一种半导体器件及其制备方法与流程

本发明涉及一种半导体，特别地涉及一种半导体器件及其制备方法。

背景技术：

1、iii-v族氮化物是重要的半导体材料，例如aln、gan、inn及这些材料的化合物，如algan、ingan、alingan等，iii-v族氮化物具有直接带隙、宽禁带、高击穿电场强度等优点。近年来，以gan为代表的iii族氮化物半导体制备的高电子迁移率的晶体管(high electronmobility transistors，简称hemt)广泛应用在发光器件、电力电子、射频器件等领域。hemt通常包括耗尽型和增强型两类，对于耗尽型的hemt，由于其为常开型器件，因而在应用时通常与低压增强型器件联合构成共源共栅结构(cascode)。图1是现有技术中的cascode器件原理示意图。cascode器件包括高压耗尽型晶体管(如耗尽型hemt)q2和低压增强型晶体管(如mosfet)q1。在将cascode器件作为功率开关连接在应用电路中时，其漏极d和源极s接入电路中，栅极g连接驱动电路。当cascode器件的栅极g接收到的驱动信号为高电平时，mosfet q1导通，cascode器件中的hemt q2与mosfet q1都处于导通状态，因而整个cascode器件处于低电阻状态，可以流过较大的电流。当栅极g接收到的驱动信号为低电平时，cascode器件的mosfet q1断开，cascode器件处于断开高电阻状态，器件可以承受较高的电压。相比于增强型hemt(如p-gan hemt)，cascode器件具有更高的栅极可靠性和更小的面积。

2、从前述cascode器件的工作原理可见，cascode器件的开关状态由mosfet q1控制，但由于cascode的特殊结构，外加的cascode栅极驱动电阻对其开关速度的影响很小，因而在一些应用中会造成严重的电磁干扰(emi)问题。

3、图2是现有技术中的控制hmet开关速率的电路原理图。如图2所示，在电路设计时，在电路中增加加一个驱动电阻rg，并与hemt的栅极g相连接，通过调节所述驱动电阻rg的阻值大小控制hemt的开关速率。其原理是：hemt结构中存在漏栅电容cdg、栅源电容cgs等由于内部结构引起的寄生电容，当在栅极g连接驱动电阻rg时，可以通过调节驱动电阻rg的阻值控制内部电容的充放电时长，从而达到控制器件开关速率的目的。然而，hemt结构中的漏栅电容cdg会随着漏源电压变化，也就导致了hemt的开关速率也会发生变化，因而目前的方案很难获得稳定的开关速率。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种半导体器件及其制备方法，用于在不同的应用电压时获得稳定的开关速率。

2、为了解决上述的技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了一种半导体器件，其包括功能层、介质层、电极结构、焊盘结构以及速率调控结构，其中，所述功能层的第一功能区中形成有第一二维载流子气；所述介质层形成在所述功能层上方；所述电极结构形成在所述第一功能区，包括源极结构、漏极结构和栅极结构，所述源极结构和所述漏极结构分别与所述第一二维载流子气电连接；所述焊盘结构的表面露出所述介质层上表面，分别包括源极焊盘、漏极焊盘和栅极焊盘，所述源极焊盘、所述漏极焊盘和所述栅极焊盘分别经过介质孔与所述源极结构、所述漏极结构和所述栅极结构对应电连接以构成器件的源极、漏极和栅极；所述速率调控结构包括形成在所述介质层内部的多个各自独立的场板，每个场板分别与所述漏极形成预置容量的第一电容。

3、根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种半导体器件的制备方法，其中包括：

4、提供半导体外延片作为功能层，所述功能层至少包括沟道层和势垒层，在所述沟道层中靠近所述势垒层的区域形成有二维载流子气；所述沟道层和所述势垒层为iii-v族化合物；

5、在所述功能层的第一功能区中形成电极结构，所述电极结构包括源极结构、漏极结构和栅极结构，所述源极结构和漏极结构分别与所述第一二维载流子气电连接；

6、在所述电极结构上方沉积第一介质层；

7、在所述第一介质层上方制备多个各自独立的作为速率调控结构的场板，并在最上层的场板上方沉积第二介质层；

8、自所述第二介质层向下刻蚀分别与源极结构、漏极结构、栅极结构和每个场板相连通的介质孔；以及

9、在所述介质孔内及在所述第二介质层上表面沉积金属以得到焊盘结构，所述焊盘结构分别包括源极焊盘、漏极焊盘、栅极焊盘和多个调控焊盘，所述源极焊盘、漏极焊盘、栅极焊盘和每个调控焊盘分别经过介质孔与源极结构、漏极结构、栅极结构和场板对应电连接以构成器件的源极、漏极、栅极和多个第一电容。

10、根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种半导体器件的制备方法，其中包括：

11、提供半导体外延片作为功能层，所述功能层至少包括沟道层和势垒层，在所述沟道层中靠近所述势垒层的区域形成有二维载流子气；所述沟道层和所述势垒层为iii-v族化合物；

12、在所述功能层的第一功能区中形成第一电极结构，所述第一电极结构包括源极结构、漏极结构和栅极结构，所述源极结构和漏极结构分别与所述第一二维载流子气电连接；

13、在与所述第一功能区电绝缘的第二功能区中形成第二电极结构，所述第二电极结构包括多个电极，每个电极与第二功能区中的第二二维载流子气欧姆连接；所述多个电极至少构成多个通过电极之间的第二二维载流子气形成对应阻值的第一电阻；

14、在所述电极结构上方沉积第一介质层；

15、在所述第一介质层上方制备多个各自独立的作为速率调控结构的场板，且每个场板与构成第一电阻的第一电极通过介质孔电连接，每个构成第一电阻的第二电极与栅极结构或栅极焊盘电连接；

16、在最上层的场板上方沉积第二介质层；

17、自所述第二介质层向下刻蚀分别与源极结构、漏极结构和栅极结构相连通的介质孔；以及

18、在所述介质孔内及在所述第二介质层上表面沉积金属以得到焊盘结构，所述焊盘结构分别包括源极焊盘、漏极焊盘和栅极焊盘，所述源极焊盘、漏极焊盘和栅极焊盘分别经过介质孔与源极结构、漏极结构和栅极结构对应电连接以构成器件的源极、漏极和栅极；其中，每个场板分别与所述漏极形成预置容量的第一电容。

19、根据本发明的另一个方面，本发明还提供了一种半导体器件的制备方法，其中包括：

20、提供半导体外延片作为功能层，所述功能层至少包括沟道层和势垒层，在所述沟道层中靠近所述势垒层的区域形成有二维载流子气；所述沟道层和所述势垒层为iii-v族化合物；

21、在所述功能层的第一功能区中形成电极结构，所述电极结构包括源极结构、漏极结构和栅极结构，所述源极结构和漏极结构分别与所述第一二维载流子气电连接；

22、在所述电极结构上方沉积第一介质层；

23、在所述第一介质层上方制备多个各自独立的作为速率调控结构的场板及作为电阻的一个或多个条状金属层，所述一个或多个条状金属层包括能够形成多个预置电阻的多个端点，且每个场板与构成第一电阻第一端条状金属层端点电连接，每个构成第一电阻第二端的条状金属层端点通过介质孔与栅极结构或栅极焊盘电连接；

24、并在最上层的场板上方沉积第二介质层；

25、自所述第二介质层向下刻蚀分别与源极结构、漏极结构和栅极结构相连通的介质孔；以及

26、在所述介质孔内及在所述第二介质层上表面沉积金属以得到焊盘结构，所述焊盘结构分别包括源极焊盘、漏极焊盘和栅极焊盘，所述源极焊盘、漏极焊盘和栅极焊盘分别经过介质孔与源极结构、漏极结构和栅极结构对应电连接以构成器件的源极、漏极和栅极；其中，每个场板分别与所述漏极形成预置容量的第一电容。

27、本发明提供的半导体器件中包括多个场板，其分别在对应的电压区间发挥作用，不但能够降低漏极和栅极之间的高压电场，并且根据器件emi需求所需的开关速率及对应的电容量大小与对应阻值的电阻连接在一起时，能够在不同的漏源电压区间得到相近似的开关速率，从而使器件在不同的漏源电压下保持稳定的开关速率，进而提高了器件性能。