一种HEMT器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种HEMT器件及其制作方法，HEMT器件包含从下至上依次层叠设置的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层，所述沟道层与势垒层构成异质结；还包括相对设置在势垒层上方有源区处的源极和漏极，以及栅极，所述栅极包括设置于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的梳齿栅极结构；所述梳齿栅极结构包含梳柄部和至少两个或两个以上的梳齿部，所述梳齿部与梳柄部相连，梳齿部间隔设置；所述梳柄部设置于势垒层上并与源极或漏极平行；沿着栅宽方向若干相邻梳齿部之间的间距逐渐变宽或逐渐变窄分布；所述梳齿部深入势垒层的中；所述梳齿部深入势垒层的深度大于或等于一半的势垒层厚度，该HEMT器件可以实现在不同栅极区域具有不同的关断电压，从而提高器件线性度。

【技术实现步骤摘要】
一种HEMT器件及其制作方法
本专利技术涉及半导体器件领域，特别涉及一种HEMT器件及其制作方法。
技术介绍
5G通信技术是最新一代蜂窝移动通信技术，是4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统后的延伸。5G通信技术将广泛用于智慧家庭、远程医疗、远程教育、工业制造和物联网领域，具体包括千兆级移动宽带数据接入、3D视频、高清视频、云服务、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、工业制造自动化、紧急救援、自动驾驶、现代物流等典型业务应用。其中，高清视频、AR、VR、远程医疗、工业制造自动化、现代物流管理等主要发生在建筑物室内场景。GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。氮化镓(GaN)具有宽禁带宽度，高击穿电场，高热导率，高电子饱和速率以及更高的抗辐射能力等优点，在高温、高频和微波大功率半导体器件中有着十分广阔的应用前景。低欧姆接触电阻对于输出功率，高效率，高频和噪声性能起到至关重要的作用。近年来，GaN凭借高频下更高的功率输出和更小的占位面积，被射频行业大量应用。GaN射频器件在应用中，GaNHEMT器件为横向平面器件，如附图1所示，GaNHEMT器件的跨导(gm)随栅电压(Vgs)变化曲线，随着栅极输入电压增加，跨导gm下降，对应增益降低；跨导gm是指输出端电流的变化值与输入端电压的变化值之间的比值其PA的非线性导致显著的带边泄露、输出功率过早饱和、信号失真等，影响系统的特性及增加了系统设计的复杂度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术问题，提供一种HEMT器件及其制作方法。本专利技术的技术方案如下：本专利技术实施例公开了一种HEMT器件的制作方法，包括如下步骤：(1)在半导体衬底上依次形成沟道层、缓冲层、势垒层；(2)在势垒层上沉积介质层；(3)在刻蚀介质层，在势垒层上方的源极区域和漏极区域相应形成源极区域窗口、漏极区域窗口；(4)在源极区域窗口、漏极区域窗口上形成欧姆接触金属，并高温退火形成源极和漏极；(5)通过光刻工艺，于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的势垒层在沿着栅宽方向形成若干个凹槽，若干个凹槽中至少两个或两个以上凹槽的凹槽深度相同；所述栅极设置在栅极区域的势垒层上及凹槽上；若干个凹槽沿着栅宽方向排列，若干相邻凹槽之间的间距沿着栅宽方向逐渐变宽或逐渐变窄分布，至少包含两种不同的相邻梳齿部之间的间距；(6)通过光刻工艺在得到栅极区域窗口，在栅极区域窗口上形成肖特基接触金属，形成栅极，所述栅极包括设置于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的梳齿栅极结构；所述梳齿栅极结构包含梳柄部和至少两个或两个以上的梳齿部，所述梳齿部与梳柄部相连，梳齿部间隔设置；所述梳柄部设置于势垒层上并与源极或漏极平行；若干相邻梳齿部之间的间距分布沿着栅宽方向若干相邻梳齿部之间的间距逐渐变宽或逐渐变窄分布，至少包含两种不同的相邻梳齿部之间的间距。上述方法中，所述凹槽的深度大于或等于一半的势垒层厚度；所述梳齿部截面界面为矩形，所述梳齿部的横向截面在栅长方向的尺寸小于栅极区域在栅长方向的尺寸，所述梳齿部的横向截面在栅宽方向的尺寸y的取值范围为20nm～1000nm。上述方法中，进一步的，所述势垒层的厚度范围为3nm-50nm。上述方法中，进一步的，沿着栅长方向的剖视图看，相邻梳齿部中间的梳柄部的横截面为T型状，该处栅极包括栅帽和第一栅足，该第一栅足的底部位于势垒层的表面上；沿着栅长方向的剖视图看，梳齿部的横截面为T型状，该处栅极包括栅帽和第二栅足，该第二栅足的底部位于势垒层中。与上述HEMT器件的制作方法相应的，本专利技术还公开了一种HEMT器件包含从下至上依次层叠设置的衬底、缓冲层、沟道层、势垒层，所述沟道层与势垒层构成异质结；还包括相对设置在势垒层上方有源区处的源极和漏极，以及栅极；所述栅极包括设置于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的梳齿栅极结构；所述梳齿栅极结构包含梳柄部和至少两个或两个以上的梳齿部，所述梳齿部与梳柄部相连，梳齿部间隔设置；所述梳柄部设置于势垒层上并与源极或漏极平行；沿着栅宽方向若干相邻梳齿部之间的间距逐渐变宽或逐渐变窄分布；所述梳齿部深入势垒层的中；所述梳齿部深入势垒层的深度大于或等于一半的势垒层厚度。进一步的，所述梳齿部的横向截面在栅长方向的尺寸小于栅极区域在栅长方向的尺寸。进一步的，所述梳齿部的横向截面包含圆形、椭圆形、矩形、方形、跑道型、多边形中的任意一种。进一步的，所述梳齿部的横向截面在栅宽方向的尺寸的取值范围为20nm～1000nm。进一步的，所述势垒层的厚度范围为3nm-50nm。在本专利技术具体实施例中，进一步的，所述HEMT器件为氮化镓基HEMT器件。进一步的，所述栅极沿着栅长方向对称设置，即梳齿部沿着栅长方向对称设置。进一步的，沿着栅长方向的剖视图看，相邻梳齿部中间的梳柄部的横截面为T型状，该处栅极包括栅帽和第一栅足，该第一栅足的底部位于势垒层的表面上。进一步的，沿着栅长方向的剖视图看，梳齿部的横截面为T型状，该处栅极包括栅帽和第二栅足，该第二栅足的底部位于势垒层中。与现有技术相比，本专利技术的一种HEMT器件及其制作方法，具备如下有益效果：本专利技术的本实施例的HEMT射频器件的通过半导体制造工艺，实现同一器件的栅极区域下方形成相同凹槽深度，沿着栅宽方向相邻凹槽的间距逐渐变宽或逐渐变窄分布，形成设置于有源区处100的源极5与漏极6之间的梳齿栅极结构；所述梳齿栅极结构包含梳柄部71和至少两个或两个以上的梳齿部72，梳齿部间隔设置，相邻梳齿部沿着栅宽方向相邻梳齿部之间的间距逐渐变宽分布，第i梳齿部至第i+1梳齿部之间为一区域的栅极，第j梳齿部至第j+1梳齿部之间为另一区域的栅极(其中i≠j)，形成了不同区域栅极具有不同关断电压，从而实现跨导gm呈现平整形貌，提高GaNHEMT射频器件的线性度，控制关断电压，提高器件线性度。附图说明图1为现有GaNHEMT器件的跨导随栅电压变化曲线图；图2为本专利技术的实施例一中HEMT器件的示意图一；图3为本专利技术的实施例一中HEMT器件的示意图一的B1方向的剖面示意图；图4为本专利技术的实施例一中HEMT器件的示意图一的A1方向的剖面示意图；图5为本专利技术的实施例一中HEMT器件的示意图一的A2方向的剖面示意图；图6为本专利技术的实施例二中HEMT器件的示意图；图7为本专利技术的实施例二中HEMT器件的示意图一的A3处的剖面示意图；图8为本专利技术的实施例二中HEMT器件的示意图一的A4处的剖面示意图；图9为本专利技术的实施例二中HEMT器件的示意图一的B2处的剖面示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HEMT器件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)在半导体衬底上依次形成沟道层、缓冲层、势垒层；/n(2)在势垒层上沉积介质层；/n(3)在刻蚀介质层，在势垒层上方的源极区域和漏极区域相应形成源极区域窗口、漏极区域窗口；/n(4)在源极区域窗口、漏极区域窗口上形成欧姆接触金属，并高温退火形成源极和漏极；/n(5)通过光刻工艺，于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的势垒层在沿着栅宽方向形成若干个凹槽，若干个凹槽中至少两个或两个以上凹槽的凹槽深度相同；所述栅极设置在栅极区域的势垒层上及凹槽上；若干个凹槽沿着栅宽方向排列，若干相邻凹槽之间的间距沿着栅宽方向逐渐变宽或逐渐变窄分布，至少包含两种不同的相邻梳齿部之间的间距；/n(6)通过光刻工艺在得到栅极区域窗口，在栅极区域窗口上形成肖特基接触金属，形成栅极，所述栅极包括设置于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的梳齿栅极结构；所述梳齿栅极结构包含梳柄部和至少两个或两个以上的梳齿部，所述梳齿部与梳柄部相连，梳齿部间隔设置；所述梳柄部设置于势垒层上并与源极或漏极平行；若干相邻梳齿部之间的间距分布沿着栅宽方向若干相邻梳齿部之间的间距逐渐变宽或逐渐变窄分布，至少包含两种不同的相邻梳齿部之间的间距。/n...

【技术特征摘要】
1.一种HEMT器件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在半导体衬底上依次形成沟道层、缓冲层、势垒层；
(2)在势垒层上沉积介质层；
(3)在刻蚀介质层，在势垒层上方的源极区域和漏极区域相应形成源极区域窗口、漏极区域窗口；
(4)在源极区域窗口、漏极区域窗口上形成欧姆接触金属，并高温退火形成源极和漏极；
(5)通过光刻工艺，于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的势垒层在沿着栅宽方向形成若干个凹槽，若干个凹槽中至少两个或两个以上凹槽的凹槽深度相同；所述栅极设置在栅极区域的势垒层上及凹槽上；若干个凹槽沿着栅宽方向排列，若干相邻凹槽之间的间距沿着栅宽方向逐渐变宽或逐渐变窄分布，至少包含两种不同的相邻梳齿部之间的间距；
(6)通过光刻工艺在得到栅极区域窗口，在栅极区域窗口上形成肖特基接触金属，形成栅极，所述栅极包括设置于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的梳齿栅极结构；所述梳齿栅极结构包含梳柄部和至少两个或两个以上的梳齿部，所述梳齿部与梳柄部相连，梳齿部间隔设置；所述梳柄部设置于势垒层上并与源极或漏极平行；若干相邻梳齿部之间的间距分布沿着栅宽方向若干相邻梳齿部之间的间距逐渐变宽或逐渐变窄分布，至少包含两种不同的相邻梳齿部之间的间距。


2.根据权利要求1所述的HEMT器件的制作方法，其特征在于，
所述凹槽的深度大于或等于一半的势垒层厚度；
所述梳齿部截面界面为矩形，所述梳齿部的横向截面在栅长方向的尺寸小于栅极区域在栅长方向的尺寸，所述梳齿部的横向截面在栅宽方向的尺寸的取值范围为20nm～1000nm。


3.根据权利要求2所述的HEMT器件的制作方法，其特征在于，
所述势垒层的厚度范围为3nm-50nm。


4.根据权利要求1所述的HEMT器件的制作方法，其特征在于，
沿着栅长方向的剖视图看，相邻梳齿部中间的梳柄部的横截面为T型状，该处栅极包括栅帽和第一栅足，该...

【专利技术属性】
技术研发人员：林志东，刘胜厚，孙希国，
申请(专利权)人：厦门市三安集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35