導(dǎo)體器件的漏極上時(shí),該凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)可以對器件勢壘層表面電場分布進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)在靠近柵極邊緣處深度最大,此處溝道層與勢壘層界面處二維電子氣的耗盡程度最大,故此處的電場峰值得到最大的抑制。同時(shí)由于凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的深度在靠近漏極方向逐漸減小,使靠近漏極方向處的溝道層與勢壘層界面處二維電子氣耗盡程度逐漸減小,并最終恢復(fù)至沒有耗盡時(shí)的二維電子氣濃度。因此凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)邊緣的電場線不會(huì)突然增加至很密集,不會(huì)在凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)邊緣引入新的電場尖峰。柵極和漏極之間勢壘層表面電場在更大范圍內(nèi)平滑過渡,源極和漏極之間勢壘層半導(dǎo)體承受的電壓相近,提高了器件的擊穿電壓。而在整個(gè)勢 壘層溝道層界面處形成了凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)下耗盡程度漸變和其它部位保持高二維電子氣濃度不變的結(jié)構(gòu),從而獲得高遷移率、高擊穿電壓的HEMT器件。
進(jìn)一步的,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108的深度小于或等于勢壘層103的厚度。具體的,如圖2所示,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108的深度沿豎直方向,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108的深度可以用H1表示,勢壘層103的厚度可以用H2表示,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108的深度小于或等于勢壘層103的厚度,即H1≤H2。
進(jìn)一步的,圖3a為圖1中A-A’位置處的能帶示意圖,圖3b為圖1中B-B’位置處的能帶示意圖,其中,Ec表示導(dǎo)帶,Ef表示費(fèi)米能級(jí),Ev表示價(jià)帶。從圖中可以看出,深度較大處的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)對應(yīng)的勢壘層厚度較小,對其下勢壘層與溝道層界面處的二維電子氣的耗盡作用更強(qiáng),如圖3a A-A’處的能帶示意圖所示,而深度較小的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)對應(yīng)的的二維電子氣的耗盡程度較小,如圖3b B-B’處的能帶示意圖所示,相比較于圖A-A’位置處的能帶圖,圖3b B-B’中費(fèi)米能級(jí)上移,費(fèi)米能級(jí)更接近于溝道層半導(dǎo)體導(dǎo)帶底部,因此此處的二維電子氣濃度更大。從凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)中凹槽深度最小處到凹槽深度最大處,其下的二維電子氣濃度逐漸減小,勢壘層厚度最小處,即柵極靠近漏極處的二維電子氣耗盡程度最大,故此處電場峰值有顯著降低。同時(shí),隨著凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)中凹槽深度的逐漸增大,對二維電子氣耗盡的作用減小,因此具有凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件既可以保持低的溝道導(dǎo)通電阻,又可以滿足調(diào)制電場強(qiáng)度,提升器件擊穿電壓。
本發(fā)明實(shí)施例一還提供一種功率半導(dǎo)體器件的制造方法,具體的,所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)可以為直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)、階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)以及曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的至少一種。本發(fā)明實(shí)施例一具體描述一種具有直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法,本發(fā)明實(shí)施例還可以包括其他結(jié)構(gòu)的 凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法,具體在本發(fā)明的其他實(shí)施例里進(jìn)行介紹。
如圖4所示,本發(fā)明實(shí)施例一提供的直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法可以包括以下步驟:
S410:提供一襯底,并在所述襯底上制備溝道層。
示例性的,襯底101的材料可以為硅、碳化硅或者藍(lán)寶石,還可以是其他材料??蛇x的,溝道層102的材料可以為GaN或者其他半導(dǎo)體材料,例如InAlN,這里優(yōu)選為GaN。
S420:在所述溝道層上制備勢壘層,所述溝道層與所述勢壘層界面處形成有二維電子氣。
示例性的,勢壘層103的材料可以為AlGaN或其他半導(dǎo)體材料,例如InAlN,這里優(yōu)選為AlGaN。進(jìn)一步的,溝道層102和勢壘層103組成半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu),在溝道層102和勢壘層103的界面處形成高濃度二維電子氣107,并且在溝道層102的異質(zhì)結(jié)界面處產(chǎn)生導(dǎo)電溝道。
S430:在所述勢壘層上制備源極、柵極和漏極,所述柵極位于所述源極和所述漏極之間。
示例性的,在勢壘層103上制備源極104、柵極105和漏極106,源極104、漏極106位于勢壘層103的兩端,柵極105位于源極104和漏極106之間。進(jìn)一步的,源極104、漏極106的材質(zhì)可以為Ni、Ti、Al、Au等金屬中的一種或多種的組合,源極104、漏極106與勢壘層103歐姆接觸;柵極105的材質(zhì)可以為Ni、Pt、Pb、Au等金屬中的一種或多種的組合,柵極105與勢壘層103肖特基接觸。進(jìn)一步的,柵極105可以為T型結(jié)構(gòu),且嵌入勢壘層103中,可以減小柵極的泄漏電流,提升器件擊穿電壓。
S440:在所述柵極與所述漏極之間的勢壘層內(nèi)制備至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從所述柵極靠近所述漏極一側(cè)的邊緣處向所述漏極方向延伸,所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的深度從所述柵極到所述漏極的方向逐漸減小。
示例性的,在柵極105和漏極106之間的勢壘層103上制備至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處向漏極106方向延伸,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108的深度從柵極105到漏極106的方向逐漸減小。
可選的,所述在溝道層和勢壘層的界面處的上方制備至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),可以包括:
在所述勢壘層上制備光刻膠層;
使用掩膜版對所述光刻膠層進(jìn)行光刻,顯影后形成厚度變化趨勢與所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層;
刻蝕所述光刻膠層與勢壘層,在所述勢壘層內(nèi)形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
示例性的,在勢壘層上制備光刻膠層,所述光刻膠層覆蓋在所述勢壘層上方,使用掩膜版光刻并顯影后形成厚度變化趨勢與上述直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層??蛇x的,可以使用具有遮光點(diǎn)陣的掩膜版,通過調(diào)整所述掩膜版中遮光點(diǎn)陣的疏密程度呈直線型遞減,控制所述光刻膠層的曝光程度,形成直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極到遠(yuǎn)離柵極逐步減少曝光度的掩模設(shè)計(jì),最終形成與上述直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層??涛g所述光刻膠層與勢壘層,形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
可選的,所述在所述柵極與所述漏極之間的勢壘層內(nèi)制備至少一個(gè)凹槽結(jié) 終端結(jié)構(gòu),還可以包括:
在所述勢壘層上制備掩膜層;
在所述掩膜層上制備光刻膠層;
使用掩膜版對所述光刻膠層進(jìn)行光刻并顯影,顯影后形成厚度變化趨勢與所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層;
刻蝕所述光刻膠層和掩模層,形成厚度變化趨勢與所述凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的掩膜層;
刻蝕所述掩膜層和勢壘層,在所述勢壘層內(nèi)制備凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
示例性的,在勢壘層上制備掩模層,在所述掩模層上制備光刻膠層,所述掩模層覆蓋在所述勢壘層上方,所述光刻膠層覆蓋在所述掩模層上方,使用掩膜版光刻并顯影后形成厚度變化趨勢與上述直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層??蛇x的,可以使用具有遮光點(diǎn)陣的掩膜版,通過調(diào)整所述掩膜版中遮光點(diǎn)陣的疏密程度呈直線型遞減,控制所述光刻膠層的曝光程度,形成直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極到遠(yuǎn)離柵極逐步減少曝光度的掩模設(shè)計(jì),最終形成與上述直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層??涛g所述光刻膠層與掩膜層,形成厚度變化趨勢與上述直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的掩膜層??涛g所述掩模層與勢壘層,形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明實(shí)施例提供的功率半導(dǎo)體器件的制造方法,通過在襯底上制備溝道層,在溝道層上制備勢壘層,溝道層與勢壘層界面處形成有二維電子氣,在勢壘層上制備源極、柵極和漏極,柵極位于源極和漏極之間,在柵極與漏極之間的勢壘層內(nèi)制備至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極靠近漏極一 側(cè)的邊緣處向漏極方向延伸,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的深度從所述柵極到所述漏極的方向逐漸減小。采用上述技術(shù)方案,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)邊緣的電場線不會(huì)突然增加至很密集,不會(huì)在凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)邊緣引入新的電場尖峰,從而獲得高遷移率、高擊穿電壓的HEMT器件。
實(shí)施例二
圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖,具體的,本發(fā)明實(shí)施例二提供一種具有階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件。本實(shí)施例以上述實(shí)施例一為基礎(chǔ),在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),具體為對凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的形狀進(jìn)行改進(jìn)。如圖5所述,所述功率半導(dǎo)體器件包括:
襯底101;
位于襯底101上方的溝道層102;
位于溝道層102上方的勢壘層103;
位于勢壘層103上方的源極104、柵極105和漏極106,溝道層102與勢壘層103的界面處形成有二維電子氣107,柵極105位于源極104與漏極106之間;
柵極105與漏極106之間的勢壘層103內(nèi)形成有一個(gè)階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)508,階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)508從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處向漏極106方向延伸,階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)508具體值得是凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處呈階梯上升狀向漏極106方向延伸,這里對階梯的具體個(gè)數(shù)不進(jìn)行限定。階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)508的深度從柵極105到漏極106的方向逐漸減小。
本發(fā)明實(shí)施例二提供的功率半導(dǎo)體器件,具體為一種具有階梯狀凹槽結(jié)終 端結(jié)構(gòu)的HEMT器件,與本發(fā)明實(shí)施例一提供的具有直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件所起的作用相比,其對勢壘層和溝道層界面處二維電子氣的耗盡也是漸變的,當(dāng)有外加電壓加載到功率半導(dǎo)體器件的漏極上時(shí),該凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)可以對器件勢壘層表面電場分布進(jìn)行調(diào)節(jié),從而獲得高遷移率、高擊穿電壓的HEMT器件。
本發(fā)明實(shí)施例二還提供一種功率半導(dǎo)體器件的制造方法,具體為一種具有階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法,與實(shí)施例一提供的直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法的區(qū)別在于,可以使用掩膜版光刻并顯影后形成厚度變化趨勢與上述階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層??蛇x的,可以使用具有遮光點(diǎn)陣的掩膜版,通過調(diào)整所述掩膜版中遮光點(diǎn)陣的疏密程度成階梯狀遞減,控制所述光刻膠層的曝光程度,形成階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極到遠(yuǎn)離柵極逐步減少曝光度的掩模設(shè)計(jì),最終形成與上述階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層,刻蝕所述光刻膠層與勢壘層,形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。還可以是刻蝕所述光刻膠層與掩膜層,形成厚度變化趨勢與上述階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的掩膜層。刻蝕所述掩模層與勢壘層,形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的階梯狀凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例三
圖6為本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖,本發(fā)明實(shí)施例三提供一種具有曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件,具體的,本發(fā)明實(shí)施例三提供一種具有下凹曲線型的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件。本實(shí)施例以上述實(shí)施例一和實(shí)施例二為基礎(chǔ),在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),具體為 對凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的形狀進(jìn)行改進(jìn)。如圖6所述,所述功率半導(dǎo)體器件包括:
襯底101;
位于襯底101上方的溝道層102;
位于溝道層102上方的勢壘層103;
位于勢壘層103上方的源極104、柵極105和漏極106,溝道層102與勢壘層103的界面處形成有二維電子氣107,柵極105位于源極104與漏極106之間;
柵極105與漏極106之間的勢壘層103內(nèi)形成有一個(gè)下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)608,下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)608從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處向漏極106方向延伸,下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)608具體指的是凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處沿下凹曲線方向向漏極106方向延伸,這里對下凹曲線的曲率不進(jìn)行限定。下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)608的深度從柵極105到漏極106的方向逐漸減小。
本發(fā)明實(shí)施例三提供的功率半導(dǎo)體器件,具體為一種具有下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件,與本發(fā)明實(shí)施例一和發(fā)明實(shí)施例二提供的具有凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件所起的作用相比,其對勢壘層和溝道層界面處二維電子氣的耗盡也是漸變的,當(dāng)有外加電壓加載到功率半導(dǎo)體器件的漏極上時(shí),該凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)可以對器件勢壘層表面電場分布進(jìn)行調(diào)節(jié),從而獲得高遷移率、高擊穿電壓的HEMT器件。另外,曲線型結(jié)終端可以通過調(diào)整曲線的曲率來調(diào)整電場分布,相比直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)可以通過傾斜角度來優(yōu)化電場分布,增加了優(yōu)化電場分布的方法,可以更好的改善器件特性。
本發(fā)明實(shí)施例三還提供一種功率半導(dǎo)體器件的制造方法,具體為一種具有 下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法,與上述實(shí)施例提供的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法的區(qū)別在于,可以使用掩膜版光刻并顯影后形成厚度變化趨勢與上述下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層??蛇x的,可以使用具有遮光點(diǎn)陣的掩膜版,通過調(diào)整所述掩膜版中遮光點(diǎn)陣的疏密程度成下凹曲線型遞減,控制所述光刻膠層的曝光程度,形成下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極到遠(yuǎn)離柵極逐步減少曝光度的掩模設(shè)計(jì),最終形成與上述下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層,刻蝕所述光刻膠層與勢壘層,形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。還可以是刻蝕所述光刻膠層與掩膜層,形成厚度變化趨勢與上述下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的掩膜層??涛g所述掩模層與勢壘層,形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的下凹曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例四
圖7為本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖,本發(fā)明實(shí)施例四提供一種具有曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件,具體的,本發(fā)明實(shí)施例四提供一種具有上凸曲線型的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件。本實(shí)施例以上述實(shí)施例為基礎(chǔ),在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),具體為對凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的形狀進(jìn)行改進(jìn)。如圖7所述,所述功率半導(dǎo)體器件包括:
襯底101;
位于襯底101上方
的溝道層102;
位于溝道層102上方的勢壘層103;
位于勢壘層103上方的源極104、柵極105和漏極106,溝道層102與勢壘層103的界面處形成有二維電子氣107,柵極105位于源極104與漏極106之間;
柵極105與漏極106之間的勢壘層103內(nèi)形成有一個(gè)上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)708,上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)708從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處向漏極106方向延伸,上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)708具體指的是凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處沿上凸曲線方向向漏極106方向延伸,這里對上凸曲線的曲率不進(jìn)行限定。上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)708的深度從柵極105到漏極106的方向逐漸減小。
本發(fā)明實(shí)施例四提供的功率半導(dǎo)體器件,具體為一種具有上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件,與本發(fā)明其他實(shí)施例提供的具有凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件所起的作用相同,其對勢壘層和溝道層界面處二維電子氣的耗盡也是漸變的,當(dāng)有外加電壓加載到功率半導(dǎo)體器件的漏極上時(shí),該凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)可以對器件勢壘層表面電場分布進(jìn)行調(diào)節(jié),從而獲得高遷移率、高擊穿電壓的HEMT器件。另外,曲線型結(jié)終端可以通過調(diào)整曲線的曲率來調(diào)整電場分布,相比直線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)可以通過傾斜角度來優(yōu)化電場分布,增加了優(yōu)化電場分布的方法,可以更好的改善器件特性。
本發(fā)明實(shí)施例四還提供一種功率半導(dǎo)體器件的制造方法,具體為一種具有上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法,與上述實(shí)施例提供的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法的區(qū)別在于,可以使用掩膜版光刻并顯影后形成厚度變化趨勢與上述上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層??蛇x的,可以使用具有遮光點(diǎn)陣的掩膜版,通過調(diào)整所述掩膜版中遮光點(diǎn)陣的疏密程度成上凸曲線型遞減,控制所述光刻膠層的曝光程度,形成 上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極到遠(yuǎn)離柵極逐步減少曝光度的掩模設(shè)計(jì),最終形成與上述上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層,刻蝕所述光刻膠層與勢壘層,形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。還可以是刻蝕所述光刻膠層與掩膜層,形成厚度變化趨勢與上述上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的掩膜層??涛g所述掩模層與勢壘層,形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的上凸曲線型凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例五
圖8為本發(fā)明實(shí)施例五提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖,具體的,本發(fā)明實(shí)施例五提供一種具有多個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件。本實(shí)施例以上述實(shí)施例為基礎(chǔ),在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),具體為對凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的形狀進(jìn)行改進(jìn)。如圖8所述,所述功率半導(dǎo)體器件包括:
襯底101;
位于襯底101上方的溝道層102;
位于溝道層102上方的勢壘層103;
位于勢壘層103上方的源極104、柵極105和漏極106,溝道層102與勢壘層103的界面處形成有二維電子氣107,柵極105位于源極104與漏極106之間;
柵極105與漏極106之間的勢壘層103內(nèi)形成有多個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu),可以為第一凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)808以及第二凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)809,第一凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)808以及第二凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)809均從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處向漏極106方向延伸,第一凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)808以及第二凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)809 的深度均從柵極105到漏極106的方向逐漸減小。
進(jìn)一步的,第一凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)808可以為直線型結(jié)終端結(jié)構(gòu)、曲線型結(jié)終端結(jié)構(gòu)以及階梯狀結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的一種,第二凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)809可以為直線型結(jié)終端結(jié)構(gòu)、曲線型結(jié)終端結(jié)構(gòu)以及階梯狀結(jié)終端結(jié)構(gòu)中的一種。
本發(fā)明實(shí)施例五提供的功率半導(dǎo)體器件,具體為一種具有多個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件,與本發(fā)明其他實(shí)施例提供的具有凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件所起的作用相比,其對勢壘層和溝道層界面處二維電子氣的耗盡也是漸變的,當(dāng)有外加電壓加載到功率半導(dǎo)體器件的漏極上時(shí),該凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)可以對器件勢壘層表面電場分布進(jìn)行調(diào)節(jié),從而獲得高遷移率、高擊穿電壓的HEMT器件。另外,多個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件,可以更靈活地調(diào)節(jié)勢壘層中的電場,提升器件的擊穿電壓。
本發(fā)明實(shí)施例五還提供一種功率半導(dǎo)體器件的制造方法,具體為一種具有多個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法,與上述實(shí)施例提供的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件的制造方法的區(qū)別在于,可以使用掩膜版光刻并顯影后形成厚度變化趨勢與上述多個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層??蛇x的,可以使用具有遮光點(diǎn)陣的掩膜版,通過調(diào)整所述掩膜版中遮光點(diǎn)陣的疏密程度控制所述光刻膠層的曝光程度,形成多個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)從柵極到遠(yuǎn)離柵極逐步減少曝光度的掩模設(shè)計(jì),最終形成與上述多個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的光刻膠層,刻蝕所述光刻膠層與勢壘層,形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的多個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。還可以是刻蝕所述光刻膠層與掩膜層,形成厚度變化趨勢與上述多個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)厚度變化趨勢相同的掩膜層??涛g所述掩模層與勢壘層,形成凹槽深度從柵極到漏極方向逐漸減小的多個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例六
圖9為本發(fā)明實(shí)施例六提供的一種功率半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖,具體的,本發(fā)明實(shí)施例六提供具有源極金屬場板的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件。本實(shí)施例以上述實(shí)施例為基礎(chǔ),在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),具體為提供一種具有源極金屬場板的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件。如圖9所述,所述功率半導(dǎo)體器件包括:
襯底101;
位于襯底101上方的溝道層102;
位于溝道層102上方的勢壘層103;
位于勢壘層103上方的源極104、柵極105和漏極106,溝道層102與勢壘層103的界面處形成有二維電子氣107,柵極105位于源極104與漏極106之間;
柵極105與漏極106之間的勢壘層103內(nèi)形成有至少一個(gè)凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108從柵極105靠近漏極106一側(cè)的邊緣處向漏極106方向延伸,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108的深度從柵極105到漏極106的方向逐漸減小;
覆蓋于勢壘層103之上的介質(zhì)層909,具體為覆蓋于源極104與柵極105之間以及覆蓋于柵極105與漏極106之間的勢壘層103上的介質(zhì)層909;
連接源極104與凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108的源極金屬場板910,并且源極金屬場板910的連接面全部或者部分覆蓋凹槽終端結(jié)構(gòu)108。
示例性的,介質(zhì)層909的材質(zhì)可以為SIN、SIO2、Al2O3中的一種或多種,柵極105與漏極106之間的介質(zhì)層909可以從柵極105靠近漏極106一側(cè)延伸至漏極106,并且源極金屬場板910通過介質(zhì)層909連接凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108。
進(jìn)一步的,源極金屬場板910下方形成有空氣橋911或介質(zhì)橋912,源極104與凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)108通過具有空氣橋911或介質(zhì)橋912的源極金屬場板910相連??蛇x的,介質(zhì)橋912的材質(zhì)可以與介質(zhì)層909的材質(zhì)相同,可以為SIN、SIO2或者Al2O3中的一種或多種的組合。
進(jìn)一步的,源極金屬場板910的材質(zhì)可以與源極104的材質(zhì)相同,可以為Ni、Ti、Al、Au等金屬中的一種或多種的組合。源極金屬場板910可以與源極104形成歐姆接觸。
本發(fā)明實(shí)施例六提供的功率半導(dǎo)體器件,具體為一種具有源極金屬場板的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件,與本發(fā)明其他實(shí)施例提供的具有凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的HEMT器件所起的作用相比,其對勢壘層和溝道層界面處二維電子氣的耗盡也是漸變的,當(dāng)有外加電壓加載到功率半導(dǎo)體器件的漏極上時(shí),該凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)可以對器件勢壘層表面電場分布進(jìn)行調(diào)節(jié),從而獲得高遷移率、高擊穿電壓的HEMT器件。另外,本發(fā)明實(shí)施例六提供的功率半導(dǎo)體器件在凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)和源極金屬場板的共同作用下,可以進(jìn)一步地抑制柵極靠近漏極端的電場尖峰,從而提高器件的擊穿電壓。
需要說明的是,上述實(shí)施例雖然通過一些示例性的實(shí)施例對本發(fā)明的具有凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體器件及其制造方法進(jìn)行了詳細(xì)的描述,但是以上這些實(shí)施例并不是窮舉的,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)各種變化。如凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)并不限于上述實(shí)施例中的直線型、階梯狀和曲線型三種情況,其他形狀或結(jié)構(gòu)的凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)同樣屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍;相應(yīng)的,凹槽結(jié)終端結(jié)構(gòu)的制造方法并不限于上述實(shí)施例中的調(diào)整掩膜版中遮光點(diǎn)陣的疏密程度進(jìn)行光刻、多次刻蝕的方法,其他能夠制備本發(fā)明中結(jié)終端結(jié)構(gòu)的方法均屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。
注意,上述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例及所運(yùn)用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解,本發(fā)明不限于這里所述的特定實(shí)施例,對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進(jìn)行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會(huì)脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此,雖然通過以上實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了較為詳細(xì)的說明,但是本發(fā)明不僅僅限于以上實(shí)施例,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的情況下,還可以包括更多其他等效實(shí)施例,而本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。