一种HEMT射频器件及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种HEMT射频器件及其制作方法，该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，栅极包括梳齿栅极结构；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，梳齿部与梳柄部相连，梳齿部间隔设置；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不规则分布，至少包含两种及其以上不同的相邻梳齿部之间的间距；梳齿部深入势垒层或沟道层中，本发明专利技术的间距任意排列可避免器件在导通时电流位于器件的局部，保证总体器件在开态时，漏极电流均匀分布。同时，栅极下方不同区域的接连导通，使器件的跨导处于平稳区，使器件在射频工作时随着输入功率的增加，器件增益保持不变，线性度提高。

【技术实现步骤摘要】
一种HEMT射频器件及其制作方法
本专利技术涉及半导体器件领域，特别涉及一种HEMT射频器件及其制作方法。
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射频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射频器件及其制作方法。为了实现以上目的，本专利技术的技术方案如下：一种HEMT射频器件，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不规则分布，即梳齿部之间形成疏密不均排布，至少包含两种及其以上不同的相邻梳齿部之间的间距；所述梳齿部深入势垒层中，若干梳齿部深入势垒层中的深度相等；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；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，在本专利技术另一实施例中，所述势垒层的厚度范围为3nm-50nm，所述梳齿部贯穿势垒层并深入沟道层中；所述梳齿部深入沟道层的深度范围为1nm-200nm，该深度范围是指从沟道层表面至梳齿部的底部之间的距离。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HEMT射频器件为氮化镓基HEMT射频器件。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，该处栅极的栅极金属层包括栅帽和梳柄栅足，该梳柄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，该处栅极的栅极金属层包括栅帽和梳齿栅足，该梳齿栅足的底部位于势垒层内。进一步的，在本专利技术另一实施例中，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，该处栅极的栅极金属层包括栅帽和梳柄栅足，该梳柄栅足的底部位于势垒层的表面上；梳齿部的横截面为T型状，该处栅极的栅极金属层包括栅帽和梳齿栅足，该梳齿栅足的底部位于沟道层内。与上述HEMT射频器件相应的，本专利技术还提供了一种HEMT射频器件的制作方法，包括如下步骤：步骤一，在半导体衬底上依次形成沟道层、缓冲层、势垒层；步骤二，在势垒层上沉积介质层；步骤三，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；步骤四，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；步骤五，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不规则排列，若干相邻梳齿部之间的间距不规则分布，至少包含两种及其以上不同的相邻梳齿部之间的间距；凹槽深度大于或等于一半的势垒层厚度；步骤六，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；沿着栅宽方向若干相邻梳齿部之间的间距不规则分布，至少包含两种及其以上不同的相邻梳齿部之间的间距。进一步的，本专利技术还提供了另一种的HEMT射频器件的制作方法，与上述方案不同之处在于，步骤五中，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，所述凹槽穿过势垒层并深入沟道层中，深入沟道层的凹槽深度范围为1nm-200nm，该凹槽深度范围是指从沟道层表面至凹槽底部之间的距离。与现有技术相比，本专利技术提供的HEMT射频器件及其制作方法具备如下有益效果：本专利技术的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，以形成相同长度的梳齿，沿着栅宽方向分布，形成设置于有源区处的源极与漏极之间的梳齿栅极结构；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，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任意排列分布，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)，保证总体器件在开态时，漏极电流均匀分布的同时，实现器件跨导的平整性，使器件在射频工作时随着输入功率的增加，器件增益保持不变，线性度提高。进一步的，在本专利技术另一实施例中，本专利技术所述梳齿部贯穿势垒层并深入沟道层中，梳齿部穿过二维电子气层进入器件沟道层，从而纵向维度上增强栅极对沟道的控制；沿着栅宽方向分布，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和至少两个或两个以上的梳齿部，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任意排列分布，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梳齿部之间为另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HEMT射频器件，其特征在于，/n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，/n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；/n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；/n所述梳柄部设置于势垒层上并与源极或漏极平行；/n沿着栅宽方向若干相邻梳齿部之间的间距不规则分布，至少包含两种及其以上不同的相邻梳齿部之间的间距；/n所述梳齿部深入势垒层中，若干梳齿部深入势垒层中的深度相等；/n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。/n

【技术特征摘要】
1.一种HEMT射频器件，其特征在于，
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不规则分布，至少包含两种及其以上不同的相邻梳齿部之间的间距；
所述梳齿部深入势垒层中，若干梳齿部深入势垒层中的深度相等；
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。


2.根据权利要求1所述的HEMT射频器件，其特征在于，
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；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包含圆形、椭圆形、矩形、方形、跑道型、多边形中的任意一种。


3.根据权利要求1所述的HEMT射频器件，其特征在于，
所述势垒层的厚度范围为3nm-50nm，所述梳齿部贯穿势垒层并深入沟道层中；所述势垒层的厚度范围为5nm-1000nm，所述梳齿部深入沟道层的深度范围为1nm-200nm。


4.根据权利要求1所述的HEMT射频器件，其特征在于，
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。


5.根据权利要求1所述的HEMT射频器件，其特征在于，
所述HEMT射频器件为氮化镓基HEMT射频器件。


6.根据权利要求1所述的HEMT射频器件，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，该处栅极的栅极金属层包括栅帽和梳柄栅足，该梳柄栅足的底部位于势垒层的表面上。


7.根据权利要求1所述的HEMT射频器件，其特征在于，
沿着栅长方向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜厚，蔡文必，孙希国，蔡仙清，张辉，
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