低寄生参数铝镓氮化合物/氮化镓高迁移率晶体管的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种低寄生参数铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，包括：在依次完成源电极、漏电极、栅电极的制作和第二介质层的淀积后，在第二介质层之上涂覆第四光刻胶层，并经过曝光、显影等操作之后在源电极和漏电极之间的第四光刻胶层中形成第四窗口，第四窗口完全覆盖栅电极，去除第四窗口下的介质层后去除第四光刻胶层，完成对栅电极周围介质层的减薄，然后再淀积一层较薄的介质层对栅电极进行保护，完成AlGaN/GaN HEMT的制作。本发明专利技术通过减薄器件栅电极栅周围介质层的厚度来实现对寄生效应的降低。第四光刻胶层同时可实现对电容、电阻和电感等器件的保护，因此本发明专利技术的方法与基于AlGaN/GaN HEMT微波单片集成电路制造兼容，具有很好的适用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种具有低寄生参数的铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法。
技术介绍
铝镓氮化合物(AlGaN)/氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)作为第三代宽禁带化合物半导体器件具有输出功率大、工作频率高、耐高温等特点，特别是其兼有的高频、大功率特性是现有Si和GaAs等半导体技术所不具备的，这使得其在微波应用领军具有独特的优势，从而成为了半导体微波功率器件研究的热点。输出功率能力方面，目前公开的小尺寸AlGaN/GaNHEMT的输出功率密度在X波段可达30W/mm以上(Wuetal.IEEEElectronDeviceLett.，Vol.25，No.3，pp.117-119，2004.)、Ka波段其输出功率甚至也达到了10W/mm以上(T.Palaciosetal.，IEEEELECTRONDEVICELETTERS，VOL.26，NO.11，pp.781-783，2005.)；工作频率方面，公开的AlGaN/GaNHEMT微波功率器件工作频率已覆盖到了3mm频段(M.Micovicetal.，IEEEIMSSymp.Dig.，pp.237-239，2006.)。虽然AlGaN/GaNHEMT兼有高频、大功率的特性，特别是在获得更高的功率密度方面，通过提升外延材料晶体质量、SiN表面钝化技术的引入(B.M.Green，etal.，IEEEElectronDeviceLett.，Vol.21no.6，pp.268-270，2000.)结合场板结构的采用(Andoetal.IEEEElectronDeviceLett.，Vol.24，No.5，pp.289-291，2003.)，研究人员已取得了很好的突破。对于获得高频性能而言，目前AlGaN/GaNHEMT制造过程中还面临诸多挑战，因为随着频率的提高，SiN钝化介质层也好、场板结构也好，都会引入额外的寄生参数，特别是针对毫米波应用，寄生参数的引入将严重恶化器件的性能，甚至使得器件无法很好的被应用，因此需要对SiN介质层和场板结构进行折中设计。目前对于Ku波段及以下应用的AlGaN/GaNHEMT，普遍采用了介质辅助栅工艺进行，该工艺中器件的栅脚和栅帽分开光刻、制作，工序相对复杂，但每一个步骤可控制性强，且由于栅脚所需线宽一般不小于0.25μm，可采用普通的光刻技术进行，所得到的器件一致性和可靠性都可得的有效保障。对于更高的毫米波应用而言，为了降低寄生效应，提高器件频率特性，一般采用一次成型栅技术，该方法中栅脚和栅帽同时由光刻形成，通过后续金属化工艺形成栅的制作，由于栅脚线宽需要达到0.15μm甚至更小，往往采用电子束光刻的方法进行。采用电子束光刻的方法进行AlGaN/GaNHEMT一次成型栅制作的困难在于，AlGaN/GaNHEMT采用的SiC衬底具有很好的半绝缘性，易导致电荷积累，影响光刻的成品率和一致性，另外由于一次成型的0.15μm栅比较脆弱，容易在后续工艺中遭到破坏，影响最终器件的成品率和可靠性。鉴于AlGaN/GaNHEMT中一次成型0.15μm栅制作的困难性，一种折中的办法是优化介质辅助栅工艺，使得器件能够工作在更高的频率下，如采用电子束光刻获得的0.15μm栅脚，同时对场板结构等参数进行优化，降低寄生效应，通过该方法可以实现器件在30GHz甚至更高频率下的工作(Y.-F.Wuetal，IEDMTechnicalDigest，pp.579-582，2003.)，当然受制于介质层的寄生效应，通过该方法要想进一步提升器件的工作频率几乎已不可能。为进一步提升采用介质辅助栅工艺制作的AlGaN/GaNHEMT器件的工作频率，T.Palacios等人(T.Palaciosetal.，IEDMTechnicalDigest，2005.)引入了Ge牺牲层，在栅制作完毕后将Ge牺牲层去除来降低器件的寄生，提升器件的频率特性，该方法虽然可有助于提升器件的频率特性，但是其困难在于AlGaN/GaNHEMT的应用形式一般为微波单片集成电路(MMIC)，不仅要在同一个衬底上完成AlGaN/GaNHEMT的制作，同时还有完成微波单片集成电路元件如电容、电阻和电感等的制作，特别是电容的制作需要引入额外的介质层，通常电容需要在栅制作完成后进行，电容制作过程中淀积的介质层将抵消前面Ge牺牲层去除带来的寄生降低作用，使得Ge牺牲层技术实用性不强。为充分利用介质辅助栅工艺在工艺可控制性、成品率以及一致性等方面的优势，同时兼容基于AlGaN/GaNHEMT的微波单片集成电路制作，有必要改进相关工艺。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提供了一种具有低寄生参数的铝镓氮化合物/氮化镓高电子迁移率晶体管的制造方法，通过减薄介质辅助栅工艺制作的AlGaN/GaNHEMT器件有源区钝化介质层厚度的方法来实现对寄生参数的降低，该方法具有可操作性强，与基于AlGaN/GaNHEMT的微波单片集成电路制作工艺兼容等优点。技术手段：为实现上述技术目的，本专利技术提出了一种低寄生参数铝镓氮化合物/氮化镓高迁移率晶体管的制造方法，所述晶体管所用外延材料包括从下到上依次叠加的衬底、GaN缓冲层和AlGaN势垒层，包括如下步骤：A：在AlGaN势垒层涂覆第一光刻胶层，经曝光、显影去除需要淀积源漏电极金属层区域的第一光刻胶层；B：淀积源漏电极金属层到第一光刻胶层以及AlGaN势垒层上，剥离去除第一光刻胶层及其上的源漏电极金属层得到器件的源电极和漏电极；C：高温退火使源电极和漏电极与其下方的半导体层形成良好的欧姆接触，淀积一层第一介质层到AlGaN势垒层、源电极和漏电极上；D：在第一介质层上涂覆第二光刻胶层，并经过曝光、显影在源电极和漏电极之间的光刻胶层中形成第一窗口；E：以第二光刻胶层为掩膜，采用干法等离子体刻蚀的方法将第一窗口中的第一介质层去除，并去除第一介质层上的第二光刻胶层后在第一介质层上得到第二窗口；F：在第一介质层及第二窗口之上涂覆第三光刻胶层，并经过曝光、显影操作之后在所示的第二窗口之上的第三光刻胶层中形成第三窗口；G：在第三光刻胶层以及第三窗口中淀积栅帽金属层，采用剥离工艺去除第三光刻胶层及其上的栅帽金属层后得到栅电极；H：淀积第二介质层对栅电极进行保护，在第二介质层之上涂覆第四光刻胶层，并经过曝光、显影操作之后在源电极和漏电极之间的第四光刻胶层中形成第四窗口，第四窗口完全覆盖栅电极且大于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低寄生参数铝镓氮化合物/氮化镓高迁移率晶体管的制造方法，所述晶体管所用外延材料包括从下到上依次叠加的衬底、GaN缓冲层和AlGaN势垒层，其特征在于，包括如下步骤：A：在AlGaN势垒层涂覆第一光刻胶层，经曝光、显影去除需要淀积源漏电极金属层区域的第一光刻胶层；B：淀积源漏电极金属层到第一光刻胶层以及AlGaN势垒层上，剥离去除第一光刻胶层及其上的源漏电极金属层得到器件的源电极和漏电极；C：高温退火使源电极和漏电极与其下方的半导体层形成良好的欧姆接触，淀积一层第一介质层到AlGaN势垒层、源电极和漏电极上；D：在第一介质层上涂覆第二光刻胶层，并经过曝光、显影在源电极和漏电极之间的光刻胶层中形成第一窗口；E：以第二光刻胶层为掩膜，采用干法等离子体刻蚀的方法将第一窗口中的第一介质层去除，并去除第一介质层上的第二光刻胶层后在第一介质层上得到第二窗口；F：在第一介质层及第二窗口之上涂覆第三光刻胶层，并经过曝光、显影操作之后在所示的第二窗口之上的第三光刻胶层中形成第三窗口；G：在第三光刻胶层以及第三窗口中淀积栅帽金属层，采用剥离工艺去除第三光刻胶层及其上的栅帽金属层后得到栅电极；H：淀积第二介质层对栅电极进行保护，在第二介质层之上涂覆第四光刻胶层，并经过曝光、显影操作之后在源电极和漏电极之间的第四光刻胶层中形成第四窗口，第四窗口完全覆盖栅电极且大于栅电极，然后去除第四窗口下的第一介质层后去除第四光刻胶层，淀积第三介质层对栅电极进行保护，完成AlGaN/GaN HEMT器件制作；或者步骤G后，首先在第一介质层和栅电极之上涂覆第四光刻胶层，并经过曝光、显影操作之后在源电极和漏电极之间的第四光刻胶层中形成第四窗口，第四窗口完全覆盖栅电极且略微比栅电极大；去除第四窗口下的第一介质层；去除第四光刻胶层，淀积第二介质层对栅电极进行保护，完成AlGaN/GaN HEMT器件制作。...

【技术特征摘要】
1.一种低寄生参数铝镓氮化合物/氮化镓高迁移率晶体管的制造方法，所述
晶体管所用外延材料包括从下到上依次叠加的衬底、GaN缓冲层和AlGaN势垒
层，其特征在于，包括如下步骤：
A：在AlGaN势垒层涂覆第一光刻胶层，经曝光、显影去除需要淀积源漏
电极金属层区域的第一光刻胶层；
B：淀积源漏电极金属层到第一光刻胶层以及AlGaN势垒层上，剥离去除第
一光刻胶层及其上的源漏电极金属层得到器件的源电极和漏电极；
C：高温退火使源电极和漏电极与其下方的半导体层形成良好的欧姆接触，
淀积一层第一介质层到AlGaN势垒层、源电极和漏电极上；
D：在第一介质层上涂覆第二光刻胶层，并经过曝光、显影在源电极和漏电
极之间的光刻胶层中形成第一窗口；
E：以第二光刻胶层为掩膜，采用干法等离子体刻蚀的方法将第一窗口中的
第一介质层去除，并去除第一介质层上的第二光刻胶层后在第一介质层上得到第
二窗口；
F：在第一介质层及第二窗口之上涂覆第三光刻胶层，并经过曝光、显影操
作之后在所示的第二窗口之上的第三光刻胶层中形成第三窗口；
G：在第三光刻胶层以及第三窗口中淀积栅帽金属层，采用剥离工艺去除第
三光刻胶层及其上的栅帽金属层后得到栅电极；
H：淀积第二介质层对栅电极进行保护，在第二介质层之上涂覆第四光刻胶
层，并经过曝光、显影操作之后在源电极和漏电极之间的第四光刻胶层中形成第
四窗口，第四窗口完全覆盖栅电极且大于栅电极，然后去除第四窗口下的第一介
质层后去除第四光刻胶层，淀积第三介质层对栅电极进行保护，完成AlGaN/GaN
HEMT器件制作；
或者步骤G后，首先在第一介质层和栅电极之上涂覆第四光刻胶层，并经
过曝光、显影操作之后在源电极和漏电极之间的第四光刻胶层中形成第四窗口，
第四窗口完全覆盖栅电极且略微比栅电极大；去除第四窗口下的第一介质层；去
除第四光刻胶层，淀积第二介质层对栅电极进行保护，完成AlGaN\...

【专利技术属性】
技术研发人员：任春江，陈堂胜，
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