本发明专利技术公开了一种双凹槽场板结构氮化物高电子迁移率晶体管制造方法，通过光刻定义第一次凹槽的位置，刻蚀介质层、去除光刻胶、以第一层介质层为掩膜刻蚀势垒层后获得第一次凹槽，第二次凹槽通过淀积第二层介质层、大面积刻蚀去除第二层介质层、刻蚀势垒层获得，其中大面积刻蚀第二层介质层后在第一次凹槽上方留下介质侧墙。最后光刻定义栅电极及与其相连的场板位置，蒸发栅电极金属层，运用剥离的方法将光刻胶层及其上多余的金属层去除后得到双凹槽场板结构HEMT器件。本发明专利技术制造的器件结合传统凹槽场板结构HEMT采用介质侧墙有助于提高器件性能的优点，同时克服了介质侧墙下方势垒层过薄而可能分别在器件的源漏两端各引入一大电阻的缺点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种半导体器件的制造方法，特别涉及一种凹槽栅场板结构铝镓氮化合物(AWaN)/氮化镓(GaN)高电子迁移率晶体管(HEMT)的制造方法。
技术介绍
固态化即采用半导体固态器件是微波功率放大器的发展趋势，采用半导体固态器件能够有效的减小诸如雷达等系统的体积，并提高可靠性。基于Si和GaAs等传统半导体的电子器件在输出功率密度、耐高温及抗辐射等方面都受到很大限制，因而需要寻找新型半导体材料来替代Si和GaAs等。GaN属于新型宽带隙半导体材料，基于它的AWaN/GaN HEMT在输出功率密度、耐高温及抗辐射上与基于Si和GaAs的器件相比具有相当大的优势， 因而AWaN/GaN HEMT近年来成为国际上研究的热点。从Khan等人公开第一只具有直流特性的AlGaN/GaN HEMT (Khan et al. Applied Physics Letters, vol. 63，no. 9，pp. 1214-1215，1993.)和第一只具有微波特性的 AlGaN/GaN HEMT(Khan et al. Applied Physics Letters, Vol. 65, no.9, pp.1121-1123, Aug. 1994.)以来，AWaN/GaN HEMT器件性能特别是微波功率输出能力得到飞速提高。目前， 公开的小尺寸AlGaN/GaN HEMT在X波段的输出功率密度可达30W/mm以上( et al. IEEE Electron Device Lett. , Vol. 25, No. 3，pp. 117-119，2004.)，甚至在毫米波段也能达到 10W/mm 以上(Palacios et al. IEEE Electron Device Lett. ,Vol. 26,No. 11,pp. 781-783, 2005.)，AlGaN/GaN HEMT性能得到飞速提高的原因包括材料质量的提高和器件工艺的改进，特别是各种新器件结构的采用。为提高器件性能，场板结构被应用到了 AWaN/GaN HEMT的制造中(Ando et al. IEEE Electron Device Lett.，Vol. 24，No. 5，pp. 289-291,2003.)，场板结构将降低器件沟道中靠漏一侧的电场强度，从而能够提高器件击穿电压同时抑制器件的电流崩塌，电流崩塌是影响AWaN/GaN微波功率性能发挥的一个重要原因。参照图1所示为一种常用的采用场板结构的AWaN/GaN HEMT,该HEMT包括半绝缘SiC衬底101，在衬底上依次通过金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)或其他合适外延方法外延生长的AlN成核层102、GaN 缓冲层103及势垒层104，在GaN缓冲层103和势垒层104界面靠近GaN缓冲层103形成二维电子气0DEG)层105，源欧姆接触电极106以及漏欧姆接触电极107制作在势垒层104 上，位于势垒层104上方带有场板结构栅电极109，以及位于源、漏欧姆接触电极之间的势垒层104上的钝化介质层108。场板结构的引入提高了 AlGaN/GaN HEMT的性能，但是不利的一面是增加了栅漏间的反馈电容，这将降低器件功率增益，为补偿场板引入导致的增益降低，日本NEC公司引入了凹槽栅来增大器件的跨导(Okamoto et al. IEEE Trans. Microw. Theory Tech. ,Vol. 52, No. 11，pp. 2536-2M0.)，从而提高器件的增益，以弥补场板结构引入所带来的增益下降问题。图2所示为一种常用的采用了凹槽栅和场板结构的AlGaN/GaN HEMT,该HEMT包括半绝缘SiC衬底201，在衬底上依次通过金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)或其他合适外延方法外延生长的AlN成核层202、GaN缓冲层203及势垒层204，在GaN缓冲层203和势垒层204界面靠近GaN缓冲层203形成二维电子气QDEG)层205，源欧姆接触电极206以及漏欧姆接触电极207制作在势垒层204上，带场板栅电极209位于在势垒层204上形成的凹槽上，并与凹槽的两侧壁相连，钝化介质层208位于源、漏欧姆接触电极之间的势垒层 204 上。图2所示的器件中栅电极209直接与凹槽的两侧壁直接相接触，这样将在栅电极 209和源电极206以及漏电极207之间的势垒层204表面形成一漏电通道，特别是与漏电极207之间的漏电通道将导致器件击穿电压的下降，为消除这一漏电通道，Shen等人在栅电极207和凹槽靠漏端侧壁之间引入了一介质侧墙(Shen et al. IEEE Electron Device Lett.，Vol. 25，No. 1，pp. 7-9，2004.)，并有效降低了栅漏之间的漏电。Shen等人引入的介质侧墙必须通过蒸发的方法形成，对于介质侧墙的覆盖区域在工艺中很难做到精确控制。 一种可变通的采用介质侧墙的AlGaN/GaN HEMT如图3所示，在栅电极与凹槽两侧壁间均采用介质侧墙，该HEMT包括半绝缘SiC衬底301，在衬底上依次通过金属有机化合物化学气相淀积(MOCVD)或其他合适外延方法外延生长的AlN成核层302、GaN缓冲层303及势垒层304，在GaN缓冲层303和势垒层304界面靠近GaN缓冲层303形成二维电子气QDEG) 层305，源欧姆接触电极306以及漏欧姆接触电极307制作在势垒层304上，带场板栅电极309位于在势垒层204上形成的凹槽上，介质侧墙310和311分别位于栅电极309与凹槽两侧壁与之间，钝化介质层308位于源、漏欧姆接触电极之间的势垒层304上。图3中器件的介质侧墙通过先淀积一层介质后用反应离子刻蚀(RIE)的方法形成(Palacios et al. International Electron Device Meeting，IEDM-2005，pp. 99-100)，在工艺上更容易做到精确控制。图3中的AlGaN/GaN HEMT的问题是在于栅电极与凹槽侧壁之间的势垒层相比于凹槽外薄的多，特别是针对高频如毫米波应用的器件制造时，随着栅长的缩短，为了使得栅电极能对沟道中的2DEG形成更好的控制能力，需要进一步降低栅下势垒层的厚度，这将引起栅电极与凹槽侧壁之间的势垒层下的2DEG浓度急剧降低，从而分别在器件的源和漏两端各引入一个很大的电阻，影响器件的高频性能。
技术实现思路
专利技术目的针对上述现有存在的问题和不足，本专利技术的目的是提供，该方法制造的器件结合了传统凹槽栅场板结构AlGaNAiaN HEMT采用介质侧墙有助于提高器件性能的优点，同时克服了介质侧墙下方势垒层过薄而有可能分别在器件的源和漏两端各引入一个很大的电阻的缺点。技术方案为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为，包括如下步骤(1)在衬底上依次外延生长得到器件的氮化物成核层(简称势垒层)、氮化物缓冲层(简称缓冲层)和氮化物势垒层(简称势垒层)；(2)在氮化物势垒层上提供欧姆接触电极作为源电极、欧姆接触电极作为漏电极；(3)在源电极、漏电极及氮化物势垒层未被覆盖的表面上淀积第一层介质层；5(4)光刻定义第一次凹槽的位置，并利用干法刻蚀的方法刻蚀去除第一次凹槽上方的介质本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种双凹槽场板结构氮化物高电子迁移率晶体管制造方法，其特征在于，包括如下步骤：（１）在衬底（３０１）上依次外延生长得到器件的氮化物成核层（３０２）、氮化物缓冲层（３０３）和氮化物势垒层（３０４）；（２）在氮化物势垒层（３０４）上提供欧姆接触电极（３０６）作为源电极、欧姆接触电极（３０７）作为漏电极；（３）在源电极（３０６）、漏电极（３０７）及氮化物势垒层（３０４）未被覆盖的表面上淀积第一层介质层（３０８）；（４）光刻定义第一次凹槽的位置，并利用干法刻蚀的方法刻蚀去除第一次凹槽上方的介质层（３０８）；（５）去除第一光刻胶层（３１２）和第二光刻胶层（３１３）后，以第一层介质层（３０８）为掩膜，用干法刻蚀的方法刻蚀氮化物势垒层（３０４）形成第一次凹槽；（６）在第一层介质层（３０８）上淀积第二层介质层（３１４），该第二层介质层（３１４）同时覆盖第一次凹槽的底部和侧壁；（７）采用干法刻蚀的方法对第二层介质层（３１４）进行大面积刻蚀，刻蚀在第一次凹槽底部的第二层介质层（３１４）完全去除干净后结束，此时第一层介质层（３０８）上的第二层介质层（３１４）被完全去除，在第一次凹槽的侧壁上留下第一介质侧墙（３１０）和第二介质侧墙（３１１）；（８）以第一层介质层（３０８）以及第一介质侧墙（３１０）和第二介质侧墙（３１１）为掩膜，用干法刻蚀的方法刻蚀氮化物势垒层（３０４）形成第二次凹槽；（９）光刻定义栅电极及与其相连的场板位置，蒸发栅金属层，运用剥离的方法将第三光刻胶层（３１５）和第四光刻胶层（３１６）以及其上的第一金属层（３１７）和第二金属层（３１８）去除，形成带场板结构的栅电极（３０９）。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：任春江，陈堂胜，刘海琪，余旭明，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十五研究所，
类型：发明
国别省市：84
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