[发明专利]一种HEMT器件

说明书

本发明涉及一种HEMT器件，包括：二维电子气结构和至少一对对偶栅极，其中，所述二维电子气结构中形成有二维电子气沟道，所述至少一对对偶栅极位于所述二维电子气沟道的上方；所述对偶栅极采用自对准工艺形成，每对所述对偶栅极包括第一栅极和第二栅极，所述第一栅极和所述第二栅极沿所述第一栅极和所述第二栅极的中心轴线呈镜像对称设置。该HEMT器件中设置至少一对对偶栅极，每对对偶栅极均包括两个栅极，等效于给栅极增加了冗余设计，当一个对偶栅极中的一个栅极失效时例如阈值电压发生漂移，另外一个栅极仍能正常工作，增加了HEMT器件的可靠性。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种HEMT器件。

背景技术

GaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistors，HEMT)器件依靠特有的二维电子气2DEG作为导通沟道工作，可以用于许多电子设备中，例如全控型电力开关、高频放大器或振荡器。GaN器件相比SiC和Si器件，拥有更低的导通电阻，更小的充电电容。GaN HEMT器件在没有栅极信号的情况下，导通沟道为导通“normally-on”状态即D-mode HEMT，而关断“normally-off”模式即E-mode的增强型HEMT器件是现在的一个热点。未来，GaN HEMT器件也会在工控领域和汽车电子领域有越来越多的应用。

目前Normally-on的技术比较成熟，一般通过制作金属栅来实现。而normally-off关断状态有多种技术实现，例如凹槽栅(recessed-gate)技术、共源共栅开关晶体管(Cascode级联技术)和p-gate结构技术。凹槽栅技术和共源共栅开关晶体管会影响到器件工作时的稳定性和性能，相比于真正E-mode晶体管会存在一些问题。p-gate结构技术比较成熟，其采用P型掺杂的栅极p-gate实现HEMT器件的常关；这种方法虽然也存在一些技术挑战和难点，但优势在于具有更高的稳定性，而且不需要稳压二极管来保护栅极，同时p-gate随温度变化可以提供更好的动态导通电阻(RDSon)。

主流的p-gate技术有两种，一种是在HEMT器件的AlGaN势垒层或不掺杂的GaN帽层上生长一层P型掺杂的GaN材料层，通过刻蚀掉部分P-GaN材料，只保留栅极区域的P-GaN材料，然后在P-GaN材料上沉积金属形成金属栅电极，P-GaN材料称为P-GaN栅。另一种方法是在栅极区域刻的GaN帽层和或AlGaN势垒层上刻蚀出一个凹陷部位，然后通过二次外延的方法生长P-GaN材料，最后在P-GaN材料上沉积金属形成栅电极，P-GaN材料称为P-GaN栅。

由于P-GaN栅对2DEG具有耗尽的作用，所以在栅电极不加信号电压的时候栅极区域P-GaN栅下方的2DEG处于耗尽状态，HEMT器件表现为关断。当栅电极加高电压时，栅极区域P-GaN栅下方的2DEG恢复导通，HEMT器件表现为导通。

P-GaN栅的长度就是器件的栅长，HEMT器件的栅长对诸多器件参数都有影响，例如导通阻抗，栅极电容等。栅长越长则导通阻抗越大即功耗越高，同时栅极越长则栅极电容越大即特征频率越低。目前主流的GaN HMET器件的制造都是基于4英寸、6英寸的工艺产线，少部分可以采用8英寸的工艺产线，相应的光刻机所能制作的线宽有限，4英寸、6英寸的工艺产线的极限一般为0.5um，8英寸的工艺产线的极限一般为180nm，因此限制了P-GaN栅长度的进一步缩小。

同时现有HEMT器件都只有一个栅极，当这个栅极因为一些极端情况失效或栅极覆盖区域的材料存在缺陷时器件就无法正常工作。由于HEMT器件的耐压主要是由源漏距离和栅漏距离来决定，如果制作多个栅极，离漏极最近的一个栅极就决定了器件的耐压水平，因此在相同耐压的情况下芯片面积就会增大。

综上所述，现有的p-gate技术存在着P-GaN栅长度较长、制作单个栅极时器件的可靠性较低、制作多个栅极时芯片面积较大、可靠性低的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种HEMT器件。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：