减小毫米波AlGaN/GaN HEMT栅寄生电容的方法技术

一种减小毫米波AlGaN/GaN HEMT栅寄生电容的方法，所述微波毫米波芯片的主要结构包括SiC衬底、外延沟道、势垒层、源漏电极及T型栅，T型栅结构采用电子束一次成型制备，所述减小毫米波AlGaN/GaN HEMT栅寄生电容的方法包括以下步骤：剥离栅金属，对栅结构进行钝化，钝化的致密介质具有耐BOE溶液腐蚀特性；生长电容介质；采用光刻工艺使栅暴露出来而电容结构被胶保护；利用BOE溶液对电容介质进行腐蚀，控制时间去除栅两侧的电容介质并保留钝化介质。将不同的介质作钝化和电容介质，以选择性的去处栅两侧的寄生电容，该方法用致密度高的高温SiN介质做栅钝化，利用致密度低的低温SiN介质做电容，依靠做栅钝化和做电容两者的BOE腐蚀速率差异去除栅两侧的电容介质减小栅寄生电容。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及栅制备工艺，尤其涉及一种减小毫米波AlGaN/GaNHEMT栅寄生电容的方法。
技术介绍
三代半导体在微波毫米波芯片的高频领域具有广阔的应用前景。毫米波GaNHEMT器件具有工作电压高，输出功率可达瓦级以上，功率密度高以及工作频率可达到100GHz等优势。而制约高频器件发展的一个主要的工艺瓶颈是伴随小尺寸栅的寄生问题。目前GaN毫米波HEMT器件的栅工艺制备普遍为基于电子束直写的“T”型栅或“Y”型栅。而制备“T”型栅或“Y”型栅的栅工艺，普遍采用的是裸栅工艺。所谓裸栅工艺指，在栅金属蒸发前不生长介质，在外延材料上直接通过电子束直写或深紫外光刻得到胶型，栅金属蒸发后，将胶型转化为栅型，剥离得到金属栅。对于GaN器件而言，由于其源漏所采用的欧姆合金金属为TiAlNiAu，该金属体系由于Al和Ni的易氧化特性而不可长时间暴露于空气及水中。所以直接采用裸栅工艺并不适用于GaNHEMT器件制备。另外，裸栅工艺本身具有一定的不足：裸栅结构在栅成型过程中没有介质辅助，剥离容易倒栅，后续工艺稳定性不高。对于GaN材料，需要在栅工艺前对源漏金属保护，一般地，采用的方法是生长一层介质。另外，由于裸栅存在稳定性差的特点，需要对其进行钝化保护。对于具有MMIC单片的芯片制备而言，一般还需要生长电容介质。其中栅两侧的钝化介质是保护栅稳定性的，而多余的电容介质则增加了栅寄生电容的作用，不利于毫米波器件的高频特性提高。另外一种钝化则是采用低介电常数的BCB介质作为钝化，其可保证栅两侧具有较小的寄生电容，然而BCB介质具有较大的微波损耗角，同样不利于毫米波器件的高频特性提高。线宽较大的器件采用另一种介质辅助栅工艺。介质辅助栅工艺指，在光刻栅脚图形前，外延材料底部生长了介质，利用刻蚀手段将栅脚刻蚀出，如此后续的栅金属蒸发时有了介质支撑便可增强其稳定性。而对于介质辅助栅型而言，其不足为：较厚的介质带来较大的寄生电容，同时介质刻蚀因存在线宽损失及套刻等问题，致使介质辅助栅成型制备无法完成。对于毫米波的GaNHEMT器件，最关键的工艺就是减小栅源寄生电容Cgs，而介质辅助工艺恰恰使其增大，故介质辅助工艺并不适用与毫米波GaNHEMT器件。而从介质辅助栅工艺衍生出的叠栅工艺是指：在外延材料上通过电子束直写过深紫外光刻得到小线宽图形，蒸发较薄的栅金属，此时栅具有较好的稳定性；再通过生长介质将其保护，利用套刻和刻蚀工艺使薄的栅金属上表面露出，再二次蒸发栅金属提高栅高度。对于叠栅工艺而言，其不足为：1.二次蒸栅工艺加三次光刻或电子束直写工艺加一次刻蚀工艺，步骤复杂带来工艺成本的提高；2.光刻或电子束直写介质刻蚀这一步很难保证套刻，尤其是对于小尺寸栅而言；3.叠栅工艺钝化介质胶厚，相应的寄生电容会较大。综上所述，单一的“T”型栅或“Y”型栅工艺对于高频下的毫米波GaNHEMT器件而言，存在不足。所以，针对毫米波器件而言，需要对目前的栅寄生进行优化。开发一种具有小尺寸栅稳定性和低寄生电容的工艺，不仅对提高高频器件性能具有帮助，同时也对小尺寸栅的成品率，可靠性具有帮助。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种一种减小毫米波AlGaN/GaNHEMT栅寄生电容的方法，能够减小了小尺寸栅的寄生电容并提高栅的稳定性。为了解决上述问题，本专利技术可采用如下技术方案：一种减小毫米波AlGaN/GaNHEMT栅寄生电容的方法，所述毫米波芯片的外延材料上生长有介质，所述介质包括SiC衬底、外延沟道、势垒层、源漏电极及T型栅，所述T型栅结构采用电子束一次成型制备，所述减小毫米波AlGaN/GaNHEMT栅寄生电容的方法包括以下步骤：剥离栅金属，对栅结构进行钝化，钝化的致密介质具有耐BOE(bufferoxideetcher)溶液腐蚀特性；生长电容介质；采用光刻工艺使栅暴露出来而电容结构被胶保护；利用BOE溶液对电容介质进行腐蚀，控制时间去除栅两侧的电容介质并保留钝化介质。与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请利用BOE腐蚀液对不同致密度介质的腐蚀速率差异进行选择性腐蚀，栅钝化采用致密的SiN介质包裹，电容介质采用相对疏松的SiN介质，利用BOE的腐蚀速率的高选择比，使钝化介质作为腐蚀液的自停止层，结合光刻工艺，有效去除栅两侧下的部分电容介质，减小毫米波AlGaN/GaNHEMT的寄生电容从而提升其高频特性。附图说明图1是本专利技术外延层上制备源漏电极及T型栅的示意图；图2是本专利技术采用致密介质对栅进行钝化截面示意图；图3是本专利技术生长疏松的电容介质后栅截面示意图；图4是本专利技术光刻后保护其他部分仅使栅露出示意图；图5是本专利技术选择性腐蚀去除栅两侧的电容介质后的示意图。具体实施方式参图1，本申请公开一种减小毫米波AlGaN/GaNHEMT栅寄生电容的方法，所述微波毫米波芯片的外延材料105上生长有介质，所述介质包括SiC衬底101、外延沟道、势垒层102、源漏电极103及T型栅104，所述T型栅104采用电子束一次成型制备。参图2，所述减小毫米波AlGaN/GaNHEMT栅寄生电容的方法包括以下步骤：剥离栅金属，对栅结构利用各向同性较好的致密介质202进行钝化，钝化的致密介质202厚度较薄且钝化的致密介质202具有非常低的BOE腐蚀速率，钝化的致密介质202的BOE腐蚀速率对于特定配比的去离子水和BOE腐蚀溶液中，腐蚀速率小于10nm/min，钝化的致密介质202可作为BOE溶液的自停止层，从而使腐蚀液不会腐蚀到栅金属以及GaN外延材料。致密介质的生长可以是高温生长的SiN或SiO2介质，也可以是采用ICP生长的SiN等介质。如高温生长SiN介质进行栅钝化时，在300℃或以上的高温下生长，生长SiN介质的厚度在50nm左右。栅金属剥离和钝化后，生长电容介质，栅钝化后，电容介质可采用小于200℃的低温下生长，低温生长下的介质的BOE腐蚀速率相对与上述相同配比的去离子水和BOE腐蚀液配比的溶液具有较高的腐蚀速率，一般会大于100nm/min。后续的无源工艺需要制备电容从而生长电容介质，如图3所示，低温生长比较疏松的介质作为电容介质，为保证较高的电容击穿电压，电容介质需生长的较厚。采用光刻工艺使栅暴露出来而电容结构被胶保护；利用BOE溶液对电容介质进行腐蚀，控制时间去除栅两侧的电容介质并保留钝化介质。低温疏松介质具有和高温致密介质基本一致的介电常数，从而使其满足电容介质的需求。然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种减小毫米波AlGaN/GaN HEMT栅寄生电容的方法，所述毫米波芯片的外延材料上生长有介质，所述介质包括SiC衬底、外延沟道、势垒层、源漏电极及T型栅，所述T型栅结构采用电子束一次成型制备，其特征在于：所述减小毫米波AlGaN/GaN HEMT栅寄生电容的方法包括以下步骤：1)、剥离栅金属，对栅结构进行钝化，钝化的致密介质具有耐BOE溶液腐蚀特性；2)、生长电容介质；3)、采用光刻工艺使栅暴露出来而电容结构被胶保护；4)、利用BOE溶液对电容介质进行腐蚀，控制时间去除栅两侧的电容介质并保留钝化介质。

【技术特征摘要】
1.一种减小毫米波AlGaN/GaNHEMT栅寄生电容的方法，所述毫米波芯片
的外延材料上生长有介质，所述介质包括SiC衬底、外延沟道、势垒层、源漏电
极及T型栅，所述T型栅结构采用电子束一次成型制备，其特征在于：所述减
小毫米波AlGaN/GaNHEMT栅寄生电容的方法包括以下步骤：
1)、剥离栅金属，对栅结构进行钝化，钝化的致密介质具有耐BOE溶液腐
蚀特性；
2)、生长电容介质；
3)、采用光刻工艺使栅暴露出来而电容结构被胶保护；
4)、利用BOE溶液对电容介质进行腐蚀，控制时间去除栅两侧的电容介质
并保留钝化介质。
2.根据权利要求1所述的减小毫米波AlGaN/GaNHEMT栅寄生电容的方法，
其特征在于：致密介质可以是SiN或SiO2介质，也可以是采用ICP生长的SiN
介质。
3.根据权利要求1所述的减小毫米波AlGaN/GaNHEMT栅寄生电容的方法，
其特征在于：钝化的致密介质作为BOE溶液的自停止层。
4.根据权利要求3所述的减小毫米波AlG...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴少兵，高建峰，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32