HEMT器件及其制作方法技术

一种HEMT器件及制作方法，其制作方法包括：在外延片上形成介质掩膜；在介质掩膜上形成定义栅电极的栅足窗口的光刻胶；去除栅足窗口内的介质掩膜；形成栅电极的栅足和金属掩膜；在金属掩膜上形成具有裸露区域的光刻胶，定义非裸露区域为源漏沟道区；去除源漏沟道区以外的金属掩膜、介质掩膜、势垒层和部分沟道层；以剩余的金属掩膜作为栅电极的栅帽，完成栅电极的制备；进行再生长，分别形成再生长源区和再生长漏区；沉积金属，完成HEMT器件的制备。本发明专利技术制作方法中，结合源区和漏区的再生长掩膜，通过单层胶电子束曝光或步进式曝光即可实现传统T栅工艺难以达到的极小尺寸的栅电极，工艺简单可控。

【技术实现步骤摘要】
HEMT器件及其制作方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种HEMT器件及其制作方法。
技术介绍
5G通信比4G具有更高的传输数据量和更快的传输速率。这无疑对射频前端带来前所未有的技术挑战，特别是在发送端，主要包括高功率效率和线性度、高输出功率、大带宽等。高电子迁移率晶体管(HEMT，high-electronmobilitytransistor)是一种异质结场效应晶体管，具有高载流子速度和较大的击穿电场的优点，广泛应用于无线通信系统中的功率放大器。尤其是以GaN(氮化镓)为代表的第三代半导体材料，是当代半导体科学技术的研究前沿，其电子器件具有击穿场强大、截止频率高、功率密度大、热导率高等优点，是未来高频大功率及微波通讯领域的首选。目前实验室报道的GaNHEMT频率已经达到580GHz，但仅为实验室研究水平，尚未进入产品推广阶段。制作成本高，工艺稳定性差，产品良率低依然是限制其商用的主要因素。在射频应用领域，频率性能是器件应用的一个重要指标。缩小器件的尺寸、缩小栅长是降低源漏电阻提高器件频率的主要方法。目前电子束曝光多层胶是实现T型栅的主要技术方案。但通常受限于电子束胶的敏感度以及曝光精度，T型栅难以实现50纳米以内的栅足。对于小于50nm的T栅，通常只能采用侧墙工艺。然而，无论电子束曝光T栅工艺还是侧墙T栅工艺，其工艺均较为复杂，稳定性较差，并且电子束曝光扫描速度有限，不适用大批量进行HEMT器件的制备。另一方面，除了缩短栅长，尽可能的缩短栅源间距和栅漏间距是降低沟道电阻，也是改善器件频率特性的主要因素。现有技术中，受限于光刻套刻精度，器件的源漏间距较大，通常在1微米以上，使得HEMT器件的沟道串联电阻较大，从而降低了器件的频率性能。除此之外，降低源漏电极的欧姆接触电阻是提高器件频率的第三点主要措施。传统工艺中通常采用高温退火形成合金欧姆接触。然而高温退火存在接触不均匀的问题，且金属容易在高温退火中溢出，降低了器件的可靠性和良率。再生长低电阻的源漏区材料是目前高频HEMT器件降低欧姆接触电阻率的主要技术路线。然而，欧姆电极的制作中，受限于光刻套刻精度，金属电极与再生长的源漏材料之间存在较大的套刻间距，导致源漏沟道间距增加，器件沟道电阻增加，不利于提高器件频率。据报道，美国HRL实验室在提高了光刻精度后，欧姆电极与再生长源漏材料的间距依然达到800纳米，远大于再生长源区与再生长漏区的沟道距离。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种HEMT器件及其制作方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括：作为本专利技术的一个方面，提供一种HEMT器件的制作方法，以外延片为基底，所述外延片由上到下依次包括势垒层和沟道层，包括如下步骤：步骤1：在所述外延片上形成介质掩膜；步骤2：利用光刻技术，在所述介质掩膜上形成具有裸露区域的光刻胶，定义裸露区域为栅电极的栅足窗口；步骤3：去除栅足窗口内的介质掩膜，使外延片裸露，去除光刻胶；步骤4：在外延片的裸露区域形成栅电极的栅足并在介质掩膜上形成金属掩膜；步骤5：利用光刻技术，在所述金属掩膜上形成具有裸露区域的光刻胶，定义非裸露区域为源漏沟道区；步骤6：去除源漏沟道区以外的金属掩膜、介质掩膜、势垒层和部分沟道层，去除光刻胶；以剩余的金属掩膜作为栅电极的栅帽，完成栅电极的制备；步骤7：进行再生长，在沟道层的源漏沟道区以外的区域分别形成再生长源区和再生长漏区；步骤8：沉积金属，在所述再生长源区和再生长漏区上分别形成源电极和漏电极，完成HEMT器件的制备。作为本专利技术的另一个方面，还提供一种采用如上述的制作方法制备得到的HEMT器件，所述HEMT器件包括栅电极，所述栅电极包括栅足和栅帽，所述栅足的宽度为10～200nm；所述栅帽的宽度为200～2000nm。基于上述技术方案，本专利技术相较于现有技术，至少具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：本专利技术提供的HEMT器件的制作方法，在制作低电阻的再生长源区和再生长漏区的生长掩膜时就同时制作形成了栅电极，本专利技术中通过采用介质掩膜和金属掩膜作为再生长的双层掩膜，并且在制作再生长的掩膜的时候，通过在第一层的介质掩膜上光刻制作出栅足窗口，然后在其上制作第二层导电的金属掩膜，形成导电的栅电极；优势之一是，在第一层的介质掩膜上制作极小尺寸的栅足时，可采用单层电子束胶进行电子束曝光细线条即可，相比在形成了其他器件结构如源电极和漏电极后再进行多层胶工艺制作T型栅，显然在光滑的平面上电子束曝光细线条工艺更为简单稳定，重复性好，且可达到T型栅难以实现的极小尺寸；优势之二是，在形成了导电的第二层的金属掩膜后，可通过接触式光刻或者步进式光刻即可获得大尺寸的栅帽，另一方面，传统T栅工艺中栅帽厚度受到电子束胶厚度的限制，通常只能到达三百多纳米，而本专利技术中可通过第二层掩膜的厚度极容易的获得较厚的栅帽，可显著降低器件的电阻；优势之三是，可通过调整在第二层的金属掩膜上的光刻对准即可获得不对称栅，满足器件性能的需求；同时还可通过在第一层的介质掩膜上刻蚀栅足的多少实现“π”型栅甚至多栅足的栅；优势之四是，在第一层的介质掩膜上光刻形成栅足时，可通过调控刻蚀介质掩膜的横纵速率，实现一定角度的“V”型栅足，从而利用大尺寸光刻实现电子束曝光难以实现的极小尺寸栅足；优势之五是，在通常进行低电阻的源区和漏区的选区再生长时，由于纵向生长速率比横向生长速率快，因此再生长源区和再生长漏区呈现正梯形形貌，利用此特征，并利用栅电极做遮挡，可实现源电极和漏电极的自对准，最大程度的缩短源电极和漏电极之间的间距，降低器件电阻；优势之六是，在介质掩膜上光刻栅足时，可采用步进式光刻，大批量的进行大尺寸外延片的器件制作，极大的提高了HEMT器件的制作效率，降低成本；优势之七是，可以应用于多种材料的HEMT器件中，包括GaAs基HEMT、InP基HEMT以及GaN基HEMT器件等。附图说明图1为本专利技术实施例一提供的HEMT器件制作方法流程图；图2a为本专利技术实施例一的外延片的结构截面示意图；图2b为本专利技术实施例一的形成了介质掩膜的结构截面示意图；图2c为本专利技术实施例一的形成了光刻胶的窗口的结构截面示意图；图2d为本专利技术实施例一的形成了介质掩膜窗口的结构截面示意图；图2e为本专利技术实施例一的形成了金属掩膜的结构截面示意图；图2f为本专利技术实施例一的形成了源漏沟道区的结构截面示意图；图2g为本专利技术实施例一的暴露出沟道层的结构截面示意图；图2h-1、2h-2、2h-3分别为本专利技术实施例一的形成了再生长源区和再生长漏区的三种不同结构截面示意图；图2i-1、2i-2、2i-3分别为本专利技术实施例一的去除了介质掩膜的三种不同结构截面示意图；图2j-1、2j-2、2j-3分别为本专利技术实施例一的形成“T”型栅电极的HEMT器件的三种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HEMT器件的制作方法，以外延片为基底，所述外延片由上到下依次包括势垒层和沟道层，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：在所述外延片上形成介质掩膜；/n步骤2：利用光刻技术，在所述介质掩膜上形成具有裸露区域的光刻胶，定义裸露区域为栅电极的栅足窗口；/n步骤3：去除栅足窗口内的介质掩膜，使外延片裸露，去除光刻胶；/n步骤4：在外延片的裸露区域形成栅电极的栅足并在介质掩膜上形成金属掩膜；/n步骤5：利用光刻技术，在所述金属掩膜上形成具有裸露区域的光刻胶，定义非裸露区域为源漏沟道区；/n步骤6：去除源漏沟道区以外的金属掩膜、介质掩膜、势垒层和部分沟道层，去除光刻胶；以剩余的金属掩膜作为栅电极的栅帽，完成栅电极的制备；/n步骤7：进行再生长，在沟道层的源漏沟道区以外的区域分别形成再生长源区和再生长漏区；/n步骤8：沉积金属，在所述再生长源区和再生长漏区上分别形成源电极和漏电极，完成HEMT器件的制备。/n

【技术特征摘要】
1.一种HEMT器件的制作方法，以外延片为基底，所述外延片由上到下依次包括势垒层和沟道层，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在所述外延片上形成介质掩膜；
步骤2：利用光刻技术，在所述介质掩膜上形成具有裸露区域的光刻胶，定义裸露区域为栅电极的栅足窗口；
步骤3：去除栅足窗口内的介质掩膜，使外延片裸露，去除光刻胶；
步骤4：在外延片的裸露区域形成栅电极的栅足并在介质掩膜上形成金属掩膜；
步骤5：利用光刻技术，在所述金属掩膜上形成具有裸露区域的光刻胶，定义非裸露区域为源漏沟道区；
步骤6：去除源漏沟道区以外的金属掩膜、介质掩膜、势垒层和部分沟道层，去除光刻胶；以剩余的金属掩膜作为栅电极的栅帽，完成栅电极的制备；
步骤7：进行再生长，在沟道层的源漏沟道区以外的区域分别形成再生长源区和再生长漏区；
步骤8：沉积金属，在所述再生长源区和再生长漏区上分别形成源电极和漏电极，完成HEMT器件的制备。


2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤1中，介质掩膜的材质包括SiN或者SiO2；
其中，介质掩膜的厚度为50nm～500nm；
其中，介质掩膜的形成方法包括气相沉积、蒸镀或者原子层沉积的方法；
所述步骤2中，所述光刻技术包括电子束曝光、接触式光刻或者步进式光刻；
其中，所述栅足窗口包括一个或多个。


3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤3中，介质掩膜的去除方法包括干法等离子刻蚀、湿法腐蚀或者反应离子刻蚀。


4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤4中，金属掩膜的厚度为50nm～500nm；
其中，金属掩膜的材质包括组中材料、组中材料的氮化物、组中材料的合金、组中材料中的多种材料交替生长形成的叠层中的一种或多种，其中，所述组中材料包括钨、钼、钽、钛、铬；
其中，金属掩膜和栅足采用磁控...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连，张韵，程哲，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11