一种HEMT器件纳米栅极的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种HEMT器件纳米栅极的制备方法，在HEMT器件的制作过程中，利用Ag纳米线作为掩模，进行源漏电极金属沉积；之后采用NH3·H2O、H2O2、H2O混合溶液超声清洗的方法去除Ag纳米线，在源漏电极之间形成与Ag纳米线尺度相当的狭缝，最后在所述狭缝中制备纳米栅电极。本发明专利技术制备的HEMT器件具有低的栅源导通电阻，高的功率密度和频率响应，并且具有工艺简单、成本低廉的优点，对于实现高性能氮化镓基器件具有重要意义。

A preparation method of nano gate for HEMT devices

The invention discloses a method for preparing nanogrid of HEMT device, in which Ag nanowires are used as a mask to deposit metal on the source and drain electrodes, and then the Ag nanowires are removed by ultrasonic cleaning in the mixed solution of NH3. H2O, H2O2 and H2O, and the Ag nanowires scale phase is formed between the source and drain electrodes. Finally, the nano gate electrode is prepared in the slit. The prepared HEMT device has the advantages of low gate-source on-resistance, high power density and frequency response, simple process and low cost, and is of great significance for realizing high-performance GaN-based devices.

【技术实现步骤摘要】
一种HEMT器件纳米栅极的制备方法
本专利技术涉及高电子迁移率晶体管(HEMT)的制备方法，特别涉及一种HEMT器件纳米栅极的制备方法。
技术介绍
基于AlXGa1-XN/GaN异质外延结构的高电子迁移率晶体管，在高功率微波通讯、雷达探测、高速交通、快速功率转换等众多领域有着广泛应用前景。新一代微波功率电子器件要求具有更高的响应频率、功率密度及工作效率。由于HEMT器件截止频率fT＝vs/(2πL),提高器件截止频率最为直接的方法就是降低栅长L。所以，进一步提高HEMT器件性能，目前主要采用的方法是缩小器件尺寸，降低源漏距离和栅长，以此降低电子在在沟道中的迁移距离，降低器件导通电阻，加快器件开关速度，缩短响应时间，提高器件高频、高功率性能。目前的HEMT器件制备的一般工艺如下：1、在已有的异质外延片上光刻形成欧姆接触的源漏区域；2、依次通过金属沉积、光刻胶剥离工艺以及快速退火工艺形成源漏金属电极与外延片的欧姆接触；3、采用PECVD或ALD中生长一层Si3N4或Al2O3作为半导体表面钝化层；4、源漏电极之间依次采用光刻、ICP刻蚀、金属沉积和光刻胶剥离的方法制备与半导体形成肖特基接触的栅电极；5、最后进行表面钝化保护和源漏电极的开孔互联工艺。由以上步骤可以看出，源漏电极和栅电极的制备均需要涉及光刻步骤，而目前商用稳定的光刻机均为步进式接触紫外曝光机，精度在2um左右，这意味着采用这种方法制备栅极时最小栅长在2um左右，那么考虑到光刻误差和对准工艺，源漏间距必须要在6um甚至更大的尺度范围，如此大尺度的源漏距和栅长无法满足微波、毫米波器件对频率的要求。此外，一些实验研究中采用投影式光刻或者电子束直写的方式可以使源漏距和栅长达到纳米尺度。但是，无论是投影式光刻还是电子束直写均存在价格昂贵、设备短缺、工艺复杂、重复性差、难以大规模生产等关键问题。所以开发制备小尺寸栅极HEMT器件的新型制备方法意义重大。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种HEMT器件纳米栅极的制备方法，解决了现有技术工艺复杂设备昂贵的问题，实现了高频高功率HEMT器件的简易制备。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种HEMT器件纳米栅极的制备方法，在HEMT器件的制作过程中，利用Ag纳米线作为掩模，进行源漏电极金属沉积；之后采用NH3·H2O、H2O2、H2O混合溶液超声清洗的方法去除Ag纳米线，在源漏电极之间形成与Ag纳米线尺度相当的狭缝，最后在所述狭缝中制备纳米栅电极。所述的HEMT器件纳米栅极的制备方法，包括以下步骤：(1)对HEMT异质结外延片表面进行清洁；(2)将分散有Ag纳米线的乙醇溶液缓慢滴在所述HEMT异质结外延片表面，待乙醇完全挥发；(3)将步骤(2)得到的外延片置于真空溅射腔中，溅射沉积Ti/Al双层金属；(4)将步骤(3)得到的外延片置于NH3·H2O、H2O2、H2O的混合溶液中超声清洗20～60s，暴露出Ag纳米线下面的AlN层，得到与Ag纳米线尺度相当的狭缝；然后在丙酮溶液中40～80W超声清洗20～60s；(5)将步骤(4)得到的外延片置于N2流中800～900℃快速退火30～60s；(6)对步骤(5)得到的外延片上狭缝光刻保护，然后采用等离子刻蚀的方法隔离源漏电极和器件单元；(7)将步骤(6)得到外延片置于ICP刻蚀腔中，采用Cl基刻蚀源将AlN刻蚀至1～2nm；(8)将步骤(7)得到外延片置于PECVD腔室中，生长Si3N4介电层薄膜；(9)在步骤(8)得到外延片表面溅射淀积Ni/Au双层金属作为栅电极；(10)在步骤(9)得到外延片表面光刻出源漏电极窗口，采用等离子刻蚀的方法开孔刻蚀暴露出源漏电极。步骤(1)所述对HEMT异质结外延片表面进行清洁，具体为：用丙酮、乙醇、O2等离子吹扫的方法清洗洁净。步骤(2)所述Ag纳米线的直径50～100nm、长度50～200um。步骤(3)所述真空溅射腔的真空度为10-5～10-6Pa。步骤(3)所述Ti/Al双层金属中，Ti金属层的厚度为5～10nm；Al金属层的厚度为10～20nm。步骤(4)所述NH3·H2O、H2O2、H2O的混合溶液中，NH3·H2O：H2O2：H2O为1:3:10。步骤(8)所述Si3N4介电层薄膜的厚度为20nm～40nm。步骤(9)所述Ni/Au双层金属中，Ni金属层的厚度为5～10nm，Au金属层的厚度为10～20nm。本专利技术的原理如下：本专利技术的利用Ag纳米线制备HEMT功率器件的方法，主要采用Ag纳米线作为掩膜，采用NH3·H2O：H2O2：H2O(1:3:10)混合溶液中超声清洗的方法制备出纳米级距离源漏电极。相对于现有技术，本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术采用Ag纳米线作为实体掩模，采用湿法腐蚀去除，工艺简单、成本低。(2)本专利技术利用Ag纳米线制备的HEMT器件栅长由Ag纳米线的直径决定，Ag纳米线的尺寸可以做到二十几甚至十几纳米，这为制备更小栅电极、更高频、高功率密度器件的制备提供了可能。附图说明图1为本专利技术的实施例的GaNHEMT外延片结构示意图。图2为本专利技术的实施例的进行光刻步骤的示意图。图3为本专利技术的实施例的最终的HEMT器件结构示意图。图4为本专利技术的实施例的器件的电学转移特性曲线。图5为本专利技术的实施例的器件的输出特性曲线。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例的HEMT器件纳米栅极的制备方法，在HEMT器件的制作过程中，利用Ag纳米线作为掩模，进行源漏电极金属沉积；之后采用NH3·H2O、H2O2、H2O混合溶液超声清洗的方法去除Ag纳米线，在源漏电极之间形成与Ag纳米线尺度相当的狭缝，最后在所述狭缝中制备纳米栅电极，具体包括以下步骤：(1)对HEMT异质结外延片表面进行清洁：用丙酮、乙醇、O2等离子吹扫的方法清洗洁净；(2)将分散有Ag纳米线的乙醇溶液缓慢滴在所述HEMT外延片表面，待乙醇完全挥发；所述Ag纳米线的直径80nm、长度100um；(3)将步骤(2)得到的外延片置于10-5Pa的真空溅射腔中，溅射沉积Ti/Al双层金属；其中Ti/Al双层金属中，Ti金属层的厚度为8nm；Al金属层的厚度为15nm；(4)将步骤(3)得到的外延片置于NH3·H2O、H2O2、H2O的混合溶液中超声清洗40s，暴露出Ag纳米线下面的AlN层，得到与Ag纳米线尺度相当的狭缝；然后在丙酮溶液中60W超声清洗40s；所述NH3·H2O、H2O2、H2O的混合溶液中，NH3·H2O：H2O2：H2O为1:3:10；(5)将步骤(4)得到的外延片置于N2流中850℃快速退火40s；(6)对步骤(5)得到的外延片上狭缝光刻保护，然后采用等离子刻蚀的方法隔离源漏电极和器件单元；(7)将步骤(6)得到外延片置于ICP刻蚀腔中，采用Cl基刻蚀源将AlN刻蚀至1nm；(8)将步骤(7)得到外延片置于PECVD腔室中，生长厚度为30nm的Si3N4介电层薄膜；(9)在步骤(8)得到外延片表面溅射淀积Ni/Au双层金属作为栅电极；其中Ni/Au双层金属中，Ni金属层的厚度为8nm，Au金属层的厚度为15nm；(10)在步骤(9)得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HEMT器件纳米栅极的制备方法，其特征在于，在HEMT器件的制作过程中，利用Ag纳米线作为掩模，进行源漏电极金属沉积；之后采用NH3·H2O、H2O2、H2O混合溶液超声清洗的方法去除Ag纳米线，在源漏电极之间形成与Ag纳米线尺度相当的狭缝，最后在所述狭缝中制备纳米栅电极。

【技术特征摘要】
1.一种HEMT器件纳米栅极的制备方法，其特征在于，在HEMT器件的制作过程中，利用Ag纳米线作为掩模，进行源漏电极金属沉积；之后采用NH3·H2O、H2O2、H2O混合溶液超声清洗的方法去除Ag纳米线，在源漏电极之间形成与Ag纳米线尺度相当的狭缝，最后在所述狭缝中制备纳米栅电极。2.根据权利要求1所述的HEMT器件纳米栅极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)对HEMT异质结外延片表面进行清洁；(2)将分散有Ag纳米线的乙醇溶液缓慢滴在所述HEMT异质结外延片表面，待乙醇完全挥发；(3)将步骤(2)得到的外延片置于真空溅射腔中，溅射沉积Ti/Al双层金属；(4)将步骤(3)得到的外延片置于NH3·H2O、H2O2、H2O的混合溶液中超声清洗20～60s，暴露出Ag纳米线下面的AlN层，得到与Ag纳米线尺度相当的狭缝；然后在丙酮溶液中40～80W超声清洗20～60s；(5)将步骤(4)得到的外延片置于N2流中800～900℃快速退火30～60s；(6)对步骤(5)得到的外延片上狭缝光刻保护，然后采用等离子刻蚀的方法隔离源漏电极和器件单元；(7)将步骤(6)得到外延片置于ICP刻蚀腔中，采用Cl基刻蚀源将AlN刻蚀至1～2nm；(8)将步骤(7)得到外延片置于PECVD腔室中，生长Si3N4介电层薄膜；(9)在步骤(8)得到外延片表面溅射淀积Ni/Au双层金属作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，陈丁波，刘智崑，万利军，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44