本发明属于半导体集成电路制造领域,涉及一种hemt器件及其制备方法。
背景技术:
1、氮化镓(gan)作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表,具有禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和漂移速度高等优点。并且氮化镓材料具有耐高温、抗腐蚀等特性,因此氮化镓器件在高温、高压、高频、大功率的电子系统中被广泛运用。对于algan/(al)gan高电子迁移率晶体管(hemt)器件来说,击穿电压是其关键性能参数,但目前的结构和工艺制作出的功率器件的击穿电压仍与理论上gan材料所能达到的极限有较大差距,如图1及图2所示,分别为一种hemt器件的剖面结构示意图及另一种hemt器件的剖面结构示意图,包括半导体结构01、衬底011、缓冲层012、沟道层013、势垒层014、栅极结构02、帽层021、栅极022、源极03、漏极04及钝化层05,其中,源极和漏极分别与势垒层形成欧姆接触,栅极与势垒层形成肖特基接触,或者栅极与帽层(p-gan栅)形成欧姆接触,帽层与势垒层之间形成pn结。通过源极与漏极与势垒层形成欧姆接触以便于较小接触电阻,并在源极和漏极之间的势垒层上方生长钝化层来抑制电流崩塌效应。
2、目前,由于电流崩塌效应的存在,使器件处于导通状态时,器件的漏极电压超过一定值后,随着漏极电压的增加,源漏电流开始下降,器件的导通电阻增大,电流低于理想值。器件工作于截止状态下时,金属栅极边沿下方的电场比较集中,当电场值超过材料的临界击穿电压时,沟道中的载流子在高电场的驱动之下,不断加速并发生碰撞电离,金属栅极边沿下方的电流密度不断增大,最后导致器件提前击穿。此外,氮化镓器件还存在热电子问题,当器件在较大漏极偏压工作时,沟道电场尤其是栅极漏侧电场峰产生的热电子会发射出声子使晶格升温,使器件的载流子迁移率降低,饱和漏电流会随着漏极电压升高而下降,继而影响器件的可靠性。
3、因此,急需寻找一种降低器件导通电阻并提高器件可靠性及击穿电压的hemt器件。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种hemt器件及其制备方法,用于解决现有技术中hemt器件的导通电阻大及电流崩塌效应与热电子效应导致器件的可靠性差和击穿电压低的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供了一种hemt器件,包括:
3、半导体结构,包括依次层叠的衬底、缓冲层、沟道层及势垒层;
4、栅极结构,包括位于所述势垒层的上表面并与所述势垒层电连接的帽层;
5、源极,与所述势垒层电连接,所述源极与所述栅极结构间隔预设距离;
6、漏极,与所述栅极结构远离所述源极一侧的所述势垒层电连接,所述漏极与所述栅极结构间隔预设距离;
7、第一应变补偿层,位于所述栅极结构与所述源极之间的所述势垒层的上表面,且所述第一应变补偿层与所述帽层邻接;
8、第二应变补偿层,位于所述栅极结构与所述漏极之间的所述势垒层的上表面,且所述第二应变补偿层与所述帽层间隔预设距离;
9、势垒补偿层,覆盖所述栅极结构与所述第二应变补偿层之间的所述势垒层的显露表面。
10、可选地,所述栅极结构还包括位于所述帽层上表面并与所述帽层电连接的栅极。
11、可选地,所述第一应变补偿层包括铝元素、氮元素;所述第二应变补偿层包括铝元素、氮元素。
12、可选地,所述第一应变补偿层与所述第二应变补偿层的厚度相同。
13、可选地,所述势垒补偿层中的元素种类与所述势垒层中的元素种类相同。
14、可选地,所述势垒补偿层的禁带宽度大于所述势垒层的禁带宽度。
15、可选地,所述势垒层中设有底面低于所述帽层底面的凹槽,所述凹槽嵌于所述栅极结构与所述第二应变补偿层之间间隙下方的所述势垒层的上表层。
16、可选地,所述凹槽的深度不超过2nm。
17、可选地,所述势垒补偿层的上表面高于所述帽层的下表面且低于所述帽层的上表面。
18、本发明还提供了一种hemt器件的制备方法,包括以下步骤:
19、提供一半导体结构,所述半导体结构包括依次层叠的衬底、缓冲层、沟道层及势垒层,于所述势垒层的上表面形成包括与所述势垒层电连接的帽层的栅极结构;
20、于所述势垒层的显露表面形成预设厚度的应变补偿材料层,并刻蚀所述应变补偿材料层,以得到位于所述栅极结构相对侧的第一应变补偿层及第二应变补偿层,所述第一应变补偿层与所述帽层邻接,所述第二应变补偿层与所述帽层间隔预设距离;
21、形成覆盖所述栅极结构与所述第二应变补偿层之间所述势垒层显露表面的势垒补偿层;
22、形成与所述势垒层电连接的源极,形成与所述势垒层电连接的漏极,所述源极位于所所述第一应变补偿层远离所述栅极结构的一侧,所述漏极位于所述第二应变补偿层远离所述栅极结构的一侧。
23、如上所述,本发明的hemt器件及其制备方法通过于所述栅极结构的相对侧的所述势垒层上表面分别设置所述第一应变补偿层及所述第二应变补偿层,且所述第一应变补偿层与所述栅极结构邻接,所述第二应变补偿层与栅极结构间隔预设距离,提升了所述栅极结构靠近所述源极一侧及所述漏极靠近所述栅极结构一侧的沟道区域的二维电子气密度,并于所述第二应变补偿层与所述栅极结构之间间隙中设置覆盖所述势垒层显露表面的所述势垒补偿层,消除了形成所述第二应变补偿层的过程中引入的缺陷,保证了所述势垒补偿层下方的沟道区域的二维电子气密度不变,使器件的沟道区域的电场更加均匀,从而提高了器件的击穿电压,缓解了器件的电流崩塌效应,同时还缓解了器件的漏极处的热电子效应,降低了器件的导通电阻,提升了器件可靠性及性能,具有高度产业利用价值。
1.一种hemt器件,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的hemt器件,其特征在于:所述栅极结构还包括位于所述帽层上表面并与所述帽层电连接的栅极。
3.根据权利要求1所述的hemt器件,其特征在于:所述第一应变补偿层包括铝元素、氮元素;所述第二应变补偿层包括铝元素、氮元素。
4.根据权利要求1所述的hemt器件,其特征在于:所述第一应变补偿层与所述第二应变补偿层的厚度相同。
5.根据权利要求1所述的hemt器件,其特征在于:所述势垒补偿层中的元素种类与所述势垒层中的元素种类相同。
6.根据权利要求1所述的hemt器件,其特征在于:所述势垒补偿层的禁带宽度大于所述势垒层的禁带宽度。
7.根据权利要求1所述的hemt器件,其特征在于:所述势垒层中设有底面低于所述帽层底面的凹槽,所述凹槽嵌于所述栅极结构与所述第二应变补偿层之间间隙下方的所述势垒层的上表层。
8.根据权利要求7所述的hemt器件,其特征在于:所述凹槽的深度不超过2nm。
9.根据权利要求1所述的hemt器件,其特征在于:所述势垒补偿层的上表面高于所述帽层的下表面且低于所述帽层的上表面。
10.一种hemt器件的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
