金属氧化物半导体场效应晶体管射频开关器件及制备方法技术

本发明专利技术公开一种金属氧化物半导体场效应晶体管射频开关器件及制备方法，由GaAs衬底层、AlGaAs缓冲层、InGaAs导电沟道层、InGaP势垒层、GaAs帽层、InGaAs帽层自下而上依次设置形成金属氧化物半导体场效应晶体管；漏端和源端设置在InGaAs帽层的上方；位于顶部的GaAs帽层和InGaAs帽层内开设有栅槽，栅端嵌设在该栅槽内；栅介质Al2O3填充在栅槽内，并与InGaP势垒层接触。上述栅端接入一薄膜电阻后，作为射频开关器件的控制端；源端和漏端中的一个作为射频开关器件的发射端，另一个作为射频开关器件的接收端。本发明专利技术具有隔离度高、功率容量大、插入损耗低和易于实现的特点。

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物半导体场效应晶体管射频开关器件的制备方法
本专利技术涉及射频开关器件领域，具体涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)射频开关器件的制备方法。
技术介绍
射频开关是众多无线通信系统中非常重要的元件。目前主要有PIN二极管、微电子机械系统(MEMS)技术、CMOS射频开关以及GaAsPHEMT分立元件技术等几种RF收/发开关的技术。由于PIN二极管开关技术需要较大的偏置电流，并且开关速度较低，因此在移动通信设备中应用较少。MEMS融合了微电子与精密机械制作技术，虽然拥有插入损耗低，易于与IC兼容等特点，但是存在开关时间过长，速度慢，驱动电压高，功率容量小，价格昂贵且MEMS开关的使用寿命较短等缺点。传统的CMOS技术虽然成本较低易于CMOS工艺集成，但是插入损耗较高，尤其当开关数较多时不容易满足指标。而基于GaAsPHEMT技术的开关电路在控制电路中工作于无源状态，没有直流功耗，由栅级和源级的相对电位决定其导通和关断，相比传统的微波PIN二极管开关电路具有较低的功耗，同时与标准CMOS开关电路相比具有较低的插入损耗，因此在射频开关应用开发上具有明显的优势。然而，传统的GaAspHEMT都是以肖特基接触作为栅电极，而肖特基接触容易引起较大的栅漏电流，使器件工作的动态范围减小，限制了GaAspHEMT器件在大功率条件下的开关应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种金属氧化物半导体场效应晶体管射频开关器件的制备方法，其具有隔离度高、功率容量大、插入损耗低和易于实现的特点。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种金属氧化物半导体场效应晶体管射频开关器件的制备方法，包括如下步骤：步骤一：在GaAs衬底层上依次外延生长AlGaAs缓冲层、InGaAs导电沟道层、InGaP势垒层、GaAs帽层、InGaAs帽层；步骤二：台面隔离；先匀胶光刻保护台面，之后分别采用腐蚀液腐蚀InGaAs帽层，GaAs帽层，InGaP势垒层和InGaAs导电沟道层，形成台面；步骤三：源漏金属欧姆接触；匀胶光刻后，采用电子束蒸发台蒸发源漏金属，并在N2气氛下，快速退火，形成源漏欧姆接触；步骤四：栅槽定义；生长SiO2作为栅槽腐蚀掩膜层，匀胶光刻后，利用CF4气体刻蚀SiO2，并利用腐蚀液腐蚀InGaAs帽层和GaAs帽层，形成栅槽；步骤五：淀积栅介质及栅金属；采用原子层淀积设备淀积Al2O3作为栅介质；光刻匀胶，电子束蒸发栅金属；步骤六：栅端接入薄膜电阻；匀胶光刻，溅射TaN作为栅端接入的薄膜电阻，在N2气氛下，快速退火；步骤七：将接有薄膜电阻的栅端作为射频开关器件的控制端；将源端和漏端中的一个作为射频开关器件的发射端，另一个作为射频开关器件的接收端。上述步骤一中还进一步包括在InGaAs导电沟道层和AlGaAs缓冲层用Si掺杂的过程。上述步骤二中步骤二中腐蚀InGaAs帽层、GaAs帽层和InGaAs导电沟道层采用的腐蚀液为H3PO4:H2O2:H2O＝3:1:50，腐蚀InGap势垒层采用的腐蚀液为H3PO4:HCl＝4:1；步骤四中所述腐蚀液为C6H8O7:H2O2:H2O＝3:1:50。上述步骤三中所述源金属和漏金属均由Ni、Ge、Au、Ge、Ni和Au自下而上叠加而成；步骤五中所述栅金属由Ni和Au自下而上叠加而成。上述步骤三中所述退火的温度为300度，退火的时间为50秒；步骤六中所述退火的温度为300度，退火的时间为30秒。上述步骤五中淀积Al2O3的厚度为10nm；步骤六中溅射TaN的厚度为50nm。与现有技术相比，本专利技术在传统pHEMT材料结构基础上，采用Al2O3高K介质作为栅介质来降低漏电。由于GaAsMOSFET具有非常低的栅漏电，比GaAspHEMT具有更大的跨导、电流密度和击穿电压等特点，因此本专利技术采用GaAsMOSFET设计的射频开关拥有比同等条件下的采用GaAspHEMT设计的射频开关而言，具有更低的漏电和插入损耗，更高的电流密度、跨导、功率容量和隔离度。此外，本专利技术易于与GaAsHEMT工艺集成，并且具有工艺简单、易于实现的特点。附图说明图1是一种MOSFET射频开关器件结构。图2是一种MOSFET射频开关器件的显微镜图。图3是一种MOSFET射频开关器件的对应等效原理图。图4是一种MOSFET射频开关器件的转移特性曲线测试图。图5是一种MOSFET射频开关器件的漏电测试图。图6是一种MOSFET射频开关器件的阈值电压测试图。图7是一种MOSFET射频开关器件的插入损耗和隔离度测试图。具体实施方式一种金属氧化物半导体场效应晶体管射频开关器件，如图1所示，所述金属氧化物半导体场效应晶体管自上而下依次包括10nmInGaAs帽层、5nmGaAs帽层，5nmInGaP势垒层，7nmInGaAs导电沟道，300nmAlGaAs缓冲层以及GaAs衬底层。所述InGaAs导电沟道与AlGaAs缓冲层之间采用Si掺杂，金属氧化物半导体场效应晶体管由分子束外延(MBE)设备外延生长。位于金属氧化物半导体场效应晶体管顶部InGaAs帽层和GaAs帽层的中部开栅槽，淀积10nmAl2O3作为栅介质与InGaP势垒层接触，采用T型栅端与Al2O3接触，形成金属氧化物半导体场效应晶体管。如图2和3所示，所述金属氧化物半导体场效应晶体管的源漏端作为射频开光器件的射频信号的发射端或者接收端；所述金属氧化物半导体场效应晶体管栅端接大电阻作为射频开关开关器件的控制端，用于控制器件开启与关断的状态。所述栅端大电阻为薄膜电阻，其阻值范围为5KΩ～10KΩ。上述射频开关器件在开启状态下等效为小电阻，在关断状态下则等效为大电容。上述一种金属氧化物半导体场效应晶体管射频开关器件的制备方法，包括步骤如下：步骤一：在GaAs衬底层上依次外延生长AlGaAs缓冲层、InGaAs导电沟道层、InGaP势垒层、GaAs帽层和InGaAs帽层，形成AlGaAs/InGaAs/InGaP/GaAs/InGaAs的台面。步骤二：台面隔离。先匀胶光刻保护台面，之后首先采用H3PO4:H2O2:H2O＝3:1:50腐蚀液腐蚀InGaAs和GaAs帽层，然后采用H3PO4:HCl＝4:1腐蚀液腐蚀InGaP势垒层，最后再次用H3PO4:H2O2:H2O＝3:1:50腐蚀液腐蚀InGaAs导电沟道层，形成台面。步骤三：源漏金属欧姆接触。匀胶光刻后，采用电子束蒸发台蒸发Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au源漏金属，在N2气氛下，300度快速退火50秒，形成源漏欧姆接触。步骤四：栅槽定义。利用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术生长SiO2作为栅槽腐蚀掩膜层。匀胶光刻后，采用电感耦合等离子体刻蚀(ICP)技术利用CF4气体刻蚀SiO2，利用C6H8O7:H2O2:H2O＝3:1:50腐蚀液腐蚀InGaAs和GaAs帽层，形成栅槽。步骤五：淀积栅介质及栅金属。采用原子层淀积设备(ALD)淀积10nmAl2O3作为栅介质。光刻匀胶，电子束蒸发金属Ni/Au作为栅金属。步骤六：栅端接入大电阻。匀胶光刻，溅射50nmTaN作为栅端接入的薄膜大电阻，在N2气氛下，300度快速退火30s合金。步骤七：经过上面步骤之后，金属氧化物半本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属氧化物半导体场效应晶体管射频开关器件，所述射频开关器件由金属氧化物半导体场效应晶体管构成，其特征在于：上述金属氧化物半导体场效应晶体管包括GaAs衬底层、AlGaAs缓冲层、InGaAs导电沟道层、InGaP势垒层、GaAs帽层、InGaAs帽层、Al2O3介质、栅端、漏端和源端；其中GaAs衬底层、AlGaAs缓冲层、InGaAs导电沟道层、InGaP势垒层、GaAs帽层、InGaAs帽层自下而上依次设置；漏端和源端设置在InGaAs帽层的上方；位于顶部的GaAs帽层和InGaAs帽层内开设有栅槽，栅端嵌设在该栅槽内；Al2O3介质填充在栅槽内，并作为栅介质与InGaP势垒层接触；上述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅端接入一薄膜电阻后，作为射频开关器件的控制端；金属氧化物半导体场效应晶体管的源端和漏端中的一个作为射频开关器件的发射端，另一个作为射频开关器件的接收端。

【技术特征摘要】
1.金属氧化物半导体场效应晶体管射频开关器件的制备方法，其特征是包括如下步骤：步骤一：在GaAs衬底层上依次外延生长AlGaAs缓冲层、InGaAs导电沟道层、InGaP势垒层、GaAs帽层和InGaAs帽层；步骤二：台面隔离；先匀胶光刻保护台面，之后分别采用腐蚀液腐蚀InGaAs帽层，GaAs帽层，InGaP势垒层和InGaAs导电沟道层，形成台面；步骤三：源漏金属欧姆接触；匀胶光刻后，采用电子束蒸发台蒸发源漏金属，并在N2气氛下，快速退火，形成源漏欧姆接触；步骤四：栅槽定义；生长SiO2作为栅槽腐蚀掩膜层；匀胶光刻后，利用CF4气体刻蚀SiO2，利用腐蚀液腐蚀InGaAs和GaAs帽层，形成栅槽；步骤五：淀积栅介质及栅金属；采用原子层淀积设备淀积Al2O3作为栅介质；光刻匀胶，电子束蒸发栅金属；步骤六：栅端接入薄膜电阻；匀胶光刻，溅射TaN作为栅端接入的薄膜电阻，在N2气氛下，快速退火；步骤七：将接有薄膜电阻的栅端作为射频开关器件的控制端；将源端和漏端中的一个作为射频开关器件的发射端，另一个作为射频开关器件的接收端。2.根据权利要求1所述的金属氧化物半导体场效应晶体管射频...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海鸥，周佳辉，闭斌双，林子曾，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西;45