氮化镓射频功率器件及其制备方法技术

本发明专利技术属于高电子迁移率器件技术领域，具体涉及一种氮化镓射频功率器件及其制备方法。本发明专利技术采用先栅工艺制备氮化镓射频功率器件，利用栅极侧墙来实现栅极与源极位置的自对准，减小了产品参数的漂移。同时，由于栅极被钝化层保护，使得源极与漏极能够在栅极形成之后通过合金化工艺来形成，降低了源、漏接触电阻，增强了氮化镓射频功率器件的电学性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高电子迁移率器件领域，涉及一种射频功率器件，具体涉及一种。
技术介绍
高电子迁移率晶体管(HighElectron Mobility Transistors,HEMT)被普遍认为是最有发展前途的高速电子器件之一。由于具有超高速、低功耗、低噪声的特点(尤其在低温下)，能极大地满足超高速计算机及信号处理、卫星通信等用途上的特殊需求，故而HEMT器件受到广泛的重视。作为新一代微波及毫米波器件，HEMT器件无论是在频率、增益还是在效率方面都表现出无与伦比的优势。经过10多年的发展，HEMT器件已经具备了优异的微波、毫米波特性，已成为2 100 GHz的卫星通信、射电天文等领域中的微波毫米波低噪声放大器的主要器件。同时，HEMT器件也是用来制作微波混频器、振荡器和宽带行波放大器的核心部件。目前氮化镓基的HEMT射频功率器件大多采用后栅工艺制造，其制造的工艺流程主要包括:首先制造源、漏电极。光刻欧姆接触窗口，利用电子束蒸发形成多层电极结构，剥离工艺形成源、漏接触，使用快速热退火(RTA)设备，在9(KTC、30 Sec氩气保护条件下形成良好的源、漏欧姆接触。然后光刻出需刻蚀掉的区域，并使用反应离子束刻蚀(RIE)设备，通入氯化硼，刻蚀台阶。最后再次利用光刻、电子束蒸发和剥离工艺形成肖特基势垒栅金属。但是随着器件尺寸的缩小，这种后栅工艺的方法难以实现HEMT器件的栅极与 源极、漏极位置的精确对准，造成产品参数的漂移。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种，以实现HEMT器件的栅极与源极位置的自对准，减小产品参数的漂移，增强氮化镓射频功率器件的电学性倉泛。本专利技术所提出的一种氮化镓射频功率器件，包括: 在衬底上依次形成的氮化镓铝缓冲层、氮化镓沟道层、氮化镓铝隔离层； 在所述氮化镓铝隔离层之上形成的栅介质层； 在所述栅介质层之上形成的栅叠层区，包括栅极以及位于栅极之上的钝化层； 在所述栅叠层区的两侧形成的第一栅极侧墙； 在所述氮化镓铝隔离层之上，所述栅极的一侧形成的漏极以及在所述栅极的非漏极侧形成的源极； 只在所述栅叠层区靠近漏极的一侧位于所述第一栅极侧墙与漏极之间形成的第二栅极侧墙。本专利技术中，在所述第一栅极侧墙之上靠近漏极一侧形成的与所述源极相连的场板，且在器件的沟道长度方向上，所述场板向所述第二栅极侧墙以及所述位于栅极之上的钝化层上延伸。本专利技术中，还提出了所述氮化镓射频功率器件的制备方法，具体步骤如下: 在衬底上依次淀积氮化镓铝缓冲层、氮化镓沟道层、氮化镓铝隔离层； 以光刻胶作为刻蚀阻挡层，依次刻蚀氮化镓铝隔离层、氮化镓沟道层、氮化镓铝缓冲层以形成有源区，之后去胶； 在所形成的结构的暴露表面上淀积第一层绝缘薄膜； 在所形成的第一层绝缘薄膜之上依次淀积第一层导电薄膜、第二层绝缘薄膜； 进行光刻、显影定义出器件的栅叠层区的位置； 以光刻胶作为刻蚀阻挡层，依次刻蚀掉暴露出的第二层绝缘薄膜和第一层导电薄膜，之后去胶，未被刻蚀掉的第一层导电薄膜和第二层绝缘薄膜形成器件的栅极以及位于栅极之上的钝化层； 在所形成的结构的暴露表面上淀积第三层绝缘薄膜，并刻蚀所形成的第三层绝缘薄膜在栅叠层区的两侧形成第一栅极侧墙； 在所形成的结构的暴露表面上淀积一层多晶硅，并对所形成的多晶硅进行回刻，其中，仅源极位置处的多晶硅没有被刻蚀掉； 在所形成的结构的暴露表面上淀积第四层绝缘薄膜，并刻蚀所形成的第四层绝缘薄膜在栅叠层区靠近漏极的一侧形成第二栅极侧墙； 刻蚀掉剩余的多晶硅，并继续刻蚀掉暴露出的第一层绝缘薄膜； 通过光刻工艺形成图形，分别定义出源极和漏极的位置； 通过lift-off工艺和合金化工艺形成器件的源极和漏极； 在靠近漏极一侧的第一栅极侧墙之上形成与源极相连的场板，且在器件的沟道长度方向上，该场板向第二栅极侧墙以及位于栅极之上的钝化层上延伸。如上所述的氮化镓射频功率器件的制备方法，所述的第一层绝缘薄膜为氧化硅、氮化硅、氧化铪或者为三氧化二铝，所述的第二层绝缘薄膜、第三层绝缘薄膜和第四层绝缘薄膜为氧化硅或者为氮化硅。如上所述的氮化镓射频功率器件的制备方法，所述的第一层导电薄膜为含铬、或者含镍、或者含鹤的合金。本专利技术采用先栅工艺制备氮化镓射频功率器件，利用栅极侧墙来实现栅极与源极位置的自对准，减小了产品参数的漂移。同时，由于栅极被钝化层保护，使得源极与漏极能够在栅极形成之后通过合金化工艺来形成，降低了源、漏接触电阻，增强了氮化镓射频功率器件的电学 性能。附图说明图1为本专利技术所公开的氮化镓射频功率器件的一个实施例的剖面图。图2为由本专利技术所公开的氮化镓射频功率器件组成的射频功率器件阵列的一个实施例，其中，图2b为该射频功率器件阵列的俯视图示意图，图2a为图2b所示结构沿AA方向的剖面图。图3至图12为本专利技术所公开的如图2所示的射频功率器件阵列的制备方法的一个实施例的工艺流程图。具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明，在图中，为了方便说明，放大或缩小了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不能完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。图1为本专利技术所提出的氮化镓射频功率器件的一个实施例，它是沿该器件沟道长度方向的剖面图。如图1所示，衬底包括基底200和在基底200上形成的氮化镓缓冲层201，在衬底之上依次形成有氮化镓铝缓冲层202、氮化镓沟道层203和氮化镓铝隔离层204。在氮化镓铝隔离层204之上形成有栅介质层205，在栅介质层205之上形成有器件的栅叠层区，包括栅极206和在栅极206之上形成的钝化层207。在栅叠层区的两侧形成有第一栅极侧墙208。在氮化镓铝隔离层204之上，栅极206的一侧形成的漏极211以及在栅极206的非漏极侧形成的源极212。 只在栅叠层区靠近漏极211的一侧并且位于第一栅极侧墙208与漏极211之间形成有第二栅极侧墙209。在第一栅极侧墙208之上靠近漏极211的一侧还形成有器件的场板214，场板214与源极212相连，且在器件的沟道长度方向上，场板214向第二栅极侧墙209和钝化层207上延伸。在漏极211之上还形成有用于将漏极211与外部电极相连接的漏极的接触体213。由多个本专利技术的氮化镓射频功率器件还可以组成氮化镓射频功率器件阵列，图2为由本专利技术所公开的如图1所示的氮化镓射频功率器件组成的氮化镓射频功率器件阵列的一个实施例，其中，图2b为该氮化镓射频功率器件阵列的俯视图示意图，图2a为图2b所示结构沿AA方向的剖面图。本专利技术所提出的氮化镓射频功率器件及由本专利技术所提出的氮化镓射频功率器件组成的氮化镓射频功率器件阵列的制备方法是一致的，以下所叙述的是制备如图2所示的氮化镓射频功率器件阵列结构的一个实施例的工艺流程。首先，如图3所示，在衬底上依次淀积形成厚度约为40纳米的氮化镓铝缓冲层202、厚度约为40纳米的氮化镓沟道层203、厚度约为22纳米的氮化镓铝隔离层204，然后在氮化镓铝隔离层204之上淀积一层光刻胶并掩膜、曝光、显影定义出有源区的位置，然后以光刻胶作为刻蚀阻挡层依次刻蚀掉暴露出的氮化镓铝隔离层204、氮化镓沟道层203、氮本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓射频功率器件，包括：在衬底上依次形成的氮化镓铝缓冲层、氮化镓沟道层、氮化镓铝隔离层；以及，在所述氮化镓铝隔离层之上形成的栅介质层；其特征在于，还包括：在所述栅介质层之上形成的栅叠层区，包括栅极以及位于栅极之上的钝化层；在所述栅叠层区的两侧形成的第一栅极侧墙；在所述氮化镓铝隔离层之上，所述栅极的一侧形成的漏极以及在所述栅极的非漏极侧形成的源极；只在所述栅叠层区靠近漏极的一侧，且位于所述第一栅极侧墙与漏极之间形成的第二栅极侧墙。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓射频功率器件，包括: 在衬底上依次形成的氮化镓铝缓冲层、氮化镓沟道层、氮化镓铝隔离层； 以及，在所述氮化镓铝隔离层之上形成的栅介质层； 其特征在于，还包括: 在所述栅介质层之上形成的栅叠层区，包括栅极以及位于栅极之上的钝化层； 在所述栅叠层区的两侧形成的第一栅极侧墙； 在所述氮化镓铝隔离层之上，所述栅极的一侧形成的漏极以及在所述栅极的非漏极侧形成的源极； 只在所述栅叠层区靠近漏极的一侧，且位于所述第一栅极侧墙与漏极之间形成的第二栅极侧墙。2.如权利要求1所述的氮化镓射频功率器件，其特征在于，在所述第一栅极侧墙之上靠近漏极一侧形成的与所述源极相连的场板，且在器件的沟道长度方向上，所述场板向所述第二栅极侧墙以及所述位于栅极之上的钝化层上延伸。3.—种如权利要求1所述的氮化镓射频功率器件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下: 在衬底上依次淀积氮化镓铝缓冲层、氮化镓沟道层、氮化镓铝隔离层； 以光刻胶作为刻蚀阻挡层，依次刻蚀氮化镓铝隔离层、氮化镓沟道层、氮化镓铝缓冲层以形成有源区，之后去胶； 在所形成的结构的暴露表面上淀积第一层绝缘薄膜； 在所形成的第一层绝缘薄膜之上依次淀积第一层导电薄膜、第二层绝缘薄膜； 进行光刻、显影定义出器件的栅叠层区的位置； 以光刻胶作为刻蚀阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，刘晓勇，孙清清，周鹏，张卫，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：