專利名稱：氮化鎵射頻功率器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高電子遷移率器件領(lǐng)域，涉及一種射頻功率器件，具體涉及一種氮化鎵射頻功率器件及其制備方法。
背景技術(shù)：
高電子遷移率晶體管(HighElectron Mobility Transistors,HEMT)被普遍認(rèn)為是最有發(fā)展前途的高速電子器件之一。由于具有超高速、低功耗、低噪聲的特點(尤其在低溫下)，能極大地滿足超高速計算機及信號處理、衛(wèi)星通信等用途上的特殊需求，故而HEMT器件受到廣泛的重視。作為新一代微波及毫米波器件，HEMT器件無論是在頻率、增益還是在效率方面都表現(xiàn)出無與倫比的優(yōu)勢。經(jīng)過10多年的發(fā)展，HEMT器件已經(jīng)具備了優(yōu)異的微波、毫米波特性，已成為2 100 GHz的衛(wèi)星通信、射電天文等領(lǐng)域中的微波毫米波低噪聲放大器的主要器件。同時，HEMT器件也是用來制作微波混頻器、振蕩器和寬帶行波放大器的核心部件。目前氮化鎵基的HEMT射頻功率器件大多采用后柵工藝制造，其制造的工藝流程主要包括:首先制造源、漏電極。光刻歐姆接觸窗口，利用電子束蒸發(fā)形成多層電極結(jié)構(gòu)，剝離工藝形成源、漏接觸，使用快速熱退火(RTA)設(shè)備，在9(KTC、30 Sec氬氣保護條件下形成良好的源、漏歐姆接觸。然后光刻出需刻蝕掉的區(qū)域，并使用反應(yīng)離子束刻蝕(RIE)設(shè)備，通入氯化硼，刻蝕臺階。最后再次利用光刻、電子束蒸發(fā)和剝離工藝形成肖特基勢壘柵金屬。但是隨著器件尺寸的縮小，這種后柵工藝的方法難以實現(xiàn)HEMT器件的柵極與 源極、漏極位置的精確對準(zhǔn)，造成產(chǎn)品參數(shù)的漂移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種氮化鎵射頻功率器件及其制備方法，以實現(xiàn)HEMT器件的柵極與源極位置的自對準(zhǔn)，減小產(chǎn)品參數(shù)的漂移，增強氮化鎵射頻功率器件的電學(xué)性倉泛。本發(fā)明所提出的一種氮化鎵射頻功率器件，包括:
在襯底上依次形成的氮化鎵鋁緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁隔離層；
在所述氮化鎵鋁隔離層之上形成的柵介質(zhì)層；
在所述柵介質(zhì)層之上形成的柵疊層區(qū)，包括柵極以及位于柵極之上的鈍化層；
在所述柵疊層區(qū)的兩側(cè)形成的第一柵極側(cè)墻；
在所述氮化鎵鋁隔離層之上，所述柵極的一側(cè)形成的漏極以及在所述柵極的非漏極側(cè)形成的源極；
只在所述柵疊層區(qū)靠近漏極的一側(cè)位于所述第一柵極側(cè)墻與漏極之間形成的第二柵極側(cè)墻。本發(fā)明中，在所述第一柵極側(cè)墻之上靠近漏極一側(cè)形成的與所述源極相連的場板，且在器件的溝道長度方向上，所述場板向所述第二柵極側(cè)墻以及所述位于柵極之上的鈍化層上延伸。本發(fā)明中，還提出了所述氮化鎵射頻功率器件的制備方法，具體步驟如下:
在襯底上依次淀積氮化鎵鋁緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁隔離層；
以光刻膠作為刻蝕阻擋層，依次刻蝕氮化鎵鋁隔離層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁緩沖層以形成有源區(qū)，之后去膠；
在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積第一層絕緣薄膜；
在所形成的第一層絕緣薄膜之上依次淀積第一層導(dǎo)電薄膜、第二層絕緣薄膜；
進行光刻、顯影定義出器件的柵疊層區(qū)的位置；
以光刻膠作為刻蝕阻擋層，依次刻蝕掉暴露出的第二層絕緣薄膜和第一層導(dǎo)電薄膜，之后去膠，未被刻蝕掉的第一層導(dǎo)電薄膜和第二層絕緣薄膜形成器件的柵極以及位于柵極之上的鈍化層；
在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積第三層絕緣薄膜，并刻蝕所形成的第三層絕緣薄膜在柵疊層區(qū)的兩側(cè)形成第一柵極側(cè)墻；
在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積一層多晶硅，并對所形成的多晶硅進行回刻，其中，僅源極位置處的多晶硅沒有被刻蝕掉；
在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積第四層絕緣薄膜，并刻蝕所形成的第四層絕緣薄膜在柵疊層區(qū)靠近漏極的一側(cè)形成第二柵極側(cè)墻；
刻蝕掉剩余的多晶硅，并繼續(xù)刻蝕掉暴露出的第一層絕緣薄膜；
通過光刻工藝形成圖形，分別定義出源極和漏極的位置；
通過lift-off工藝和合金化工藝形成器件的源極和漏極；
在靠近漏極一側(cè)的第一柵極側(cè)墻之上形成與源極相連的場板，且在器件的溝道長度方向上，該場板向第二柵極側(cè)墻以及位于柵極之上的鈍化層上延伸。如上所述的氮化鎵射頻功率器件的制備方法，所述的第一層絕緣薄膜為氧化硅、氮化硅、氧化鉿或者為三氧化二鋁，所述的第二層絕緣薄膜、第三層絕緣薄膜和第四層絕緣薄膜為氧化硅或者為氮化硅。如上所述的氮化鎵射頻功率器件的制備方法，所述的第一層導(dǎo)電薄膜為含鉻、或者含鎳、或者含鶴的合金。本發(fā)明采用先柵工藝制備氮化鎵射頻功率器件，利用柵極側(cè)墻來實現(xiàn)柵極與源極位置的自對準(zhǔn)，減小了產(chǎn)品參數(shù)的漂移。同時，由于柵極被鈍化層保護，使得源極與漏極能夠在柵極形成之后通過合金化工藝來形成，降低了源、漏接觸電阻，增強了氮化鎵射頻功率器件的電學(xué) 性能。


圖1為本發(fā)明所公開的氮化鎵射頻功率器件的一個實施例的剖面圖。圖2為由本發(fā)明所公開的氮化鎵射頻功率器件組成的射頻功率器件陣列的一個實施例，其中，圖2b為該射頻功率器件陣列的俯視圖示意圖，圖2a為圖2b所示結(jié)構(gòu)沿AA方向的剖面圖。圖3至圖12為本發(fā)明所公開的如圖2所示的射頻功率器件陣列的制備方法的一個實施例的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明，在圖中，為了方便說明，放大或縮小了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實際尺寸。盡管這些圖并不能完全準(zhǔn)確的反映出器件的實際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成結(jié)構(gòu)之間的相互位置，特別是組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。圖1為本發(fā)明所提出的氮化鎵射頻功率器件的一個實施例，它是沿該器件溝道長度方向的剖面圖。如圖1所示，襯底包括基底200和在基底200上形成的氮化鎵緩沖層201，在襯底之上依次形成有氮化鎵鋁緩沖層202、氮化鎵溝道層203和氮化鎵鋁隔離層204。在氮化鎵鋁隔離層204之上形成有柵介質(zhì)層205，在柵介質(zhì)層205之上形成有器件的柵疊層區(qū)，包括柵極206和在柵極206之上形成的鈍化層207。在柵疊層區(qū)的兩側(cè)形成有第一柵極側(cè)墻208。在氮化鎵鋁隔離層204之上，柵極206的一側(cè)形成的漏極211以及在柵極206的非漏極側(cè)形成的源極212。 只在柵疊層區(qū)靠近漏極211的一側(cè)并且位于第一柵極側(cè)墻208與漏極211之間形成有第二柵極側(cè)墻209。在第一柵極側(cè)墻208之上靠近漏極211的一側(cè)還形成有器件的場板214，場板214與源極212相連，且在器件的溝道長度方向上，場板214向第二柵極側(cè)墻209和鈍化層207上延伸。在漏極211之上還形成有用于將漏極211與外部電極相連接的漏極的接觸體213。由多個本發(fā)明的氮化鎵射頻功率器件還可以組成氮化鎵射頻功率器件陣列，圖2為由本發(fā)明所公開的如圖1所示的氮化鎵射頻功率器件組成的氮化鎵射頻功率器件陣列的一個實施例，其中，圖2b為該氮化鎵射頻功率器件陣列的俯視圖示意圖，圖2a為圖2b所示結(jié)構(gòu)沿AA方向的剖面圖。本發(fā)明所提出的氮化鎵射頻功率器件及由本發(fā)明所提出的氮化鎵射頻功率器件組成的氮化鎵射頻功率器件陣列的制備方法是一致的，以下所敘述的是制備如圖2所示的氮化鎵射頻功率器件陣列結(jié)構(gòu)的一個實施例的工藝流程。首先，如圖3所示，在襯底上依次淀積形成厚度約為40納米的氮化鎵鋁緩沖層202、厚度約為40納米的氮化鎵溝道層203、厚度約為22納米的氮化鎵鋁隔離層204，然后在氮化鎵鋁隔離層204之上淀積一層光刻膠并掩膜、曝光、顯影定義出有源區(qū)的位置，然后以光刻膠作為刻蝕阻擋層依次刻蝕掉暴露出的氮化鎵鋁隔離層204、氮化鎵溝道層203、氮化鎵鋁緩沖層202以形成有源區(qū)，然后剝除光刻膠。其中，圖3a為所形成結(jié)構(gòu)的俯視圖示意圖，圖3b為圖3a所示結(jié)構(gòu)沿AA方向的剖面圖。本實施例中所述的襯底包括基底200和在基底200上形成的氮化鎵緩沖層201，基底200可以為硅、碳化硅或者為三氧化二鋁。接下來，在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上依次淀積形成第一層絕緣薄膜205、第一層導(dǎo)電薄膜和第二層絕緣薄膜，并在第二層絕緣薄膜之上淀積一層光刻膠并掩膜、曝光、顯影定義出器件的柵疊層區(qū)的位置，然后以光刻膠作為刻蝕阻擋層依次刻蝕掉暴露的第二層絕緣薄膜和第一層導(dǎo)電薄膜，未被刻蝕掉的第一層導(dǎo)電薄膜和第二層絕緣薄膜分別形成器件的柵極206以及位于柵極之上的鈍化層207，剝除光刻膠后如圖4所示，其中圖4a為所形成結(jié)構(gòu)的俯視圖示意圖，圖4b為圖4a所示結(jié)構(gòu)沿AA方向的剖面圖。第一層絕緣薄膜205可以為氧化硅、氮化硅、氧化鉿或者為三氧化二鋁，作為器件的柵介質(zhì)層，其厚度優(yōu)選為8納米。柵極206可以為含鉻、或者含鎳、或者含鎢的合金，比如為鎳金合金、鉻鎢合金、鈀金合金、鉬金合金、鎳鉬金合金或者為鎳鈀金合金。鈍化層207可以為氧化硅或者為氮化硅。接下來，在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積形成第三層絕緣薄膜，接著對所形成的第三層絕緣薄膜進行回刻以在柵疊層區(qū)的兩側(cè)形成第一柵極側(cè)墻208，如圖5所示。柵極側(cè)墻208可以為氧化硅或者為氮化硅。接下來，在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積一層多晶硅薄膜210，如圖6所示。然后對所形成的多晶硅薄膜210進行回刻，如圖7所示。在氮化鎵射頻功率器件陣列中，通過控制柵極與柵極之間的距離，在對多晶硅薄膜210進行刻蝕時，僅被定義的源極位置處的多晶硅沒有被刻蝕掉，而其它位置處的多晶硅薄膜被刻蝕掉。接下來，在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積形成第四層絕緣薄膜，并刻蝕所形成的第四層絕緣薄膜在柵疊層區(qū)的一側(cè)(靠近漏極的一側(cè))形成第二柵極側(cè)墻209，如圖8所示。接著，繼續(xù)刻蝕掉剩余的多晶硅薄膜210，并繼續(xù)刻蝕掉暴露出的第一層絕緣薄膜205，以露出氮化鎵鋁隔離層204，如圖9所示。接下來，在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積一層光刻膠并掩膜、曝光、顯影形成圖形，分別定義出源極和漏極的位置，如圖10所示。圖10為所形成結(jié)構(gòu)的俯視圖示意圖，虛線框301表示所形成圖形的位置。接下來，通過li ft-off工藝和合金化工藝在氮化鎵鋁隔離層204之上形成器件的源極212和漏極211，如圖11所示。其過程為:首先淀積一層導(dǎo)電薄膜，比如為鈦/鋁/鎳/金合金，然后通過lift-off工藝去掉淀積在光刻膠之上的導(dǎo)電薄膜，而保留沒有淀積在光刻膠之上的導(dǎo)電薄膜，再通過高溫?zé)嵬嘶鹦纬闪己玫脑础⒙┙佑|。最后，在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積一層新的光刻膠并掩膜、曝光、形影定義出器件場板、源極和漏極的位置，接著淀積第二層導(dǎo)電薄膜，第二層導(dǎo)電薄膜可以為鈦鋁合金、鎳鋁合金、鎳鉬合金或者為鎳金合金。然后通過lift-off工藝去掉淀積在光刻膠之上的第二層導(dǎo)電薄膜，而保留沒有淀積在光刻膠之上的第二層導(dǎo)電薄膜，以在靠近漏極211一側(cè)的第一柵極側(cè)墻之上形成器件的場板214，場板214與源極212相連，同時形成漏極與外部電極相連接的漏極的接觸體213，如圖12所示。如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實例。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵射頻功率器件，包括: 在襯底上依次形成的氮化鎵鋁緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁隔離層； 以及，在所述氮化鎵鋁隔離層之上形成的柵介質(zhì)層； 其特征在于，還包括: 在所述柵介質(zhì)層之上形成的柵疊層區(qū)，包括柵極以及位于柵極之上的鈍化層； 在所述柵疊層區(qū)的兩側(cè)形成的第一柵極側(cè)墻； 在所述氮化鎵鋁隔離層之上，所述柵極的一側(cè)形成的漏極以及在所述柵極的非漏極側(cè)形成的源極； 只在所述柵疊層區(qū)靠近漏極的一側(cè)，且位于所述第一柵極側(cè)墻與漏極之間形成的第二柵極側(cè)墻。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵射頻功率器件，其特征在于，在所述第一柵極側(cè)墻之上靠近漏極一側(cè)形成的與所述源極相連的場板，且在器件的溝道長度方向上，所述場板向所述第二柵極側(cè)墻以及所述位于柵極之上的鈍化層上延伸。
3.—種如權(quán)利要求1所述的氮化鎵射頻功率器件的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: 在襯底上依次淀積氮化鎵鋁緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁隔離層； 以光刻膠作為刻蝕阻擋層，依次刻蝕氮化鎵鋁隔離層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁緩沖層以形成有源區(qū)，之后去膠； 在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積第一層絕緣薄膜； 在所形成的第一層絕緣薄膜之上依次淀積第一層導(dǎo)電薄膜、第二層絕緣薄膜； 進行光刻、顯影定義出器件的柵疊層區(qū)的位置； 以光刻膠作為刻蝕阻擋層，依次刻蝕掉暴露出的第二層絕緣薄膜和第一層導(dǎo)電薄膜，之后去膠，未被刻蝕掉的第一層導(dǎo)電薄膜和第二層絕緣薄膜形成器件的柵極以及位于柵極之上的鈍化層； 在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積第三層絕緣薄膜，并刻蝕所形成的第三層絕緣薄膜在柵疊層區(qū)的兩側(cè)形成第一柵極側(cè)墻； 在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積一層多晶硅，并對所形成的多晶硅進行回刻，其中，僅源極位置處的多晶硅沒有被刻蝕掉； 在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積第四層絕緣薄膜，并刻蝕所形成的第四層絕緣薄膜在柵疊層區(qū)靠近漏極的一側(cè)形成第二柵極側(cè)墻； 刻蝕掉剩余的多晶硅，并繼續(xù)刻蝕掉暴露出的第一層絕緣薄膜； 通過光刻工藝形成圖形，分別定義出源極和漏極的位置； 通過lift-off工藝和合金化工藝形成器件的源極和漏極； 在靠近漏極一側(cè)的第一柵極側(cè)墻之上形成與源極相連的場板，且在器件的溝道長度方向上，該場板向第二柵極側(cè)墻以及位于柵極之上的鈍化層上延伸。
4.如權(quán)利要求3所述的氮化鎵射頻功率器件的制備方法，其特征在于，所述的第一層絕緣薄膜為氧化硅、氮化硅、氧化鉿或者為三氧化二鋁，所述的第二層絕緣薄膜、第三層絕緣薄膜和第四層絕緣薄膜為氧化硅或者為氮化硅。
5.如權(quán)利要求3所述的氮化鎵射頻功率器件的制備方法，其特征在于，所述的第一層導(dǎo)電薄膜為含鉻、含鎳或 者含鎢的合金。
全文摘要
本發(fā)明屬于高電子遷移率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮化鎵射頻功率器件及其制備方法。本發(fā)明采用先柵工藝制備氮化鎵射頻功率器件，利用柵極側(cè)墻來實現(xiàn)柵極與源極位置的自對準(zhǔn)，減小了產(chǎn)品參數(shù)的漂移。同時，由于柵極被鈍化層保護，使得源極與漏極能夠在柵極形成之后通過合金化工藝來形成，降低了源、漏接觸電阻，增強了氮化鎵射頻功率器件的電學(xué)性能。
文檔編號H01L21/335GK103219376SQ20131009814
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者王鵬飛, 劉曉勇, 孫清清, 周鵬, 張衛(wèi) 申請人:復(fù)旦大學(xué)