一种高线性度氮化镓射频器件及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高线性度氮化镓射频器件及其制作方法，方法包括在半导体衬底上依次形成缓冲层、沟道层、势垒层；在势垒层上形成源极和漏极；通过若干次光刻工艺依次在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的势垒层的形成离子注入区域，并分别进行N或(N‑1)次离子注入，形成沿着栅宽方向M个离子注入区从势垒层的上表面至沟道层方向上的离子注入区的离子注入深度不规则排列；形成栅极。本发明专利技术氮化镓射频器件沿着栅宽方向M个离子注入区从势垒层的上表面至沟道层方向上的离子注入深度不规则排列，不同区域栅极具有不同关断电压，沿着栅宽方向形成不同的关断电压不规则排布，保证总体器件在开态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，氮化镓射频器件增益保持不变，线性度提高。

【技术实现步骤摘要】
一种高线性度氮化镓射频器件及其制作方法
本专利技术涉及半导体器件领域，特别涉及高线性度氮化镓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，提供一种高线性度氮化镓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：一种高线性度氮化镓射频器件，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，设置于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的势垒层排列有M个离子注入区，沿着栅宽方向M个离子注入区从势垒层的上表面至沟道层方向上的离子注入深度不规则排列；M个离子注入区包含N种离子注入深度的离子注入区，其中M≥N且M为大于等于3的正整数，N为大于等于3的正整数。N种离子注入深度的离子注入区是经过N次或(N-1)次离子注入或者一次离子注入形成，离子注入的注入离子为氟离子、硼离子、氢离子或氦离子。其中，离子注入深度不规则排列是指离子注入深度非线性规律排列；离子注入区的离子注入深度规则排列是指不同离子注入深度的离子注入区沿着栅宽方向的离子注入深度依次变深或依次变浅。进一步的，上述氮化镓射频器件中，所述M个离子注入区沿着栅宽方向均匀排列，所述离子注入区的形状为矩形。进一步的，上述氮化镓射频器件中，所述势垒层的厚度范围为3nm-50nm，相邻离子注入区的离子注入深度差大于等于1nm，所述离子注入区的离子注入深度范围为0nm-50nm。进一步的，上述氮化镓射频器件中，离子注入区在栅长方向的尺寸小于等于栅极在栅长方向的尺寸。与上述高线性度氮化镓射频器件相应的，本专利技术还提供了一种高线性度氮化镓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缓冲层、沟道层、势垒层；步骤二，在势垒层上沉积介质层，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；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；步骤三，通过若干次光刻工艺依次在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的势垒层的形成M个离子注入区域，并分别进行N或(N-1)次离子注入，形成沿着栅宽方向M个离子注入区，M个离子注入区的从势垒层的上表面至沟道层方向上的离子注入深度不同；沿着栅宽方向M个离子注入区的离子注入深度不规则排列；其中，离子注入深度不规则排列是指离子注入深度非线性规律排列；离子注入区深度规则排列是指不同离子注入深度的离子注入区沿着栅宽方向的离子注入深度依次变深或依次变浅排列。M个离子注入区包含N种离子注入深度的离子注入区，其中M≥N且M为大于等于3的正整数，N为大于等于3的正整数；步骤四，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。进一步地，上述方法中，步骤三，N或(N-1)次离子注入的注入剂量相同，注入能量不同；离子注入的注入离子为氟离子、硼离子、氢离子或氦离子，注入能量范围为0.1KeV～100KeV，注入剂量范围为1×1010cm-2～1×1015cm-2。进一步的，上述实施例在步骤七之前，还包括退火以激活注入的负离子，退火温度为300℃至1300℃，退火时间为30s至30min。本专利技术通过若干次光刻及离子注入，实现同一器件的栅极区域下方的势垒层形成沿着栅宽方向M个离子注入区从势垒层的上表面至沟道层方向上的离子注入区的深度任意变化的离子注入区，以形成了不同区域栅极，不同区域栅极具有不同关断电压，沿着栅宽方向形成不同的关断电压不规则排布，保证总体器件在开态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，氮化物射频器件增益保持不变，线性度提高。与上述高线性度氮化镓射频器件相应的，进一步降低工艺成本，采用一次光刻或多次光刻的方式形成凹槽深度不规则排列的凹槽状光刻胶层，通过一次离子注入的方式形成沿着栅宽方向M个离子注入区从势垒层的上表面至沟道层方向上的离子注入深度不规则排列，形成了不同区域栅极，不同区域栅极具有不同关断电压，沿着栅宽方向形成不同的关断电压不规则排布，保证总体器件在开态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，氮化物射频器件增益保持不变，线性度提高。本专利技术还提供了另一种高线性度氮化镓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缓冲层、沟道层、势垒层；步骤二，在势垒层上沉积介质层，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；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；步骤三，在势垒层上方涂覆一层光刻胶层；步骤四，采用一次或若干次光刻工艺在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的势垒层的M个离子注入区域形成凹槽深度不规则排列的凹槽状光刻胶层；有源区处的势垒层凹槽状光刻胶层至少形成三种或三种以上的凹槽深度，沿着栅宽方向不同凹槽深度的凹槽不规则排列，即沿着栅宽方向在势垒层表面上形成厚度不规则的光刻胶层；其中，在凹槽状光刻胶层的厚度小于等于离子注入区域外的光刻胶层；M为大于等于3的正整数；步骤五，进行一次离子注入，离子注入的注入离子为氟离子、硼离子、氢离子或氦离子；步骤六，去除凹槽状光刻胶层，形成沿着栅宽方向M个离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高线性度氮化镓射频器件，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设置于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的势垒层排列有M个离子注入区，沿着栅宽方向M个离子注入区从势垒层的上表面至沟道层方向上的离子注入深度不规则排列；/nM个离子注入区包含N种离子注入深度的离子注入区，其中M≥N且M为大于等于3的正整数，N为大于等于3的正整数。/n

【技术特征摘要】
1.一种高线性度氮化镓射频器件，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，
设置于有源区处的源极与漏极之间栅极区域处的势垒层排列有M个离子注入区，沿着栅宽方向M个离子注入区从势垒层的上表面至沟道层方向上的离子注入深度不规则排列；
M个离子注入区包含N种离子注入深度的离子注入区，其中M≥N且M为大于等于3的正整数，N为大于等于3的正整数。


2.根据权利要求1所述的高线性度氮化镓射频器件，其特征在于，
所述M个离子注入区沿着栅宽方向均匀排列，所述离子注入区的形状为矩形。


3.根据权利要求1所述的高线性度氮化镓射频器件，其特征在于，
所述势垒层的厚度范围为3nm-50nm，相邻离子注入区的离子注入深度差大于等于1nm，所述离子注入区的离子注入深度范围为0nm-50nm。


4.根据权利要求1所述的高线性度氮化镓射频器件，其特征在于，
所述离子注入区在栅长方向的尺寸小于等于栅极在栅长方向的尺寸。


5.一种高线性度氮化镓射频器件的制作方法，其特征在于，
步骤一，在半导体衬底上依次形成缓冲层、沟道层、势垒层；
步骤二，在势垒层上沉积介质层，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；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；
步骤三，通过若干次光刻工艺依次在有源区处的源极与漏极之间栅极区域的势垒层的形成M个离子注入区域，并分别进行N或(N-1)次离子注入，形成沿着栅宽方向M个离子注入区，M个离子注入区的从势垒层的上表面至沟道层方向上的离子注入深度不同；沿着栅宽方向M个离子注入区的离子注入深度不规则排列；
M个离子注入区包含N种离子注入深度的离子注入区，其中M≥N且M为大于等于3的正整数，N为大于等于3的正整数；
步骤四，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。


6.根据权利要求5所述的高线性度氮化镓射频器件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜厚，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