一种场效应管、其制备方法及电子电路

文档序号:325064 发布日期:2021-11-30 浏览:27次 >En<

阅读说明:本技术 一种场效应管、其制备方法及电子电路 (Field-effect tube, preparation method thereof and electronic circuit ) 是由 包琦龙 蒋其梦 唐高飞 王汉星 于 2021-07-20 设计创作,主要内容包括:本申请公开了一种场效应管、其制备方法及电子电路,场效应管中包括:包括:沟道层、位于沟道层上方的源极、漏极、栅极结构、覆盖栅极结构的钝化层和位于钝化层上的场板;钝化层包括覆盖栅极结构的下介电层和位于下介电层上的一层或者多层上介电层;上介电层位于栅极结构与漏极之间,且上介电层与覆盖栅极结构侧壁的下介电层之间具有凹槽,凹槽在靠近漏极一侧的侧壁呈台阶结构;下介电层和与其相邻的上介电层在相邻面处的材料不相同,任意相邻两个上介电层在相邻面处的材料不相同;场板包括与源极电连接的、且由源极向漏极方向延伸的第一延伸部以及由第一延伸部向沟道层方向延伸的、且填充于钝化层的凹槽中的第二延伸部。(The application discloses a field effect transistor, a preparation method thereof and an electronic circuit, wherein the field effect transistor comprises: the method comprises the following steps: the field plate is positioned on the passivation layer; the passivation layer comprises a lower dielectric layer covering the gate structure and one or more upper dielectric layers positioned on the lower dielectric layer; the upper dielectric layer is positioned between the grid structure and the drain electrode, a groove is arranged between the upper dielectric layer and the lower dielectric layer covering the side wall of the grid structure, and the side wall of the groove close to one side of the drain electrode is of a step structure; the materials of the lower dielectric layer and the upper dielectric layer adjacent to the lower dielectric layer on the adjacent surfaces are different, and the materials of any two adjacent upper dielectric layers on the adjacent surfaces are different; the field plate comprises a first extension portion which is electrically connected with the source electrode and extends from the source electrode to the drain electrode direction, and a second extension portion which extends from the first extension portion to the channel layer direction and is filled in the groove of the passivation layer.)

一种场效应管、其制备方法及电子电路

技术领域

本申请涉及到半导体技术领域,尤其涉及到一种场效应管、其制备方法及电子电路。

背景技术

氮化镓(GaN)基高电子迁移率场效应晶体管(High Electron MobilityTransistor,HEMT)是一种基于氮化物异质结构的新型电子器件,氮化物材料特有的极化效应使得在异质结界面势阱中形成高浓度的二维电子气(2DEG)沟道,通过栅极电压控制沟道电子实现工作。

GaN场效应管主要包括沟道层、源极、漏极和栅极。在使用时,通过栅极电压控制源极和漏极的导通。但是,由于GaN材料缺乏自支撑衬底,往往需要通过外延生长的方法在Si衬底上制备。然而,由于GaN和Si之间存在较大的晶格失配和热失配,导致GaN外延材料中存在大量的缺陷,这些缺陷会捕获电子造成器件工作状态下载流子浓度的降低,从而使得器件发生“电流崩塌”效应,即动态导通电阻的增大,从而降低场效应管的耐压能力。

发明内容

本申请提供了一种场效应管、其制备方法及电子电路,在提高场效应管耐压能力的基础上可以保证场效应管的制作工艺精度。

第一方面,本申请提供了一种场效应管,包括:沟道层、位于所述沟道层上方的源极、漏极和栅极结构;所述源极和所述漏极分别位于所述栅极结构的两侧;所述场效应管还包括覆盖所述栅极结构的钝化层和位于所述钝化层上的且与所述源极电连接的场板。

所述钝化层包括下介电层和一层或者叠层设置的多层上介电层;所述下介电层覆盖所述栅极结构,各所述上介电层位于所述下介电层上的、且位于所述栅极结构与所述漏极之间;且所述上介电层与覆盖所述栅极结构侧壁的所述下介电层之间具有凹槽,且距离所述沟道层越远的所述上介电层,所述上介电层的面积越小,以使所述凹槽在靠近所述漏极一侧的侧壁呈台阶结构。当所述钝化层中包括一层上介电层时,所述下介电层和与其相邻的所述上介电层在相邻面处的材料不相同,这样在形成凹槽时,当所述上介电层刻蚀至所述下介电层的表面时,由于材料不相同,从而可以实现刻蚀自停止,保证工艺精度。当所述钝化层包括多层上介电层时,不仅所述下介电层和与其相邻的所述上介电层在相邻面处的材料不相同,且任意相邻两个所述上介电层在相邻面处的材料不相同,这样在形成凹槽时,当每一所述上介电层刻蚀至与其相邻的介电层时,由于材料不相同,从而可以实现刻蚀自停止,保证工艺精度。

所述场板包括与所述源极电连接的、且由所述源极向所述漏极方向延伸的第一延伸部以及由所述第一延伸部向所述沟道层方向延伸的、且填充于所述钝化层的所述凹槽中的第二延伸部。由于第二延伸部是由所述第一延伸部向所述沟道层方向延伸、且填充于所述钝化层的所述凹槽中的,因此所述场板在面向凹槽一侧具有台阶型的表面,从而使所述场板在面向凹槽一侧的表面相对沟道层的表面具有类似倾斜的表面,从而可以均衡栅漏之间的电场尖峰,使栅漏间电场均匀分布,改善动态导通电阻的增大,提升场效应管耐压能力。并且,均衡栅漏之间的电场尖峰,还可以提升场效应管的HTOL可靠性能力。

需要说明的是,本申请对钝化层中上介电层的层数不作限定,可以根据实际需求进行设置。

在本申请中,为了进一步优化栅漏之间电场分布,在形成所述上介电层时,使至少一层所述上介电层的面向所述栅极结构的侧壁向所述漏极方向倾斜。即在所述一层或者叠层设置的多层上介电层中,至少有一层所述上介电层的面向所述栅极结构的侧壁向所述漏极方向倾斜,且所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角小于90度。

可选地,对于侧壁向所述漏极方向倾斜的所述上介电层,所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角大于或等于10度。

本申请对场板与源极实现电连接的方式不作限定,源极和场板可以是通过直接接触方式实现电连接,也可以是通过过孔、走线或搭桥连接等方式实现电连接,在此不作限定。

本申请中为了保证层叠设置的两个层结构(例如第一层结构和第二层结构)在相邻面处的材料不相同,例如本申请中的相邻设置的上介电层和下介电层或相邻设置的两个上介电层,只要保证第一层结构在靠近第二层结构一侧由A材料膜层,第二层结构在靠近第一层结构一侧由B材料膜层形成即可。对于第一层结构在远离第二层结构一侧的材料,可以与A材料相同,即第一层结构整体由A材料形成,也可以与A材料不同,即第一层结构由多种材料膜层叠层形成,在此不作限定。对于第二层结构在远离第一层结构一侧的材料,可以与B材料相同,即第二层结构整体由B材料形成,也可以与B材料不同,即第二层结构由多种材料膜层叠层形成,在此不作限定。

下面以下介电层和/或上介电层由一种介电材料或两种介电材料为例进行示意。

示例性的,在本申请中,所述下介电层和与其相邻的所述上介电层的材料不相同。即所述下介电层由一种介电材料形成,所述上介电层由另一种介电材料形成,这样当对上介电层进行刻蚀时,当刻蚀至下介电层的上表面时,由于材料不同,可以实现刻蚀自停止。

示例性的,在本申请中,当所述钝化层中的所述上介电层为多层时,相邻的所述上介电层的材料不相同。这样对所述上介电层进行刻蚀时,当刻蚀至其下方的上介电层时,由于材料不相同,从而可以实现刻蚀自停止。

示例性的,所述叠层设置的多层上介电层的材料均不同,即不同的所述上介电层采用不同的介电材料形成。这样可以保障在刻蚀所述上介电层时,位于所述上介电层下方的上介电层的材料均与该上介电层的材料不相同。

示例性的,在本申请中,所述下介电层的材料与各所述上介电层的材料均不同。这样可以保障在刻蚀任一所述上介电层时,位于所述上介电层下方的材料均与该上介电层的材料不相同。

示例性的,在本申请中,所述下介电层包括第一下介电材料层和覆盖所述第一下介电材料层的第二下介电材料层,且所述第一下介电材料层的材料与所述第二下介电材料层的材料不同。

本申请对所述下介电层中所述第二下介电材料层的厚度和所述第一下介电材料层的厚度不作限定。在具体实施时,所述下介电层中,所述第二下介电材料层对位于其上方的上介电层起刻蚀自停止的作用,因此其厚度不用限定,只要能满足起刻蚀自停止的作用即可,而所述第一下介电材料层起主要的介电功能作用,因此其厚度可以设置的相对厚一些。

因此,可选地,在所述下介电层中,所述第二下介电材料层的厚度可以设置为小于所述第一下介电材料层的厚度。

示例性的,所述第二下介电材料层的厚度可以控制在3nm~5nm之间,所述第一下介电材料层的厚度可以控制在100nm~200nm之间,在此不作限定。

示例性的,所述钝化层中的所述上介电层为一层,所述上介电层的材料与所述第二下介电材料层的材料不同,这样当对上介电层进行刻蚀时,当刻蚀至第二下介电材料层的上表面时,由于材料不同,可以实现刻蚀自停止。

其中,所述上介电层的材料与所述第一下介电材料层的材料可以不同,所述上介电层的材料与所述第一下介电材料层的材料也可以相同,在此不作限定。

示例性的,所述钝化层中的所述上介电层为多层,多层所述上介电层中除了最上层的所述上介电层,其余的所述上介电层中,至少有一层所述上介电层包括第一上介电材料层和覆盖所述第一上介电材料层的第二上介电材料层;且同一所述上介电层中,所述第一上介电材料层的材料与所述第二上介电材料层的材料不同。

在具体实施时,当上介电层是由所述第一上介电材料层和第二上介电材料层形成时,形成所述上介电层可以包括:通过刻蚀工艺形成第一上介电材料层;然后形成至少覆盖所述第一上介电材料层的第二上介电材料层。

在本申请中,在形成第二上介电材料层时,可以形成一整层覆盖的介电材料层,该介电材料层中位于第一上介电材料层上的部分作为第二上介电材料层。当然,也可以在形成一整层覆盖的介电材料层后对该介电材料层进行刻蚀,形成仅覆盖第一上介电材料层的第二上介电材料层,在此不作限定。

本申请对所述上介电层中所述第二上介电材料层的厚度和所述第一上介电材料层的厚度不作限定。在具体实施时,在所述上介电层中,所述第二上介电材料层主要对位于其上方的上介电层起刻蚀自停止的作用,因此其厚度不用限定,只要能满足起刻蚀自停止的作用即可,而所述第一上介电材料层的厚度主要决定着的台阶高度,因此,其厚度可以设置的厚一点。

可选地,在所述上介电层中,所述第二上介电材料层的厚度可以设置为小于所述第一上介电材料层的厚度。

示例性的,所述第二上介电材料层的厚度可以控制在3nm~5nm之间,所述第一上介电材料层的厚度可以控制在100nm~200nm之间,在此不作限定。

在具体实施时,在本申请中,不同所述上介电层中的所述第一上介电材料层的材料可以相同,也可以不相同,在此不作限定。示例性的,不同所述上介电层中的所述第一上介电材料层的材料相同,这样可以减少场效应管中使用的介电材料的种类的数量。进一步地,不同所述上介电层中的所述第一上介电材料层的材料均与所述下介电层中所述第一下介电材料层的材料相同。

在具体实施时,在本申请中,不同所述上介电层中的所述第二上介电材料层的材料可以相同,也可以不相同,在此不作限定。示例性的,不同所述上介电层中的所述第二上介电材料层的材料相同,这样可以减少场效应管中使用的介电材料的种类的数量。进一步地,不同所述上介电层中的所述第二上介电材料层的材料均与所述下介电层中所述第二下介电材料层的材料相同。

示例性的,在本申请中,多层所述上介电层中的最上层的所述上介电层的材料与所述下介电层中的所述第一下介电材料层的材料相同。

示例性的,在本申请中,所述源极与所述场板为一体结构,这样可以将所述源极与所述场板通过同一刻蚀工艺形成,从而减少工艺步骤,降低生产成本。

在本申请中,所述下介电层和所述上介电层采用的介电材料可以是二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、三氧化二铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、正硅酸乙酯(TEOS)、氮氧化硅(SiON)等中的一种或多种的组合,在此不作限定。

第二方面,本申请提供了一种电子电路,该电子电路包括电路板以及设置在所述电路板上的如第一方面或第一方面的各种实施方式所述的场效应管。

第三方面,本申请提供了一种场效应管的制备方法,包括:形成沟道层、以及位于所述沟道层上方的源极、漏极和栅极结构;所述源极和所述漏极分别位于所述栅极结构的两侧;所述制备方法还包括:形成覆盖所述栅极结构的钝化层;在所述钝化层上形成场板。

其中,所述钝化层包括覆盖所述栅极结构的下介电层和位于所述下介电层上的一层或者叠层设置的多层上介电层;所述一层或者叠层设置的多层上介电层位于所述栅极结构与所述漏极之间,且所述一层或者叠层设置的多层上介电层与覆盖所述栅极结构侧壁的所述下介电层之间具有凹槽;所述下介电层和与其相邻的所述上介电层在相邻面处的材料不相同;当所述钝化层中的所述上介电层为多层时,任意相邻两个所述上介电层在相邻面处的材料不相同,且距离所述沟道层越远的所述上介电层,所述上介电层的面积越小,以使所述凹槽在靠近所述漏极一侧的侧面呈台阶结构。所述场板包括由所述源极向所述漏极方向延伸的第一延伸部以及由所述第一延伸部向所述沟道层方向延伸的、且填充于所述钝化层的所述凹槽中的第二延伸部。

在具体实施时,所述形成覆盖所述栅极结构的钝化层,可以包括:形成覆盖所述栅极结构的下介电层;在所述下介电层上形成一层或者叠层设置的多层上介电层的图案。

示例性的,所述下介电层和与其相邻的所述上介电层的材料不相同。

示例性的,当所述钝化层中的所述上介电层为多层时,相邻的所述上介电层的材料不相同。

示例性的,所述叠层设置的多层上介电层的材料均不同。

示例性的,所述下介电层的材料与所述多层上介电层的材料均不同。

示例性的,所述形成覆盖所述栅极结构的下介电层,可以包括:形成覆盖所述栅极结构的第一下介电材料层;形成覆盖所述第一下介电材料层的第二下介电材料层,且所述第一下介电材料层的材料与所述第二下介电材料层的材料不同。

示例性的,所述下介电层中,所述第二下介电材料层的厚度小于所述第一下介电材料层的厚度。

示例性的,当所述钝化层中的所述上介电层为一层时,所述上介电层的材料与所述第一下介电材料层的材料相同。

示例性的,当所述钝化层中的所述上介电层为多层时,针对除了多层所述上介电层中最上层的所述上介电层,形成其余的每一所述上介电层可以包括:通过刻蚀工艺形成第一上介电材料层;形成至少覆盖所述第一上介电材料层的第二上介电材料层,且所述第一上介电材料层的材料与所述第二上介电材料层的材料不同。

示例性的,所述上介电层中,所述第二上介电材料层的厚度小于所述第一上介电材料层的厚度。

示例性的,在本申请中,不同所述上介电层中的所述第一上介电材料层的材料相同;和/或不同所述上介电层中的所述第二上介电材料层的材料相同。

示例性的,不同所述上介电层中的所述第一上介电材料层的材料均与所述下介电层中所述第一下介电材料层的材料相同;和/或,不同所述上介电层中的所述第二上介电材料层的材料均与所述下介电层中所述第二下介电材料层的材料相同。

示例性的,多层所述上介电层中的最上层的所述上介电层的材料与所述下介电层中的所述第一下介电材料层的材料相同。

示例性的,在所述一层或者叠层设置的多层上介电层中,至少有一层所述上介电层的面向所述栅极结构的侧壁向所述漏极方向倾斜,且所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角小于90度。

示例性的,在形成所述钝化层之后,同时形成所述源极、所述漏极以及所述场板。

上述第二方面和第三方面中任一方面可以达到的技术效果可以参照上述第一方面中任一可能设计可以达到的技术效果说明,这里不再重复赘述。

附图说明

图1为相关技术中源场板的结构示意图;

图2为本申请一种实施例提供的场效应管的结构示意图;

图3为本申请又一种实施例提供的场效应管的结构示意图;

图4为本申请一种实施例提供的场效应管的制备方法的流程图;

图5为本申请又一种实施例提供的场效应管的制备方法的流程图;

图6为图2所示的场效应管中钝化层的结构示意图;

图7为图2所示的场效应管中场板的结构示意图;

图8为图3所示的场效应管中钝化层的结构示意图;

图9为图3所示的场效应管中场板的结构示意图;

图10为本申请又一种实施例提供的场效应管的结构示意图;

图11为本申请又一种实施例提供的场效应管的结构示意图;

图12为本申请实施例提供的两种层结构的结构示意图;

图13a~图13g为本申请实施例一中场效应管的制备过程的结构示意图;

图14为本申请又一种实施例提供的场效应管的结构示意图;

图15为本申请又一种实施例提供的场效应管的结构示意图;

图16为本申请又一种实施例提供的场效应管的结构示意图;

图17a~图17f为本申请实施例一中场效应管的制备过程的结构示意图;

图18为本申请又一种实施例提供的场效应管的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

基于GaN材料的AlGaN/GaN异质结HEMT结构具有高电子迁移率、高2DEG面密度,高化学稳定性、高频、大功率等优异特性,使得GaN材料器件在射频领域和电力电子领域都具有明显的优势。因此,本申请实施例提供的场效应管可以作为电子电路的元器件被广泛应用在各种场景中,例如被广泛应用于第五代移动通信技术(5th generation of wirelesscommunications technologies,5G)无线通信基站、电力电子器件等信息收发、能量转换、高频开关等领域。

GaN场效应管主要包括沟道层、源极、漏极和栅极。在使用时,通过栅极电压控制源极和漏极的导通。但是,由于GaN材料缺乏自支撑衬底,往往需要通过外延生长的方法在Si衬底上制备。然而,由于GaN和Si之间存在较大的晶格失配和热失配,导致GaN外延材料中存在大量的缺陷,这些缺陷会捕获电子造成器件工作状态下载流子浓度的降低,从而使得器件发生“电流崩塌”效应,即动态导通电阻的增大,从而影响系统工作的稳定性。

目前,针对GaN场效应管的“电流崩塌”效应,相关技术中通过引入具有台阶型走势的源场板来降低器件在高压下动态导通电阻的增大。但是,如图1所示,相关技术中,源场板1是通过对钝化层2进行不同窗口尺寸下的多次刻蚀在钝化层2上形成台阶,从而使钝化层2上的源场板1具有台阶型走势。而多次刻蚀需要通过控制刻蚀时间来控制刻蚀深度,刻蚀深度精度较差,对工艺稳定性要求高。

为此,本申请实施例提供了一种可以保障钝化层台阶的刻蚀精度的场效应管及其制备方法,下面结合具体的附图以及实施例对其进行详细描述。

以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的,而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样,单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式,除非其上下文中明确地有相反指示。

在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此,在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例,而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”,除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”,除非是以其他方式另外特别强调。

参见图2和图3,图2示出了本申请一种实施例提供的场效应管的结构示意图,图3示出了本申请另一种实施例提供的场效应管的结构示意图。所述场效应管10包括:沟道层11、位于所述沟道层11上方的源极12、漏极13和栅极结构14;所述源极12和所述漏极13分别位于所述栅极结构14的两侧;所述场效应管还包括覆盖所述栅极结构14的钝化层15和位于所述钝化层15上的、且与所述源极12电连接的场板16。

图4示例性示出了本申请实施例所提供的一种场效应管的制备方法的流程示意图。如图4所示,该制备方法主要包括以下步骤:

S101、形成沟道层、以及位于所述沟道层上方的源极、漏极和栅极结构。

其中,所述源极和所述漏极分别位于所述栅极结构的两侧。

S102、形成覆盖所述栅极结构的钝化层。

示例性的,如图5所示,步骤S102形成覆盖所述栅极结构的钝化层,可以包括:

S1021、形成覆盖所述栅极结构的下介电层。

S1022、在所述下介电层上形成一层或者叠层设置的多层上介电层。

当在所述下介电层上形成一层上介电层时,示例性的,参见图2和图6,图6为图2所示场效应管中钝化层的结构示意图。所述钝化层15包括覆盖所述栅极结构14的下介电层151和位于所述下介电层151上的上介电层152。所述上介电层152位于所述栅极结构14与所述漏极13之间,且所述上介电层152与覆盖所述栅极结构14侧壁的所述下介电层151之间具有凹槽V1;所述下介电层151和所述上介电层152在相邻面处的材料不相同。这样在形成凹槽V1时,当所述上介电层152刻蚀至所述下介电层151的表面时,由于材料不相同,从而可以实现刻蚀自停止,保证工艺精度。

当在所述下介电层上形成叠层设置的多层上介电层时,示例性的,参见图3和图8,图8为图3所示场效应管中钝化层的结构示意图。所述钝化层15包括:覆盖所述栅极结构14以及裸露的所述沟道层11的下介电层151和位于所述下介电层151上叠层设置的多层上介电层152(图3和图8中以叠层设置的3层上介电层152为例进行示意);所述叠层设置的多层上介电层152位于所述栅极结构14与所述漏极13之间,且所述叠层设置的多层上介电层152与覆盖所述栅极结构14侧壁的所述下介电层151之间具有凹槽V1;距离所述沟道层11越远的所述上介电层152,所述上介电层152的面积越小,从而使所述凹槽V1在靠近所述漏极13一侧的侧壁呈台阶结构。例如图8中,沿层叠方向X,距离下介电层151最近的上介电层152的面积最大,使距离下介电层151最近的上介电层152与覆盖所述栅极结构14侧壁的所述下介电层151之间的距离s1最小;距离下介电层151最远的上介电层152的面积最小,使距离下介电层151最远的上介电层152与覆盖所述栅极结构14侧壁的所述下介电层151之间的距离s3最大,位于中间层的上介电层152的面积居中,使位于中间层的上介电层152与覆盖所述栅极结构14侧壁的所述下介电层151之间的距离s2居中,即s1<s2<s3,从而使所述凹槽V1在靠近所述漏极13一侧的侧壁呈台阶结构。所述下介电层151和与其相邻的所述上介电层152在相邻面处的材料不相同;任意相邻两个所述上介电层152在相邻面处的材料不相同。这样在形成凹槽V1时,当每一所述上介电层152刻蚀至与其相邻的介电层时,由于材料不相同,从而可以实现刻蚀自停止,保证工艺精度。

需要说明的是,本申请对钝化层中上介电层的层数不作限定,可以根据实际需求进行设置。

S103、在所述钝化层上形成场板。

参见图2和图7、图3和图9,所述场板16包括由所述源极12向所述漏极13方向延伸的第一延伸部161以及由所述第一延伸部161向所述沟道层11方向延伸的、且填充于所述钝化层15的所述凹槽V1中的第二延伸部162。由于第二延伸部162是由所述第一延伸部161向所述沟道层11方向延伸、且填充于所述钝化层15的所述凹槽V1中的,参见图9和图10,因此所述场板16在面向凹槽V1一侧具有台阶型的表面,从而使所述场板16在面向凹槽V1一侧的表面相对沟道层的表面具有类似倾斜的表面(参见图7和图9中的虚线),从而可以均衡栅漏之间的电场尖峰,使栅漏间电场均匀分布,改善动态导通电阻的增大,提升场效应管耐压能力。并且,均衡栅漏之间的电场尖峰,还可以提升场效应管的高温工作寿命(hightemperature operating time,HTOL)可靠性能力。

在本申请中,为了进一步优化栅漏之间电场分布,在形成所述上介电层时,使至少一层所述上介电层的面向所述栅极结构的侧壁向所述漏极方向倾斜。即在所述一层或者叠层设置的多层上介电层中,至少有一层所述上介电层的面向所述栅极结构的侧壁向所述漏极方向倾斜,且所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角小于90度。

在具体实施时,对于侧壁向所述漏极方向倾斜的所述上介电层,所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角越小,所述铲板面向所述凹槽一侧的表面越接近倾斜,优化栅漏之间电场分布的效果越好,但是所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角越小,工艺上越难实现。

因此,可选地,对于侧壁向所述漏极方向倾斜的所述上介电层,所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角大于或等于10度。

在具体实施时,对于侧壁向所述漏极方向倾斜的所述上介电层,所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角可以根据实际情况进行权衡设置。

需要说明的是,本申请中只要保证沟道层、栅极结构、钝化层和场板的形成顺序是:沟道层→栅极结构→钝化层→场板即可,对源极和漏极的形成顺序不作限定,源极和漏极一般是在形成沟道层之后形成,源极和漏极可以在钝化层之前形成,也可以在钝化层之后形成。

另外,本申请对场板与源极实现电连接的方式不作限定,源极和场板可以是通过直接接触方式实现电连接,也可以是通过过孔、走线或搭桥连接等方式实现电连接,在此不作限定。

可以理解的是,本申请对源极、漏极和栅极结构的具体实施方式不作限定,可以是能够实现场效应管功能的任何结构。源极、漏极和栅极结构作为场效应管的功能层,其中,源极和漏极分别用于连接外部电路,栅极结构用于控制沟道的通断。在栅极结构控制沟道导通时,场效应管处于闭合状态,源极和漏极连接的电路可导通;在栅极结构控制沟道断开时,场效应管处于断开状态,源极和漏极连接的电路呈断开态。

示例性的,如图10和图11所示,源极12和漏极13可以由同层设置的金属材料形成,这样源极12和漏极13可以通过对同一导电层进行刻蚀形成,从而可以减少工艺步骤,节约生产成本。在具体实施时,源极12和漏极13可以由金属形成,源极12和漏极13分别与沟道层13电连接。

当源极12和漏极13在形成钝化层15之后形成时,示例性的,如图10所示,可以使源极12、漏极13和场板14通过对同一导电层进行刻蚀形成,源极12和场板14为一体结构,当然也可以是在形成源极12和漏极13之后再形成场板14,场板14通过与源极12直接接触实现电连接。当源极12和漏极13在形成钝化层15之前形成时,示例性的,如图11所示,场板14可以通过贯穿钝化层15的过孔与源极12实现电连接。

示例性的,如图10和图11所示,栅极结构14可以包括层叠设置的PGaN层141和栅极金属层142,其中PGaN层141位于栅极金属层142与沟道层11之间。

本申请中,沟道层作为场效应管的功能层,用于形成场效应管的二维电子气。示例性的,如图11和图12所示,沟道层11可以包括层叠设置的GaN层111和AlGaN势垒层112,所述AlGaN势垒层112位于靠近所述栅极结构14一侧。在GaN层111和AlGaN势垒层112的接触面可形成沟道,二维电子气位于GaN层111和AlGaN势垒层112的接触面。源极12和漏极13可以与GaN层111形成欧姆接触,当栅极结构14控制沟道导通时,电子位于沟道中,源极12和漏极13可通过沟道中的电子导通;在栅极结构14控制沟道断开时,沟道中没有自由电子,源极12和漏极13断开。

值得注意的是,本申请的关键在于钝化层由下介电层和至少一层上介电层组成,下介电层和与其相邻的上介电层在相邻面处的材料不相同,任意相邻两个上介电层在相邻面处的材料不相同。这样在钝化层中形成凹槽时,相比相关技术可以实现刻蚀自停止,保证工艺精度。

在具体实施,以图12中第一层结构01和第二层结构02为例,本申请中为了保证层叠设置的两个层结构在相邻面处的材料不相同,例如本申请中的相邻设置的上介电层和下介电层或相邻设置的两个上介电层,只要保证第一层结构01在靠近第二层结构02一侧01a由A材料膜层,第二层结构02在靠近第一层结构01一侧02a由B材料膜层形成即可。对于第一层结构01在远离第二层结构02一侧01b的材料,可以与A材料相同,即第一层结构01整体由A材料形成,也可以与A材料不同,即第一层结构01由多种材料膜层叠层形成,在此不作限定。对于第二层结构02在远离第一层结构01一侧02b的材料,可以与B材料相同,即第二层结构02整体由B材料形成,也可以与B材料不同,即第二层结构02由多种材料膜层叠层形成,在此不作限定。

下面结合具体实施例,对本申请进行详细说明。需要说明的是,本实施例中是为了更好的解释本申请,但不限制本申请。

以下介电层和上介电层中的每一层介电层是由一种材料形成的为例进行示意说明。

示例性的,如图2、图3、图10和图11所示,所述下介电层151和与其相邻的所述上介电层152的材料不相同。即所述下介电层151由一种介电材料形成,所述上介电层152由另一种介电材料形成,这样对上介电层进行刻蚀时,当刻蚀至下介电层151的上表面时,由于材料不同,可以实现刻蚀自停止。

示例性的,如图3、图10和图11所示,所述钝化层15中包括多层所述上介电层152为,任意相邻的所述上介电层152的材料不相同。这样对所述上介电层152进行刻蚀时,当刻蚀至其下方的上介电层152时,由于材料不相同,从而可以实现刻蚀自停止。

示例性,在本申请中,如图3所示,叠层设置的多层上介电层152的材料均不同,即不同的所述上介电层152采用不同的介电材料形成。这样可以保障在刻蚀任一所述上介电层152时,位于所述上介电层下方的材料均与该上介电层的材料不相同。

示例性,在本申请中,如图2、图3、图10和图11所示,所述下介电层151的材料与各所述上介电层152的材料均不同。

为方便理解本申请上述实施例提供的场效应管,下面结合附图细说明其制备方法。在本申请实施例中,场效应管可采用如下制备方法制备而成,该方法包括以下步骤:

步骤S201:形成沟道层11,形成如图13a所示的结构。

在具体实施时,如图13a所示,沟道层11一般需要在衬底100上形成。示例性的,衬底10可采用硅、蓝宝石、碳化硅或氮化镓等材料制备而成。沟道层11可包括层叠设置的GaN层111和AlGaN势垒层112,其中GaN层111位于衬底100和AlGaN势垒层112之间。

作为一个可选的方案,在衬底上形成沟道层之前,还可以在衬底上形成缓冲层。缓冲层具体可通过化学气相沉积、外延生长等工艺形成在衬底的表面。缓冲层作为一个可选的结构层。在设置时可根据需要设定缓冲层。如当衬底可直接承载沟道层时,可不设置缓冲层,沟道层可直接形成在衬底上;当沟道层与衬底的材质冲突时,沟道层无法直接形成在衬底上时,则设置缓冲层将衬底与沟道层隔离。缓冲层的材质需要根据衬底的材质进行选择,在此不作限定。

步骤S202:在沟道层11上形成栅极结构14,形成如图13b所示的结构。

在具体实施时,栅极结构14可以是应用于场效应管中的任一种栅极结构,在此不作限定。示例性的,如图13b所示,栅极结构14可以包括PGaN层141和栅极金属层142。

步骤S203:形成覆盖所述栅极结构14的下介电层151,形成如图13c所示的结构。

在具体实施时,所述下介电层151可以采用二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、三氧化二铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、正硅酸乙酯(TEOS)、氮氧化硅(SiON)等任意一种介电材料形成,在此不作限定。

步骤S204:通过刻蚀工艺在下介电层151上形成第一层上介电层152,形成如图13e所示的结构。

在具体实施时,可以先形成一层覆盖下介电层151的上介电材料层1521,上介电材料层1521的材料和下介电层151的材料不相同,形成如图13d所示的结构;然后对上介电材料层1521进行刻蚀工艺,形成第一层上介电层152,形成如图13e所示的结构。其中刻蚀工艺可以是干法刻蚀,也可以是湿法刻蚀,在此不作限定。在对上介电材料层1521进行刻蚀工艺时,由于上介电材料层1521的材料与下介电层151的材料不同,因此刻蚀至下介电层151表面时,可以实现刻蚀自停止,保证刻蚀精度。

步骤S205:依次在第一层上介电层152上形成第二层上介电层152和第三层上介电层152,形成如图13f所示的结构。

步骤S205中第二层上介电层152和第三层上介电层152的形成均可以参见步骤S204,在此不作详述。需要注意的是,在该步骤中,距离所述沟道层11越远的所述上介电层152,所述上介电层152与覆盖所述栅极结构14侧壁的所述下介电层151之间的距离越大。

在具体实施,为了保证刻蚀精度,下介电层151的材料和每一层上介电层152的材料均不同,且不同上介电层152的材料均不同。

步骤S206:形成源极12、漏极13和场板16,形成如图13g所示的结构。

示例性的,如图13g所示,所述场板16包括由所述源极12向所述漏极13方向延伸的第一延伸部161以及由所述第一延伸部161向所述沟道层11方向延伸的、且填充于所述钝化层15的所述凹槽中的第二延伸部162。

进一步地,在本申请中,为了进一步优化栅漏之间电场分布,在形成上介电层时,使至少一层所述上介电层的面向所述栅极结构的侧壁向所述漏极方向倾斜,且所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角小于90度。

示例性的,如图14所示,在本申请中,针对每一层所述上介电层152,所述上介电层152的面向所述栅极结构14的侧壁向所述漏极13方向倾斜,且所述上介电层152面向所述栅极结构12的侧壁与所述上介电层152面向所述下介电层151的表面的夹角θ小于90度。

示例性的,对于侧壁向所述漏极方向倾斜的所述上介电层,所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角大于或等于10度。

在具体实施时,针对不同上介电层,所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁的倾斜角度可以相同,也可以不同,在此不作限定。

在具体实施时,下介电层和上介电层(最上层的上介电层除外)中的每一层介电层也可以是由两种材料形成。

示例性的,如图15和图16所示,所述下介电层151包括第一下介电材料层1511和覆盖所述第一下介电材料层1511的第二下介电材料层1512,且所述第一下介电材料层1511的材料与所述第二下介电材料层1512的材料不同。

在具体实施时,在形成所述下介电层时,可以包括:形成覆盖所述栅极结构的第一下介电材料层;形成覆盖所述第一下介电材料层的第二下介电材料层,且所述第一下介电材料层的材料与所述第二下介电材料层的材料不同。

本申请对所述下介电层中所述第二下介电材料层的厚度和所述第一下介电材料层的厚度不作限定。在具体实施时,所述下介电层中,所述第二下介电材料层对位于其上方的上介电层起刻蚀自停止的作用,因此其厚度不用限定,只要能满足起刻蚀自停止的作用即可,而所述第一下介电材料层起主要的介电功能作用,因此其厚度可以设置的相对厚一些。

因此,可选地,在所述下介电层中,所述第二下介电材料层的厚度可以设置为小于所述第一下介电材料层的厚度。

示例性的,所述第二下介电材料层的厚度可以控制在3nm~5nm之间,所述第一下介电材料层的厚度可以控制在100nm~200nm之间,在此不作限定。

示例性的,如图15所示,所述钝化层15中的所述上介电层152为一层,所述上介电层152的材料与所述第二下介电材料层1512的材料不同,这样当对上介电层152进行刻蚀时,当刻蚀至第二下介电材料层1512的上表面时,由于材料不同,可以实现刻蚀自停止。

其中,所述上介电层152的材料与所述第一下介电材料层1511的材料可以不同,所述上介电层152的材料与所述第一下介电材料层1511的材料也可以相同,在此不作限定。

示例性的,如图16所示,所述钝化层15中的所述上介电层152为多层,多层所述上介电层152中除了最上层的所述上介电层152,其余的所述上介电层152中,至少有一层所述上介电层152包括第一上介电材料层1521和覆盖所述第一上介电材料层1521的第二上介电材料层1522;且同一所述上介电层152中,所述第一上介电材料层1521的材料与所述第二上介电材料层1522的材料不同。其中,图16以所述钝化层15中包括3层所述上介电层152为例进行示意,在图16中,除了最上层的所述上介电层152,下面两层上介电层152均是由所述第一上介电材料层1521和第二上介电材料层1522形成的。

在具体实施时,当上介电层是由所述第一上介电材料层和第二上介电材料层形成时,形成所述上介电层可以包括:通过刻蚀工艺形成第一上介电材料层;然后形成至少覆盖所述第一上介电材料层的第二上介电材料层。

在本申请中,在形成第二上介电材料层时,可以形成一整层覆盖的介电材料层,该介电材料层中位于第一上介电材料层上的部分作为第二上介电材料层。当然,也可以在形成一整层覆盖的介电材料层后对该介电材料层进行刻蚀,形成仅覆盖第一上介电材料层的第二上介电材料层,在此不作限定。

本申请对所述上介电层中所述第二上介电材料层的厚度和所述第一上介电材料层的厚度不作限定。在具体实施时,在所述上介电层中,所述第二上介电材料层主要对位于其上方的上介电层起刻蚀自停止的作用,因此其厚度不用限定,只要能满足起刻蚀自停止的作用即可,而所述第一上介电材料层的厚度主要决定着的台阶高度,因此,其厚度可以设置的厚一点。

可选地,在所述上介电层中,所述第二上介电材料层的厚度可以设置为小于所述第一上介电材料层的厚度。

示例性的,所述第二上介电材料层的厚度可以控制在3nm~5nm之间,所述第一上介电材料层的厚度可以控制在100nm~200nm之间,在此不作限定。

在具体实施时,在本申请中,不同所述上介电层中的所述第一上介电材料层的材料可以相同,也可以不相同,在此不作限定。示例性的,不同所述上介电层中的所述第一上介电材料层的材料相同,这样可以减少场效应管中使用的介电材料的种类的数量。进一步地,不同所述上介电层中的所述第一上介电材料层的材料均与所述下介电层中所述第一下介电材料层的材料相同。

在具体实施时,在本申请中,不同所述上介电层中的所述第二上介电材料层的材料可以相同,也可以不相同,在此不作限定。示例性的,不同所述上介电层中的所述第二上介电材料层的材料相同,这样可以减少场效应管中使用的介电材料的种类的数量。进一步地,不同所述上介电层中的所述第二上介电材料层的材料均与所述下介电层中所述第二下介电材料层的材料相同。

示例性的,在本申请中,多层所述上介电层中的最上层的所述上介电层的材料与所述下介电层中的所述第一下介电材料层的材料相同。

为方便理解本申请上述实施例提供的场效应管,下面结合附图细说明其制备方法。在本申请实施例中,场效应管可采用如下制备方法制备而成,该方法包括以下步骤:

步骤S301:形成沟道层11,形成如图13a所示的结构。

在具体实施时,如图13a所示,沟道层11一般需要在衬底100上形成。示例性的,衬底10可采用硅、蓝宝石、碳化硅或氮化镓等材料制备而成。沟道层11可包括层叠设置的GaN层111和AlGaN势垒层112,其中GaN层111位于衬底100和AlGaN势垒层112之间。

作为一个可选的方案,在衬底上形成沟道层之前,还可以在衬底上形成缓冲层。缓冲层具体可通过化学气相沉积、外延生长等工艺形成在衬底的表面。缓冲层作为一个可选的结构层。在设置时可根据需要设定缓冲层。如当衬底可直接承载沟道层时,可不设置缓冲层,沟道层可直接形成在衬底上;当沟道层与衬底的材质冲突时,沟道层无法直接形成在衬底上时,则设置缓冲层将衬底与沟道层隔离。缓冲层的材质需要根据衬底的材质进行选择,在此不作限定。

步骤S302:在沟道层11上形成栅极结构14,形成如图13b所示的结构。

在具体实施时,栅极结构14可以是应用于场效应管中的任一种栅极结构,在此不作限定。示例性的,如图13b所示,栅极结构14可以包括PGaN层141和栅极金属层142。

步骤S303:形成覆盖所述栅极结构14的下介电层151,形成如图17a所示的结构。

在具体实施时,可以先形成覆盖所述栅极结构的第一下介电材料层1511,然后形成覆盖所述第一下介电材料层1511的第二下介电材料层1512,且所述第一下介电材料层1511的材料与所述第二下介电材料层1512的材料不同,形成如图17a所示的结构。

在所述下介电层151中,所述第二下介电材料层1512的厚度可以设置为小于所述第一下介电材料层1511的厚度。

步骤S304:在下介电层151上形成第一层上介电层152,形成如图17c所示的结构。

在具体实施时,可以先采用刻蚀工艺在下介电层151上形成第一上介电材料层1521,形成如图17b所示的结构;然后形成覆盖第一上介电材料层1521的第二上介电材料层1522,形成如图17c所示的结构。

在所述第一层上介电层152中,所述第二上介电材料层1522的厚度可以设置为小于所述第一上介电材料层1521的厚度。

其中第一上介电材料层1521的材料与第二下介电材料层1512的材料不同。为了减少采用的介电材料的种类,第一上介电材料层1521的材料可以与第一下介电材料层1511的材料相同,第二上介电材料层1522的材料可以与第二下介电材料层1512的材料相同。

步骤S305:在第一层上介电层152上形成第二层上介电层152,形成如图17d所示的结构。

步骤S305中第二层上介电层152的形成均可以参见步骤S204,在此不作详述。需要注意的是,在该步骤中,距离所述沟道层11越远的所述上介电层152,所述上介电层152与覆盖所述栅极结构14侧壁的所述下介电层151之间的距离越大。

为了减少采用的介电材料的种类,不同上介电层152中的第一上介电材料层1521的材料相同,不同上介电层152中的第二上介电材料层1522的材料相同。

步骤S306:通过刻蚀工艺在第二层上介电层152上形成第三层上介电层152,形成如图17e所示的结构。

为了减少采用的介电材料的种类,第三层上介电层152的材料可以与下介电层151中的第一下介电材料层1511的材料相同。

步骤S306:形成源极12、漏极13和场板16,形成如图17f所示的结构。

示例性的,如图17f所示,所述场板16包括由所述源极12向所述漏极13方向延伸的第一延伸部161以及由所述第一延伸部161向所述沟道层11方向延伸的、且填充于所述钝化层15的所述凹槽中的第二延伸部162。

进一步地,在本申请中,为了进一步优化栅漏之间电场分布,在形成上介电层时,使至少一层所述上介电层的面向所述栅极结构的侧壁向所述漏极方向倾斜,且所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角小于90度。

示例性的,如图18所示,在本申请中,针对每一层所述上介电层152,所述上介电层152的面向所述栅极结构14的侧壁向所述漏极13方向倾斜,且所述上介电层152面向所述栅极结构12的侧壁与所述上介电层152面向所述下介电层151的表面的夹角θ小于90度。

示例性的,对于侧壁向所述漏极方向倾斜的所述上介电层,所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁与所述上介电层面向所述下介电层的表面的夹角大于或等于10度。

在具体实施时,针对不同上介电层,所述上介电层面向所述栅极结构的侧壁的倾斜角度可以相同,也可以不同,在此不作限定。

需要说明的是,本申请上述实施例是以下介电层和上介电层均由一种介电材料形成,或下介电层和上介电层(最上层的上介电层除外)由两种介电材料形成为例进行示意,本申请不限于此,可以是将上述两种情况进行结合,即针对下介电层和所有上介电层中的每一层,都可以是由一种或多种介电材料组成,在此不作限定。

在本申请中,所述下介电层和所述上介电层采用的介电材料可以是二氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、三氧化二铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)、正硅酸乙酯(TEOS)、氮氧化硅(SiON)等中的一种或多种的组合,在此不作限定。

需要说明的是,本申请中提高的刻蚀工艺可以是干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺等,在此不作限定,在具体实施时,可根据本申请中所述形成的结构选择相应的刻蚀工艺。

本申请实施例还提供了一种电子电路,该电子电路可包括电路板和本申请上述实施例提供的任一种场效应管,该场效应管设置在电路板上。由于该电子电路解决问题的原理与前述一种场效应管相似,因此该电子电路的实施可以参见前述场效应管的实施,重复之处不再赘述。

显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

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