[发明专利]一种耐高压的HEMT器件及制备方法

说明书

本发明适用于半导体器件技术领域，提供了一种耐高压的HEMT器件及制备方法，HEMT器件从下至上依次包括：衬底；缓冲层；沟道层；势垒层，势垒层与沟道层形成异质结，且势垒层的禁带宽度大于沟道层的禁带宽度；源极、栅极及漏极，在栅极和漏极之间的势垒层内形成至少一个氟离子注入区，通过氟离子的强负电性调制沟道2DEG，使得2DEG的浓度分布从沿栅极到漏极的方向逐渐减小。通过氟离子注入方式来调节2DEG的浓度，可以有效的缓解HEMT器件在高源漏电压工作状态下的电场集中效应，与场板技术相比，避免了栅源寄生电容和寄生电阻的引入，且工艺简单。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，提供了一种耐高压的HEMT器件及制备方法。

背景技术

在高源漏电压工作状态下的GaN HEMT器件中，电场线在栅极靠近漏极一侧的边缘处会发生集中，形成一个强电场尖峰，这种局部的强电场会引起栅极泄露电流，导致材料击穿和器件失效等问题。降低该电场峰值有利于提高器件的击穿电压、削弱强电场电子效应从而抑制电流崩塌、提高输出功率和PAE(功率附加效益)。现有技术中，为了达到这一目的，最常用的手段是增加场板结构。例如Wu Y.F.等人利用场板结构首次制备出了30W/mm的GaNHEMTs器件。场板通常与栅极或源极相连，栅场板位于栅极和漏极之间，可降低栅极漏测边缘的强电场，但会增大栅漏反馈电容，对功率增益有不利影响，源场板在比栅极高度还厚的介质层上延伸到栅漏之间来减小栅极漏测的强电场，但会增加源漏电容；此外，研究者们还提出了多级场板和浮空场板等解决方案。例如在Xing H.等人的“High Breakdown VoltageAlGaN/GaN HEMTs Achieved By Multiple Field Plates”中，描述了采用多场板的场成形技术以改进电场分布。但是，多场板结构无法获得均匀的电场，而是将原本一个强电场尖峰调节成多个较弱电场尖峰，并且引入了栅-漏电容。实施这种器件结构还会增加器件复杂度和成本；张乃千等人设计了一种浮空场板结构(CN201510363973.6)：利用空气桥工艺来制备源场板，源场板横跨栅极，栅源区域及部分栅漏区域后，又与栅漏区域的介质层相连，中间利用空气进行隔离，该浮空场板对栅漏区域的电场分布进行调制，同时减小了栅源电容和寄生电阻。但源场板与介质层相连的部分靠近漏极一侧仍会出现电场集中情况，且空气桥工艺相对复杂，对器件的可靠性会产生影响。

综上所述，利用场板技术来调制电场分布集中存在如下问题：1、调制效果不理想，场板的存在会引入新的电场集中区域；2、会引入栅源寄生电容和寄生电阻，增大器件的导通电阻。3、增加器件的复杂程度和工艺成本。

发明内容

本发明提供了一种耐高压的HEMT器件，旨在解决基于场板来调节电场，会引入栅源寄生电容和寄生电阻，导致器件的导通电阻增大的问题。

为达到上述目的，本发明提出的耐高压的HEMT器件从下至上依次包括：

衬底；

缓冲层；

沟道层，所述沟道层材料为GaN晶体或InGaN晶体；

势垒层，势垒层与沟道层形成异质结，且势垒层的禁带宽度大于沟道层的禁带宽度，所述势垒层材料为In_mAl_nGa_(1-m-n)N晶体，且Al组分的摩尔含量0.80≥n≥0.15，In组分的摩尔含量0.45≥m≥0，所述势垒层厚度不低于20nm。

源极、栅极及漏极，在栅极和漏极之间的势垒层上形成至少一个氟离子注入区，通过调节氟离子注入区来使得2DEG的浓度分布从沿栅极到漏极的方向逐渐减小。

在本发明的一个实施例中，其中，从栅极到漏极的方向，氟离子注入区内的深度逐步加深，氟离子注入区距沟道层与势垒层界面的距离为1-5nm。

在本发明的一个实施例中，其中，从栅极到漏极的方向，氟离子注入区内的注入剂量逐步增多。