基于氮化铝/氮化硅堆叠结构和BCB桥的抗质子辐照InP基HEMT器件制造技术

本发明专利技术属于抗质子辐照半导体器件技术领域，具体涉及一种基于氮化铝/氮化硅堆叠结构和BCB桥的抗质子辐照InP基HEMT器件。所述InP基HEMT表面通过覆盖AlN/Si

【技术实现步骤摘要】
基于氮化铝/氮化硅堆叠结构和BCB桥的抗质子辐照InP基HEMT器件
本专利技术属于抗质子辐照半导体器件
，具体涉及一种基于氮化铝/氮化硅堆叠结构和BCB桥的抗质子辐照InP基HEMT器件。
技术介绍
随着人们对高速数据通信、高精度探测的追求，核心集成电路工作频率呈现高频化趋势，逐渐向太赫兹领域迈进。InP基HEMT具有频率高、噪声低、功耗低和增益高的特性。根据报道，器件最大振荡频率(fmax)超过了1.5THz，最大电流增益截止频率(fT)超过700GHz。InP基HEMT集成电路工作频率已达到毫米波，甚至达到亚毫米波范畴，展现出巨大的国防航天、空间探测、卫星遥感等军民空间领域应用的潜力。太空环境中充满了各种高能射线和辐射粒子，据调查因空间辐射引起的航天器件的损坏比例达到了33.8%。近年来辐照效应的研究愈来愈热，与此同时，航天设备电子系统控制核心中的微电子器件的加固也越来越被人们重视。加固即保护，通过保护来使内部半导体器件免受直接辐射，进而使其电学特性得以更长时间的维持，延长电子器件的寿命。BCB是一种高分子有机材料，与传统的无机钝化材料如Si3N4、SiO2、Al2O3等相比，其作为钝化膜已经被证实具有一系列好处：1、BCB材料具有更低的电子和核阻止本领；2、低的介电常数和介电损耗使其具有很小的寄生电容；3、BCB的生长比较简单，只需传统工艺（旋涂法）就能实现，BCB材料低温凝固，高温（约为350℃）稳定；4、极低的吸水性对于器件的防氧化方面具有很好的贡献；5、固化时无排气，高度平坦化以至于有良好的封装控制特性，有利于多层布线的制作；6、不会对器件结构造成机械应力，对于直流特性、外部跨导和小信号微波特性均不会造成较大影响。尽管BCB具有极好的辐照阻止本领，对器件进行钝化能提升器件抗辐照能力，然而钝化工艺涉及长时间高温固化过程需要同时兼顾器件表面态去除效应和器件内部能量聚集的问题。实际工程应用中，为提高InP基HEMT及集成电路长期应用可靠性和稳定性，对暴露区表面特别是有源区表面淀积保护介质是切实可行的办法。氮化硅（Si3N4）、二氧化硅（SiO2）、氧化铝（Al2O3）等是较常用的钝化介质材料，其中InP基HEMT半导体集成电路常用Si3N4进行钝化保护，并兼做集成电路电容介质。Si3N4薄膜钝化通过微碱性环境的刻蚀可以减少栅电流的泄露，比SiO2、Al2O3钝化工艺更体现出了优势，同时其可较好地抑制半导体器件表面效应。然而工艺相对较为复杂，等离子体增强化学气相沉积（PECVD）介质材料后需采用(NH3)2Sx等环境处理与器件的接触面，同时PECVD沉积Si3N4薄膜过程将在器件界面引入等离子体损伤缺陷，造成器件和集成电路特性的衰退。AlN是一种具有高热导率和宽禁带（6.2eV）且稳定性很好的化合物，并且具有极高的电阻率和击穿电压。据报道，AlN在钝化方面比Al2O3具有更好的表面去除效应，并且在高漏压条件下也能很好的抑制栅电流泄露和动态导通电阻。通过原子层沉积（ALD）技术，辅助以透射电镜（TEM）可以准确地实现对AlN薄膜厚度、均匀性、统一性的控制。ALD生长AlN过程避免了等离子轰击样品表面，因此较Si3N4钝化样品具有更少的界面损伤缺陷。AlN近年来逐渐成为一种很热的钝化技术。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于氮化铝/氮化硅堆叠结构和BCB桥的抗质子辐照InP基HEMT器件，所述的器件结构及其加工方法能够减小器件表面缺陷，提高器件在空间环境应用过程中的抗辐照稳定性，同时通过BCB桥结构减轻器件内部热量聚集。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于氮化铝/氮化硅堆叠结构和BCB桥的抗质子辐照InP基HEMT器件，所述InP基HEMT器件的外延结构自下而上分别为InP衬底，InAlAs缓冲层，InGaAs沟道层，InAlAs隔离层，Si面掺杂层，InAlAs肖特基势垒层，InGaAs帽层；InAlAs缓冲层上设有源区隔离台面，所述的高掺杂InGaAs帽层的两侧分别设有源极欧姆接触金属和漏极欧姆接触金属，源极欧姆接触金属和漏极欧姆接触金属之间的InAlAs势垒层上设置有栅极，在有源区隔离台面下的InAlAs缓冲层上设有栅引线，所述的InP基HEMT器件栅区域表面覆盖有AlN和Si3N4堆叠钝化层，器件栅区域的钝化层上有BCB桥，在BCB桥中源极、漏极和栅引线设置有接触孔，接触孔上设置有布线金属。进一步的，所述器件中，InP衬底厚度为100μm，InAlAs缓冲层厚度为500nm，InGaAs沟道层厚度为15nm，InAlAs隔离层厚度为3nm，Si面掺杂层的掺杂浓度为5×1012cm-2，InAlAs肖特基势垒层厚度为12nm，InGaAs帽层厚度为30nm，掺杂浓度为3×109cm-2；AlN薄膜厚度为5-20nm，Si3N4薄膜厚度为10-20nm，BCB桥厚度为2~3μm，桥洞高1μm。上述基于氮化铝/氮化硅堆叠结构和BCB桥的抗质子辐照InP基HEMT器件的加工方法，包括以下步骤：A、准备InP基InAlAs/InGaAsHEMT外延片，对外延片进行清洗，直至显微镜下外延片表面无沾污，采用氮气吹干；所述外延片从下到上依次包括InP衬底，InAlAs缓冲层，InGaAs沟道层，InAlAs隔离层，Si面掺杂层，InAlAs肖特基势垒层，InGaAs帽层；外延片中所有外延材料均通过分子束外延的方法来生长；B、通过光刻和腐蚀在外延片的InAlAs缓冲层上形成有源区隔离台面，为了保证有源区隔离台面下的InGaAs沟道层被完全腐蚀，通常会过腐蚀部分InAlAs缓冲层；C、通过光刻在有源区隔离台面的高掺杂InGaAs帽层两侧分别定义源极欧姆接触的金属区域和漏极欧姆接触的金属区域，在有源区隔离台面下的InAlAs缓冲层上定义栅引线金属区域，采用电子束蒸发设备或者溅射炉设备在源极欧姆接触的金属区域、漏极欧姆接触的金属区域和栅引线金属区域淀积金属薄膜Ti/Pt/Au，通过以上操作在高掺杂InGaAs帽层上形成源极欧姆接触和漏极欧姆接触，在InAlAs缓冲层上形成栅引线；D、在源极接触的金属区域和漏极接触的金属区域之间形成T型栅，包括电子束光刻形成T型栅形貌、栅槽制备和栅金属制备三个步骤；首先，采用PMGI/ZEP520A/PMGI/ZEP520A四层电子束胶并通过单次电子束曝光的方法在源极欧姆接触的金属区域和漏极欧姆接触的金属区域之间的高掺杂InGaAs帽层上形成T型栅形貌；其次，制备栅槽：采用丁二酸和双氧水饱和溶液对高掺杂InGaAs帽层进行选择性腐蚀，腐蚀自动停止在InAlAs势垒层，对InAlAs势垒层进行数字腐蚀形成栅槽；最后，采用电子束蒸发或溅射炉设备通过T型栅形貌在InAlAs势垒层上淀积Ti/Pt/Au栅金属薄膜，通过剥离形成T型栅，并与栅引线相连接，得到InP基HEMT；E、器件抗辐照钝化层制备，用ALD设备沉积AlN薄膜，紧接着用PECVD设备沉积Si3N4薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于氮化铝/氮化硅堆叠结构和BCB桥的抗质子辐照InP基HEMT器件，其特征在于，所述InP基HEMT器件的外延结构自下而上分别为InP衬底， InAlAs缓冲层， InGaAs沟道层， InAlAs隔离层，Si面掺杂层， InAlAs肖特基势垒层， InGaAs帽层；InAlAs缓冲层上设有源区隔离台面，所述的高掺杂InGaAs帽层的两侧分别设有源极欧姆接触金属和漏极欧姆接触金属，源极欧姆接触金属和漏极欧姆接触金属之间的InAlAs势垒层上设置有栅极，在有源区隔离台面下的InAlAs缓冲层上设有栅引线，所述的InP基HEMT器件栅区域表面覆盖有AlN和Si

【技术特征摘要】
1.一种基于氮化铝/氮化硅堆叠结构和BCB桥的抗质子辐照InP基HEMT器件，其特征在于，所述InP基HEMT器件的外延结构自下而上分别为InP衬底，InAlAs缓冲层，InGaAs沟道层，InAlAs隔离层，Si面掺杂层，InAlAs肖特基势垒层，InGaAs帽层；InAlAs缓冲层上设有源区隔离台面，所述的高掺杂InGaAs帽层的两侧分别设有源极欧姆接触金属和漏极欧姆接触金属，源极欧姆接触金属和漏极欧姆接触金属之间的InAlAs势垒层上设置有栅极，在有源区隔离台面下的InAlAs缓冲层上设有栅引线，所述的InP基HEMT器件栅区域表面覆盖有AlN和Si3N4堆叠钝化层，器件栅区域的钝化层上有BCB桥，在BCB桥中源极、漏极和栅引线设置有接触孔，接触孔上设置有布线金属。


2.根据权利要求1所述的器件，其特征在于，InP衬底厚度为100μm，InAlAs缓冲层厚度为500nm，InGaAs沟道层厚度为15nm，InAlAs隔离层厚度为3nm，Si面掺杂层的掺杂浓度为5×1012cm-2，InAlAs肖特基势垒层厚度为12nm，InGaAs帽层厚度为30nm，掺杂浓度为3×109cm-2；AlN薄膜厚度为5-20nm，Si3N4薄膜厚度为10-20nm，BCB桥厚度为2~3μm，桥洞高1μm。


3.权利要求1或2所述基于氮化铝/氮化硅堆叠结构和BCB桥的抗质子辐照InP基HEMT器件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、准备InP基InAlAs/InGaAsHEMT外延片，对外延片进行清洗，直至显微镜下外延片表面无沾污，采用氮气吹干；所述外延片从下到上依次包括InP衬底，InAlAs缓冲层，InGaAs沟道层，InAlAs隔离层，Si面掺杂层，InAlAs肖特基势垒层，InGaAs帽层；
B、通过光刻和腐蚀在外延片的InAlAs缓冲层上形成有源区隔离台面，并过腐蚀部分InAlAs缓冲层；
C、通过光刻在有源区隔离台面的高掺杂InGaAs帽层两侧分别定义源极欧姆接触的金属区域和漏极欧姆接触的金属区域，在有源区隔离台面下的InAlAs缓冲层上定义栅引线金属区域，采用电子束蒸发设备或者溅射炉设备在源极欧姆接触的金属区域、漏极欧姆接触的金属区域和栅引线金属区域淀积金属薄膜Ti/Pt/Au，通过以上操作在高掺杂InGaAs帽层上形成源极欧姆接触和漏极欧姆接触，在InAlAs缓冲层上形成栅引线；
D、在源极接触的金属区域和漏极接触的金属区域之间形成T型栅，包括电子束光刻形成T型栅形貌、栅槽制备和栅金属制备三个步骤；
首先，采用PMGI/ZEP520A/PMGI/ZEP520A四层电子束胶并通过单次电子束曝光的方法在源极欧姆接触的金属区域和漏极欧姆接触的金属区域之间的高掺杂InGaAs帽层上形成T型栅形貌；
其次，制备栅槽：采用丁二酸和双氧水饱和溶液对高掺杂InGaAs帽层进行选择性腐蚀，腐蚀自动停止在InAlAs势垒层，对InAlAs势垒层进行数字腐蚀形成栅槽；
最后，采用电子束蒸发或溅射炉设备通过T型栅形貌在InAlAs势垒层上淀积Ti/Pt/Au栅金属薄膜，通过剥离形成T型栅，并与栅引线相连接，得...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟英辉，张佳佳，靳雅楠，赵向前，孟圣皓，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41