[发明专利]一种半导体器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种半导体器件及其制备方法，所述器件包括衬底；位于衬底上的半导体层；位于所述半导体层上的源极、漏极以及位于源极和漏极之间的栅极；位于栅极和漏极之间的半导体层上存在凹槽；位于所述半导体层上的源场板，依次包括与源级电连接的起始部分、与所述半导体层间存在空气的第一中间部分、覆盖在栅极和漏极之间的半导体层上的第二中间部分和与所述半导体层间存在空气的尾部。本发明能够消除凹槽和源场板之间的套刻偏差，节省了生产成本，同时减小了寄生栅源电容及寄生电阻。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体器件及其制备方法。

背景技术

工作在高漏源电压下的HEMT(High Electron Mobility Transistor，高电子迁移率晶体管)器件，其栅极靠近漏端一侧附近的电场线非常密集，会形成一个高电场尖峰，这种局部区域的高电场可以引起非常大的栅极泄露电流，甚至导致材料击穿，器件失效，从而降低器件的击穿电压，并且电场尖峰越高，器件可承受的击穿电压就越小。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，使得HEMT器件高温、高压、高频的优势不能充分发挥。所以，在实际器件的结构设计和工艺研发中，人们总会采取各种方法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。

目前广泛使用的方法是采用场板结构，即在栅极靠近漏端一侧放置一个场板，场板通常与源极或栅极相连，在栅漏区域产生一个附加电势，增加了耗尽区的面积，提高了耗尽区的耐压，并且该场板对栅极近漏端边缘的密集电场线进行了调制，使得电场线分布更加均匀，降低了栅极近漏端边缘的电场，减小了栅极泄露电流，提高了器件击穿电压。图1是现有技术中半导体器件的剖面示意图，如图1所示，该半导体器件包括衬底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与源极106和漏极107之间的势垒层105上的第一介质层109，位于栅极108上和第一介质层109上的第二介质层110，以及位于第二介质层110上与源极连接的源场板111，该源场板111在栅漏区域可以产生一个附加电势，可以有效地抑制栅极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。

但是在上述半导体器件中，源场板111直接覆盖在第二介质层110上面，大面积的源场板111金属与其下方的栅极108及沟道中的二维电子气完全交叠，产生寄生栅源电容，寄生栅源电容与源场板111同栅极108的距离成反比，与源场板111同栅极108的交叠面积成正比，再加上介质层的介电常数相对较大，所以器件工作过程中会产生很大的寄生栅源电容Cgs，导致器件频率特性变差，并且由于源场板111一般接最低电位，会影响其下方二维电子气的分布，使得二维电子气向沟道层内扩展，降低了沟道内二维电子气浓度，从而产生寄生电阻，使得器件工作过程中导通电阻变大。并且受介质层厚度影响，源场板111距离强电场区域较远，对强电场的调制作用有限，减薄介质层厚度可以改善源场板111的电场调制效果，但是寄生栅源电容和寄生电阻会增大，增厚介质层厚度可以减小寄生栅源电容和寄生电阻，但是会更加减弱电场调制效果，过厚的介质层材料也会增加工艺的难度，并且介质层的厚度一般都是经过设计调试的，不易改变。

一种改进方法是设计空气隔离源场板结构，该源场板结构利用金属的拱形支撑作用，横跨栅极，栅源区域及部分栅漏区域介质层上方，中间使用空气进行隔离，源场板横跨过栅极，栅源区域及部分栅漏区域后又覆盖在栅漏区域介质层上，对栅漏区域的电场分布进行调制，此结构大大减小了寄生栅源电容和寄生电阻，但是没有解决源场板距离强电场区域距离较远，对强电场的调制作用有限的问题。

另外一种改进方法是在栅漏之间的介质层上刻槽，形成凹槽源场板，利用凹槽源场板接近强电场区域特点，加强对强电场的调制，但是凹槽结构和源场板结构的相对位置是分别通过两次光刻工艺形成的，会引入凹槽结构和源场板之间的套刻偏差，影响设计结果及成品率，也增加了生产成本，并且凹槽源场板距离沟道二维电子气过近会增大寄生栅源电容及寄生电阻。