一种半导体器件结构及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115966604A(43)申请公布日2023.04.14(21)申请号202211677819.2(22)申请日2022.12.26(71)申请人上海新微半导体有限公司地址200120上海市浦东新区中国(上海)自由贸易试验区临港新片区飞渡路2020号(72)发明人郭德霄许东雷嘉成刘胜北彭昊炆(74)专利代理机构上海光华专利事务所(普通合伙)31219专利代理师余明伟(51)Int.Cl.H01L29/778(2006.01)H01L29/40(2006.01)H01L21/335(2006.01)权利要求书1页说明书7页附图1页(54)发明名称一种半导体器件结构及其制备方法(57)摘要本发明提供一种半导体器件结构及其制备方法，器件结构包括：衬底层、器件外延层、场板介质层、负电容介质层、栅极层、场板电极；场板介质层设置于器件外延层上，负电容介质层设置于场板介质层上，栅极层设置于场板介质层和负电容介质层的第一侧，且栅极层自该第一侧朝第二侧延伸以至少覆盖部分负电容介质层，以形成场板电极。本发明通过在场板电极与场板介质层之间设置负电容介质层，引入了负电容结构，从而在产生等量电荷的情况下需要更少的输入能量，平衡了GaN基HEMT器件引入场板电极产生的附加电容，在保持场板电极带来的高击穿电压和高使用寿命的同时，缩短了充放电时间，提高了器件开关速度，优化了GaN基HEMT器件的开关特性和频率特性。CN115966604ACN115966604A权利要求书1/1页1.一种半导体器件结构，其特征在于，所述器件结构包括：衬底层、器件外延层、场板介质层、负电容介质层、栅极层、场板电极；所述器件外延层设置于所述衬底层上，所述场板介质层设置于所述器件外延层上，所述负电容介质层设置于所述场板介质层上，所述栅极层设置于所述场板介质层和所述负电容介质层的第一侧，且所述栅极层自所述第一侧朝所述场板介质层和所述负电容介质层的第二侧延伸，以至少覆盖部分所述负电容介质层，以形成场板电极。2.根据权利要求1所述的半导体器件结构，其特征在于，所述器件结构还包括源极层和漏极层，所述场板介质层将所述栅极层、所述源极层和所述漏极层分隔开。3.根据权利要求2所述的半导体器件结构，其特征在于，所述第二侧为所述场板介质层和所述负电容介质层靠近所述漏极层的一侧。4.根据权利要求1所述的半导体器件结构，其特征在于，所述场板电极在第一平面上的投影完全覆盖所述负电容介质层在第一平面上的投影，所述第一平面平行于所述器件外延层。5.根据权利要求4所述的半导体器件结构，其特征在于，所述场板电极与所述负电容介质层在第一平面上的投影完全重合。6.根据权利要求1所述的半导体器件结构，其特征在于，所述场板介质层在第一平面上的投影完全覆盖所述负电容介质层在所述第一平面上的投影，所述第一平面平行于所述器件外延层。7.根据权利要求1所述的半导体器件结构，其特征在于，所述负电容介质层的材料包括铪基氧化物、ε型氧化钾、钛酸钡、铌酸锂、钛酸锂或钛酸铅中的一种或一种以上的组合物。8.根据权利要求1所述的半导体器件结构，其特征在于，所述负电容介质层的制备方法包括金属有机化合物化学气相沉积、分子束外延、脉冲激光沉积、原子层沉积或溅射中的一种或一种以上的任意组合。9.根据权利要求1所述的半导体器件结构，其特征在于，所述器件外延层包括沟道层和势垒层，所述势垒层位于所述沟道层上，所述势垒层包括InAlN、InAlGaN和AlGaN中的一种或一种以上的任意组合，所述沟道层包括GaN。10.一种半导体器件结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1‑9中任意一项所述的器件结构，所述制备方法包括：提供一衬底层；于所述衬底层上设置所述器件外延层；于所述器件外延层上设置场板介质层；于所述场板介质层上设置负电容介质层；于所述场板介质层和所述负电容介质层的第一侧设置栅极层；于所述栅极层设置场板电极，所述场板电极自所述第一侧朝所述场板介质层和所述负电容介质层的第二侧延伸，以至少覆盖部分所述负电容介质层。2CN115966604A说明书1/7页一种半导体器件结构及其制备方法技术领域[0001]本发明属于半导体集成电路制造技术领域，特别是涉及一种半导体器件结构及其制备方法。背景技术[0002]GaN(氮化镓)基的HEMT(HighElectronMobilityTransistors，高电子迁移率晶体管)器件作为WBG(宽禁带)功率半导体器件的代表，相比于硅和碳化硅为衬底的器件具有更高的电子迁移率、饱和电子速度和击穿电场，在高频以及功率应用方面有巨大的潜力。[0003]当GaN基HEMT器件在较大漏极偏压下工作时，沟道电场特别是栅极靠近漏极的一侧会产生峰值电场，极易引