一种增强型GaNHEMT器件制备方法及其结构技术

本发明专利技术公开了一种增强型GaN HEMT器件制备方法，GaN HEMT器件制造技术领域，通过光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ长度和厚度的控制，实现曲面场板长度和曲面场板与下层材料之间倾斜夹角的调整。还公开了一种增强型GaN HEMT器件结构，通过在p

【技术实现步骤摘要】
一种增强型GaN HEMT器件制备方法及其结构


[0001]本专利技术属于GaN HEMT器件
，尤其涉及一种增强型GaN HEMT器件制备方法及其结构。

技术介绍

[0002]GaN以禁带宽度大、电子饱和迁移速度高、临界击穿电场高、热导率高、稳定性好、耐腐蚀和抗辐射等优异的物理特性，成为高频、高温和高功率密度等领域的研究热点。氮化镓基的高电子迁移率晶体管(High electron mobility transistor，HEMT)是一种异质结场效应晶体管，凭借其优异的性能在基站通信、物联网、航空航天和雷达系统等领域有着广泛的应用前景。GaN HEMT应用场景一般为高频高压状态，需要承受极高的漏极电压，电场线会在器件的栅极边沿聚集，产生电场峰值。当电场峰值高于临界击穿电场时，会发生雪崩电离，导致器件击穿，使器件性能难以达到理论值。因此需要设计器件的结构，优化电场的分布，从而提高器件击穿电压。
[0003]输出电流或者击穿电压的提高都能够增大最大输出功率，由于GaN HEMT器件工作在大电流条件下会带来散热等一系列问题，所以希望提高击穿电压来使器件工作在高压下，从而得到较大的输出功率。当GaN HEMT器件工作在高压状态下，其漏极会承受较大的电压，电场线会在器件的栅极或漏极聚集，产生电场峰值，当电场峰值高于击穿电压时，雪崩电离就会发生，从而导致器件击穿。场板技术常用于优化电场分布，通过缓解原有的电场峰值，引入新的电场峰值，以提高GaN HEMT器件击穿电压。但是，专利技术人认为，目前P
‑/>GaN增强型GaN HEMT常用的场板结构多为平板结构，但平板结构对沟道处的电场优化作用有限，并不能最大限度地提高击穿电压，普通斜面结构具有更有利效果，但其制造工艺复杂，工艺重复性较差，且斜面场板长度和场板与下层材料之间倾斜夹角难以把控，使得使用斜面场板的器件产率与良率都有待提高。为此，需要设计出一种增强型GaN HEMT器件结构的制备方法。
[0004]需要说明的是，在上述
技术介绍
部分公开的信息仅用于加强理解本公开的背景，并且因此可以包括不构成现有技术的信息。

技术实现思路

[0005]专利技术人通过研究发现，普通斜面结构对沟道处的电场优化作用较好，但其制造工艺复杂，工艺重复性较差，且斜面场板长度和场板与下层材料之间倾斜夹角难以把控。
[0006]鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种增强型GaN HEMT器件制备方法及其结构，具体技术方案如下：
[0007]一种增强型GaN HEMT器件制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一，取得外延片，外延片的结构自下而上依次为衬底层，缓冲层，沟道层，势垒层和帽层，在外延片上表面制备介质层，在介质层表面光刻形成刻蚀图形，以CF4气体刻蚀介质层，形成硬掩膜图形，使用光刻胶清洗剂去除顶层光刻胶；刻蚀外延片的帽层，刻蚀时
保留栅极部分的帽层，其余部分刻蚀停止于势垒层上表面；
[0009]步骤二，在势垒层上表面的欧姆接触区域蒸镀金属，退火后形成欧姆接触的源极和漏极，在栅极肖特基接触区域蒸镀金属，形成肖特基接触的栅极；
[0010]步骤三，在步骤二完成后的外延片上制备钝化层；
[0011]步骤四，在钝化层上涂基于酚醛树脂的光刻胶Ⅰ，经曝光、显影、坚膜后，以光刻胶Ⅰ的右侧为基准涂厚度大于光刻胶Ⅰ的光刻胶Ⅱ，光刻胶Ⅱ的长度小于光刻胶Ⅰ，涂后对光刻胶Ⅱ进行曝光、显影；
[0012]步骤五，热熔回流步骤四所得的光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ，形成外壁为曲面的光刻胶块，光刻胶块左侧倾角为锐角；
[0013]步骤六，以步骤五所得的光刻胶块为掩膜刻蚀钝化层，刻蚀过程光刻胶块与钝化层选择比为1.2：1，去除光刻胶，刻蚀钝化层，刻蚀停止在栅极上方；
[0014]步骤七，使用光刻工艺对准场板位置，使用薄膜蒸镀工艺蒸镀曲面场板，并通过剥离工艺去除光刻胶与曲面场板外金属；
[0015]步骤八，通过RIE刻蚀工艺暴露出源极、漏极金属，曲面场板与源极互连。
[0016]在本公开的一些实施例中，所述介质层为Si3N4或SiO2。
[0017]在本公开的一些实施例中，所述钝化层为SiN3，厚度为1500nm。
[0018]在本公开的一些实施例中，所述光刻胶Ⅰ为胶厚300～800nm的正胶。
[0019]在本公开的一些实施例中，所述光刻胶Ⅱ为胶厚1500nm的正胶。
[0020]在本公开的一些实施例中，所述步骤五中热熔回流的条件具体为温度120℃～130℃，时间为20min～30min。
[0021]一种增强型GaN HEMT器件结构，包括外延片，所述外延片包括自下而上依次生长的衬底层，缓冲层，沟道层和势垒层，势垒层上表面设有源极，漏极和栅极，源极和漏极之间设有钝化层，钝化层覆盖栅极，栅极和漏极之间的钝化层外表面凸起为曲面，凸起的钝化层靠近栅极的一侧外表面设有曲面场板，曲面场板通过引线连接源极。
[0022]在本公开的一些实施例中，所述曲面场板左侧与衬底层之间的夹角为15～60度。
[0023]相比较现有技术而言，本专利技术具有以下有益效果：本公开通过在p
‑
GaN增强型GaN HEMT器件中引入曲面场板，由于曲面场板到沟道的距离相比到栅极的距离线性增加，此特性可以使沟道处的电场分布更为均匀，可以有效提高器件的击穿电压；常规增强型器件击穿电压约为900V，使用曲面长板工艺优化后击穿电压可达1200V，通过双层胶形成台阶形貌，其中光刻胶Ⅰ较薄，光刻胶Ⅱ较厚，且都为正性光刻胶，光刻胶Ⅰ的薄胶可以控制场板与下层材料之间倾斜夹角，使场板与介质层之间夹角可以在15
°
至60
°
之间有效调整，以此提出了针对曲面场板的一种新的制备方法；以光刻胶Ⅱ与光刻胶Ⅰ之间的长度差异调整曲面场板有效长度；通过光刻胶Ⅰ和光刻胶Ⅱ热熔回流工艺在双层胶台阶上形成均匀连续的曲面，支撑后续曲面场板的制作，此曲面场板的制作方法可根据不同器件电性要求调整场板倾斜夹角和场板在栅极与漏极之间长度，制作工艺简单，可重复性高，有利于规模性生产。
附图说明
[0024]图1为本专利技术步骤一中在外延片上表面制备介质层的示意图；
[0025]图2为本专利技术步骤一中刻蚀时保留栅极部分的帽层的示意图；
[0026]图3为本专利技术步骤二所得的示意图；
[0027]图4为本专利技术步骤三所得的示意图；
[0028]图5为本专利技术步骤四所得的示意图；
[0029]图6为本专利技术步骤五所得的示意图；
[0030]图7为本专利技术步骤六所得的示意图；
[0031]图8为本专利技术步骤七所得的示意图；
[0032]图9为本专利技术步骤八所得的示意图。
[0033]图中标号说明：1、外延片；11、衬底层；12、缓冲层；13、沟道层；14、势垒层；15、帽层；2、介质层；31、源极；32、漏极；33、栅极；4、钝化层；5、光刻胶块；51、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增强型GaN HEMT器件制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，取得外延片(1)，外延片(1)的结构自下而上依次为衬底层(11)，缓冲层(12)，沟道层(13)，势垒层(14)和帽层(15)，在外延片(1)上表面制备介质层(2)，在介质层(2)表面光刻形成刻蚀图形，以CF4气体刻蚀介质层(2)，形成硬掩膜图形，使用光刻胶清洗剂去除顶层光刻胶；刻蚀外延片(1)的帽层(15)，刻蚀时保留栅极部分的帽层(15)，其余部分刻蚀停止于势垒层(14)上表面；步骤二，在势垒层(14)上表面的欧姆接触区域蒸镀金属，退火后形成欧姆接触的源极(31)和漏极(32)，在栅极肖特基接触区域蒸镀金属，形成肖特基接触的栅极(33)；步骤三，在步骤二完成后的外延片(1)上制备钝化层(4)；步骤四，在钝化层(4)上涂基于酚醛树脂的光刻胶Ⅰ(51)，经曝光、显影、坚膜后，以光刻胶Ⅰ(51)的右侧为基准涂厚度大于光刻胶Ⅰ(51)的光刻胶Ⅱ(52)，光刻胶Ⅱ(52)的长度小于光刻胶Ⅰ(51)，涂后对光刻胶Ⅱ(52)进行曝光、显影；步骤五，热熔回流步骤四所得的光刻胶Ⅰ(51)和光刻胶Ⅱ(52)，形成外壁为曲面的光刻胶块(5)，光刻胶块(5)左侧倾角为锐角；步骤六，以步骤五所得的光刻胶块(5)为掩膜刻蚀钝化层(4)，刻蚀过程光刻胶块(5)与钝化层(4)选择比为1.2：1，去除光刻胶，刻蚀钝化层(4)，刻蚀停止在栅极(33)上方；步骤七，使用光刻工艺对准场板位置，使用薄膜蒸镀工艺蒸镀曲面场板(6)，并通过剥离工艺去除光刻胶与曲面场板(6)外金属；步骤八，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈祖尧，
申请(专利权)人：徐州金沙江半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：