半导体器件、集成电路及电子设备的制作方法

    技术2024-12-13  10


    本公开涉及半导体芯片,尤其涉及一种半导体器件、集成电路及电子设备。


    背景技术:

    1、以氮化镓(gan)为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度大、临界击穿电场高、电子饱和速率高、抗辐射能力强等良好性质,广泛应用于光电、射频和电力电子等领域,是用于制备高功率射频电子器件和高效功率电子器件的最优选材料体系。同时,基于其特有的极化效应形成的algan/gan异质结构,可形成高浓度、高迁移率的二维电子气(twodimensional electron gas,2deg),利用该特征和gan的材料优势可制备出更低导通电阻、更高耐压、更大功率密度的高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,hemt)。

    2、然而,hemt在反向偏压下时,来自漏极的大量电场线会聚集于控制极靠近漏极的一侧的边缘,使得控制极边缘存在峰值电场,最终导致hemt出现提前击穿和器件稳定性差的问题。


    技术实现思路

    1、本公开的实施例提供一种半导体器件、集成电路及电子设备,用于实现电场的有效调制,提高半导体器件的耐压水平以及稳定性。

    2、为达到上述目的,本公开的实施例采用如下技术方案:

    3、一方面,提供一种半导体器件。所述半导体器件包括:衬底、在所述衬底的一侧叠设的沟道层和势垒层、以及p型ⅲ族氮化物层、第一极、第二极和控制极,p型ⅲ族氮化物层位于所述势垒层远离所述衬底的一侧;所述控制极位于所述p型ⅲ族氮化物层远离所述衬底的一侧,所述第一极和所述第二极位于所述沟道层远离所述衬底的一侧,所述控制极位于所述第一极和所述第二极之间;其中,沿第二方向,在所述p型ⅲ族氮化物层中,所述p型ⅲ族氮化物层最靠近所述第二电极的部分的空穴浓度最小;所述第二方向与所述衬底平行。

    4、本公开的上述实施例所提供的半导体器件,通过p型ⅲ族氮化物层最靠近第二电极的部分的空穴浓度最小的设置,这样,当半导体器件处于反向偏置(也称作反偏)时,随着第二极偏压的增大,原本集聚于控制极和p型ⅲ族氮化物层边缘的峰值电场被p型ⅲ族氮化物层最靠近第二电极的部分所调制,利用在p型ⅲ族氮化物层空穴浓度较小的下方的异质结中存在少量的2deg的作用,使得峰值电场不能聚集于控制极和p型ⅲ族氮化物层边缘,以实现电场的有效调制,提高半导体器件的耐压水平以及半导体器件的稳定性。

    5、在一些实施例中,在所述p型ⅲ族氮化物层上构建沿所述第一方向延伸的虚拟线,所述p型ⅲ族氮化物层包括:位于所述虚拟线沿第二方向两侧的第一部和第二部,所述第一部在所述第二方向上的尺寸和所述第二部在所述第二方向上的尺寸大致相等,所述第一部比所述第二部靠近所述第二极,所述第二方向与所述衬底平行;其中,沿所述第二方向,在所述第一部中,所述第一部最靠近所述虚拟线的部分的空穴浓度最大。

    6、在一些实施例中,沿所述第二方向,在所述第二部中,所述第二部远离所述虚拟线的部分的空穴浓度最小。

    7、在一些实施例中,沿所述第二方向,在所述第二部中,靠近所述虚拟线的部分的空穴浓度最大。

    8、在一些实施例中,所述第一部和所述第二部均包括:第一子部;沿所述第二方向,所述第一子部相对靠近所述虚拟线的部分的空穴浓度,大于所述第一子部相对远离所述虚拟线的部分的空穴浓度。

    9、在一些实施例中,所述第一部和/或所述第二部还包括:第二子部;所述第一子部和所述第二子部沿所述第二方向排布;沿所述第二方向,所述第二子部的空穴浓度一致。

    10、在一些实施例中,所述第一部和/或所述第二部还包括:第三子部;所述第一子部和所述第三子部沿所述第二方向排布;沿所述第二方向,所述第三子部相对靠近所述虚拟线的部分的空穴浓度,小于所述第三子部相对远离所述虚拟线的部分的空穴浓度。

    11、在一些实施例中,所述第二部中的空穴浓度不变。

    12、在一些实施例中,所述p型ⅲ族氮化物层的空穴浓度的范围为1013cm3~1020cm3。

    13、在一些实施例中,所述p型ⅲ族氮化物层中的掺杂元素包括:镁、铁和锌中至少一种,所述p型ⅲ族氮化物层还包括:调制元素,所述调制元素可以降低所述p型ⅲ族氮化物层中的空穴浓度。

    14、在一些实施例中,所述调制元素包括:氢、氧、氮、碳、氯、硅和氟中的至少一种。

    15、另一方面,提供一种集成电路,集成电路包括如上任一实施例所述的半导体器件。

    16、又一方面,提供一种电子设备,电子设备包括如上任一实施例所述的集成电路;电子设备还包括:电路板,所述集成电路设置于所述电路板上。

    17、可以理解地,本公开的上述实施例提供的集成电路和电子设备,其所能达到的有益效果可参考上文中半导体器件的有益效果,此处不再赘述。



    技术特征:

    1.一种半导体器件,其特征在于,包括:衬底和在所述衬底的一侧叠设的沟道层和势垒层;以及,

    2.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,在所述p型ⅲ族氮化物层上构建沿所述第一方向延伸的虚拟线,所述p型ⅲ族氮化物层包括:位于所述虚拟线沿第二方向两侧的第一部和第二部,所述第一部在所述第二方向上的尺寸和所述第二部在所述第二方向上的尺寸大致相等,所述第一部比所述第二部靠近所述第二极,所述第二方向与所述衬底平行;

    3.根据权利要求2所述的半导体器件,其特征在于,沿所述第二方向,在所述第二部中,所述第二部远离所述虚拟线的部分的空穴浓度最小。

    4.根据权利要求3所述的半导体器件,其特征在于,沿所述第二方向,在所述第二部中,靠近所述虚拟线的部分的空穴浓度最大。

    5.根据权利要求4所述的半导体器件,其特征在于,所述第一部和所述第二部均包括:第一子部;

    6.根据权利要求5所述的半导体器件,其特征在于,所述第一部和/或所述第二部还包括:第二子部;所述第一子部和所述第二子部沿所述第二方向排布;

    7.根据权利要求5所述的半导体器件,其特征在于,所述第一部和/或所述第二部还包括:第三子部;所述第一子部和所述第三子部沿所述第二方向排布;

    8.根据权利要求2所述的半导体器件,其特征在于,所述第二部中的空穴浓度不变。

    9.根据权利要求1所述的半导体器件,其特征在于,所述p型ⅲ族氮化物层的空穴浓度的范围为1013cm3~1020cm3。

    10.根据权利要求1~9中任一项所述的半导体器件,其特征在于,所述p型ⅲ族氮化物层中的掺杂元素包括:镁、铁和锌中至少一种,所述p型ⅲ族氮化物层还包括:调制元素,所述调制元素可以降低所述p型ⅲ族氮化物层中的空穴浓度。

    11.根据权利要求10所述的半导体器件,其特征在于,所述调制元素包括:氢、氧、氮、碳、氯、硅和氟中的至少一种。

    12.一种集成电路,其特征在于,包括如权利要求1~11中任一项所述半导体器件。

    13.一种电子设备,其特征在于,包括:


    技术总结
    本公开提供了一种半导体器件、集成电路及电子设备,涉及半导体芯片技术领域,用于实现电场的有效调制,提高半导体器件的耐压水平以及稳定性;半导体器件包括:衬底、沟道层、势垒层、P型Ⅲ族氮化物层、第一极、第二极和控制极;其中,沿第二方向,在所述P型Ⅲ族氮化物层中,所述P型Ⅲ族氮化物层最靠近所述第二电极的部分的空穴浓度最小;所述第二方向与所述衬底平行;上述半导体器件应用于功率器件中。

    技术研发人员:刘轩,冯超,吴钧烨
    受保护的技术使用者:深圳平湖实验室
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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