一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管及其制备方法技术

本申请实施例涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管及其制备方法，包括：衬底以及依次堆叠在衬底上的成核层、缓冲层、沟道层和势垒层；位于势垒层上的源极和漏极，且源极和漏极分别与势垒层形成欧姆接触；位于势垒层上的氮化物层，且氮化物层位于源极和漏极之间；位于氮化物层两侧的增强钝化层，增强钝化层覆盖氮化物层的侧壁和至少部分顶壁；位于氮化物层上的栅极，栅极的底部与增强钝化层接触，且栅极的底部与氮化物层形成欧姆接触或肖特基接触。本申请实施例能够解决现有的高电子迁移率晶体管在长时间的辐照环境下单粒子烧毁加速导致的器件发生提前击穿的问题。生提前击穿的问题。生提前击穿的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管及其制备方法


[0001]本申请实施例涉及半导体器件
，特别涉及一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]氮化镓(GaN)作为第三代半导体材料的代表，相比硅或砷化镓，具有宽带隙、优越的抗辐噪性、高雪崩击穿电场、良好的热传导率以及强场下高电子漂移速率等众多优良特性，因此，GaN基功率器件被广泛应用于激光、LED、微波、射频等领域中。高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)是一种异质结场效应晶体管，由于高迁移率的二维电子气(2DEG)存在于异质结中，使HEMT器件具有高频、大功率、耐高温、抗辐射能力强等优越性能。
[0003]目前，在高电子迁移率晶体管HEMT的氮化物层两侧通常采用设置一层钝化层来增强HEMT的抗单粒子效应的能力。然而，高电子迁移率晶体管在承受单粒子效应时不仅氮化物层边缘会有较高的峰值电场，同时氮化物层周围的钝化层也同样承受着高峰值电场。高电子迁移率晶体管HEMT在长时间的辐照环境下很容易超过钝化层的临界击穿电场，从而加速单粒子烧毁，导致HEMT器件发生提前击穿的问题。

技术实现思路

[0004]本申请实施例提供一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管及其制备方法，增强氮化物两侧的临界击穿电场，以提高电子迁移率晶体管抗单粒子效应的能力。
[0005]为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管，包括：衬底以及依次堆叠在衬底上的成核层、缓冲层、沟道层和势垒层；位于势垒层上的源极和漏极，且源极和漏极分别与势垒层形成欧姆接触；位于势垒层上的氮化物层，且氮化物层位于源极和漏极之间；位于氮化物层两侧的增强钝化层，增强钝化层覆盖氮化物层的侧壁和至少部分顶壁；位于氮化物层上的栅极，栅极的底部与增强钝化层接触，且栅极的底部与氮化物层形成欧姆接触或肖特基接触。
[0006]一些示例性实施例中，增强钝化层的材料包括HfO2、TiO2、ZrO2、Y2O3、La2O3、Ta2O5、SiO2、Si3N4中的一种。
[0007]一些示例性实施例中，沿栅极指向氮化物层的方向，增强钝化层的高度为90nm～400nm。
[0008]一些示例性实施例中，氮化物层的材料包括P型氮化镓或P型氮化铝。
[0009]一些示例性实施例中，上述抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管还包括：第一钝化层，第一钝化层位于氮化物层靠近源极一侧的增强钝化层和源极之间；第二钝化层，第二钝化层位于氮化物层靠近漏极一侧的增强钝化层和漏极之间。
[0010]一些示例性实施例中，增强钝化层的材料的临界击穿电场强度大于第一钝化层的材料的临界击穿电场强度，且增强钝化层的材料的临界击穿电场强度大于第二钝化层的材
料的临界击穿电场强度。
[0011]一些示例性实施例中，第一钝化层的材料包括SiO2、Al2O3、Si3N4中的一种；和/或第二钝化层的材料包括SiO2、Al2O3、Si3N4中的一种。
[0012]一些示例性实施例中，沿栅极指向氮化物层的方向，增强钝化层的高度大于或等于第一钝化层的高度；和/或沿栅极指向氮化物层的方向，增强钝化层的高度大于或等于第二钝化层的高度。
[0013]另一方面，本申请实施例还提供一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管的制备方法，包括：提供衬底，在衬底上形成依次堆叠的成核层、缓冲层、沟道层和势垒层；在势垒层远离沟道层的一侧形成外延层；刻蚀外延层，形成氮化物层；在势垒层上形成源极、漏极；在源极和氮化物层靠近源极的一侧、漏极和氮化物层靠近漏极的一侧形成增强钝化材料层；刻蚀增强钝化材料层，形成增强钝化层；增强钝化层覆盖氮化物层的侧壁和至少部分顶壁；在氮化物层上形成栅极；在栅极、源极、漏极上方引出电极。
[0014]一些示例性实施例中，在刻蚀增强钝化材料层时，暴露势垒层的部分表面；在氮化物层上形成栅极之后、在栅极、源极、漏极上方引出电极之前，上述抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管的制备方法还包括：在势垒层、源极、漏极、增强钝化层和栅极的上方形成钝化材料层；刻蚀钝化材料层，形成第一钝化层、第二钝化层。
[0015]本申请实施例提供的技术方案至少具有以下优点：
[0016]本申请实施例针对现有的抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管在长时间的辐照环境下很容易超过其临界击穿电场，导致单粒子烧毁加速、器件发生提前击穿的问题，本申请实施例提供一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管及其制备方法，通过在器件易发生击穿的区域(即氮化物层的两侧)设置增强钝化层，增强钝化层可以很好的承受氮化物层边缘的高峰值电场，从而大幅提高电子迁移率晶体管抗单粒子效应的能力。增强钝化层覆盖氮化物层的侧壁和至少部分顶壁，起到增强氮化物两侧的临界击穿电场的作用，使得器件能够承受更高的电压，从而提高器件的工作寿命及可靠性，具有良好的应用前景。
附图说明
[0017]一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
[0018]图1为相关技术中一种常规结构的高电子迁移率晶体管的结构示意图；
[0019]图2为相关技术中一种常规结构的高电子迁移率晶体管在单粒子效应作用下的电场分布仿真示意图；
[0020]图3为本申请一实施例提供的一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管的结构示意图；
[0021]图4为本申请另一实施例提供的一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管的结构示意图；
[0022]图5为本申请一实施例提供的一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管的制备方法的流程示意图；
[0023]图6～图11为本申请一实施例提供的一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管的制备方法各步骤对应的剖面结构示意图；
[0024]图12为本申请另一实施例提供的一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管的制备方法的流程示意图；
[0025]图13～图15为本申请另一实施例提供的一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管的制备方法各步骤对应的剖面结构示意图；
[0026]图16为本申请一实施例提供的一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管在单粒子效应作用下的电场分布仿真示意图。
具体实施方式
[0027]由
技术介绍
可知，目前现有的高电子迁移率晶体管在长时间的辐照环境下，很容易超过钝化层的临界击穿电场，从而加速单粒子烧毁，导致器件发生提前击穿。
[0028]随着空间卫星、太空探索等航天技术的不断发展，对于耐高温、大功率、小型化、适应极端辐射环境的电源系统需求日益明显，氮化镓基功率器件作为宽禁带半导体技术的核心代表之一，相较于传统的硅器件具有击穿电压高、导通电阻小、耐高温以及抗辐照等优点，可满足新一代航天器电源系统的应用需求。在宇宙空间中含有各种高能粒子，航天系统处于这样的环境中会时刻受到高能粒子的威胁。
[0029本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管，其特征在于，包括：衬底以及依次堆叠在所述衬底上的成核层、缓冲层、沟道层和势垒层；位于所述势垒层上的源极和漏极，且所述源极和所述漏极分别与所述势垒层形成欧姆接触；位于所述势垒层上的氮化物层，且所述氮化物层位于所述源极和所述漏极之间；位于所述氮化物层两侧的增强钝化层，所述增强钝化层覆盖所述氮化物层的侧壁和至少部分顶壁；位于所述氮化物层上的栅极，所述栅极的底部与所述增强钝化层接触，且所述栅极的底部与所述氮化物层形成欧姆接触或肖特基接触。2.根据权利要求1所述的抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述增强钝化层的材料包括HfO2、TiO2、ZrO2、Y2O3、La2O3、Ta2O5、SiO2、Si3N4中的一种。3.根据权利要求1所述的抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管，其特征在于，沿所述栅极指向所述氮化物层的方向，所述增强钝化层的高度为90nm～400nm。4.根据权利要求1所述的抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述氮化物层的材料包括P型氮化镓或P型氮化铝。5.根据权利要求1所述的抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管，其特征在于，还包括：第一钝化层，所述第一钝化层位于所述氮化物层靠近所述源极一侧的增强钝化层和所述源极之间；第二钝化层，所述第二钝化层位于所述氮化物层靠近所述漏极一侧的增强钝化层和所述漏极之间。6.根据权利要求5所述的抗单粒子效应的高电子迁移率晶体管，其特征在于，所述增强钝化层的材料的临界击穿电场强度大于所述第一钝化层的材料的临界击穿电场强度，且所述增强钝化层的材料的临界击穿电场强度大于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵胜雷，南继澳，张进成，张嘎，宋秀峰，刘爽，吴风，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：