本发明属于半导体,具体涉及一种自对准栅极gan hemt器件的制备方法。
背景技术:
1、gan hemt器件以其出色的材料特性,成为毫米波应用的关键器件技术。受到6g通信、汽车雷达、医疗影像等新兴领域的推动,对gan射频器件的需求日益增长。基于此,ganhemt器件需要不断提高其频率特性,以满足射频应用方面的需求。例如在6g无线通信中,设备运行频率可达太赫兹范围,需要gan射频器件实现100g以上的特征频率。目前虽然有相关高频率gan hemt器件的科研文献报道,但其器件结构和工艺均非常复杂,可实现性差,尚未出现在该频率下可实现量产的器件技术。
2、提升gan毫米波器件的频率特性需要对器件的横向和纵向的尺寸进行缩放。纵向的缩放通过使用aln强极化薄势垒缩短栅到沟道的距离,减小短沟道效应;横向的缩放则需要栅长和源漏间距都缩小。仅仅缩小器件栅长在提高频率的同时,会产生负面的寄生效应,例如,会产生源漏寄生电阻,更重要的是随着源漏电压增大而伸展的漏极附近的耗尽区阻挡了栅下横向电场的增强,造成了宏观上电子平均漂移速度的下降,漏延时增大,进而阻碍频率特性的提升,因此,需要降低接触电阻和缩小源漏之间的间距。由于gan离子注入掺杂工艺的难度较大,一般采用生长n+gan的方法来降低接触电阻,生长完成后,源漏区域之外的n+gan则通过刻蚀或者是腐蚀掩膜的方式去除,之后在源漏区域之间制作栅极,因而源漏之间距离由光刻的套刻精度直接决定。为了解决这一问题,hrl实验室率先提出了自对准栅极的技术。但是,现有的自对准栅极技术复杂,成品率差。
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种自对准栅极gan hemt器件的制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现:
2、第一方面,本发明提供一种自对准栅极gan hemt器件的制备方法,包括:
3、提供一晶圆,晶圆包括依次层叠设置的衬底、氮化镓层、势垒层、二氧化硅层和氮化硅层;
4、将器件的第一区域和第二区域的氮化硅层、二氧化硅层、势垒层,以及至少部分氮化镓层刻蚀掉,分别形成第一再生长区域和第二再生长区域;
5、利用器件的中间区域的氮化硅层作为掩膜,使用刻蚀液对器件的中间区域的二氧化硅层的两侧进行腐蚀,使得器件的中间区域中的氮化硅层和二氧化硅层形成t型结构;
6、在器件的第一区域、中间区域和第二区域生长n+gan,在第一再生长区域形成第一n+gan层,在第二再生长区域形成第二n+gan层,在氮化硅层上形成多晶gan层;在第一n+gan层上制备源电极,在第二n+gan层上制备漏电极;
7、在器件的第一区域、中间区域和第二区域沉积氮化硅介质层,覆盖源电极、漏电极和多晶gan层,并将器件的第一区域、中间区域和第二区域进行抛光,以平坦化器件的第一区域、中间区域和第二区域的上表面,并暴露出器件的中间区域的二氧化硅层;
8、将器件的中间区域的二氧化硅层腐蚀掉,形成凹槽,在凹槽内、以及器件的第一区域的氮化硅介质层和第二区域的氮化硅介质层上表面制备栅电极;
9、利用栅电极作为掩膜,刻蚀器件的第一区域的氮化硅介质层和第二区域的氮化硅介质层,以暴露出源电极和漏电极;
10、其中,器件的中间区域位于第一区域与第二区域之间。
11、可选的,将器件的第一区域和第二区域的氮化硅层、二氧化硅层、势垒层,以及至少部分氮化镓层刻蚀掉,分别形成第一再生长区域和第二再生长区域,包括:
12、在氮化硅层的上表面涂覆一层光刻胶,使用f基等离子体刻蚀器件的第一区域和第二区域的光刻胶、二氧化硅层和氮化硅层;
13、使用去胶溶剂将器件的中间区域的光刻胶去除掉,利用器件的中间区域的二氧化硅层和氮化硅层作为掩膜,使用cl基等离子体刻蚀器件的第一区域的势垒层和至少部分氮化镓层,形成第一再生长区域,使用cl基等离子体刻蚀器件的第二区域的势垒层和至少部分氮化镓层,形成第二再生长区域。
14、可选的,在凹槽内、以及器件的第一区域的氮化硅介质层和第二区域的氮化硅介质层上表面制备栅电极之前,还包括:
15、在凹槽内、以及氮化硅介质层的上表面沉积一层氮化硅薄膜,再将氮化硅介质层上表面的氮化硅薄膜刻蚀掉,以及将凹槽底部的氮化硅薄膜刻蚀掉,留下凹槽侧壁的氮化硅薄膜。
16、可选的,将氮化硅介质层上表面的氮化硅薄膜刻蚀掉,以及将凹槽底部的氮化硅薄膜刻蚀掉,包括:
17、使用f基等离子体将氮化硅介质层上表面的氮化硅薄膜刻蚀掉,以及将凹槽底部的氮化硅薄膜刻蚀掉。
18、可选的,刻蚀液为缓冲氧化物刻蚀液。
19、可选的,在器件的第一区域、中间区域和第二区域生长n+gan,包括:
20、使用分子束外延,在器件的第一区域、中间区域和第二区域生长n+gan。
21、可选的,在器件的第一区域、中间区域和第二区域沉积氮化硅介质层,氮化硅介质层至少覆盖二氧化硅层的两侧。
22、可选的,将器件的第一区域、中间区域和第二区域进行抛光,包括:
23、使用化学机械抛光的方式将器件的第一区域、中间区域和第二区域进行抛光。
24、可选的,利用栅电极作为掩膜,刻蚀器件的第一区域的氮化硅介质层和第二区域的氮化硅介质层,包括:
25、使用f基等离子体刻蚀器件的第一区域的氮化硅介质层和第二区域的氮化硅介质层。
26、本发明的有益效果:
27、1、用缓冲氧化物刻蚀液湿法腐蚀对氮化硅和二氧化硅层的选择比不同,缩小二氧化硅横向宽度后形成t型结构,使得在生长n+gan的过程中,氮化硅层遮蔽了栅电极区域,后续随平坦化过程去除氮化硅层,实现n+gan的选区生长,从而克服使用湿法腐蚀去除掩膜表面的多晶gan这一工艺复杂度和难度较大的过程。
28、2、使用栅电极作为掩膜刻蚀氮化硅介质,暴露源漏电极的同时,形成栅电极的支撑层,同时减小寄生电容,避免了光刻刻蚀开孔的步骤,形成的栅电极支撑也有利于成品率的提升。
29、3、兼容分子束外延和有机金属化学气相沉积n+gan的工艺;其中,分子束外延是在超高真空环境下进行的,分子(原子)的平均自由程很大,不易到达t形结构的里侧;有机金属化学气相沉积由于在氮化硅和二氧化硅上是异质外延,也不易在t型结构上附着,因此,采用两种工艺下都可以实现选择性生长n+gan。
30、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
1.一种自对准栅极gan hemt器件的制备方法,其特征在于,包括:
2.根据权利要求1所述的自对准栅极gan hemt器件的制备方法,其特征在于,所述将器件的第一区域和第二区域的所述氮化硅层、所述二氧化硅层、所述势垒层,以及至少部分所述氮化镓层刻蚀掉,分别形成第一再生长区域和第二再生长区域,包括:
3.根据权利要求1所述的自对准栅极gan hemt器件的制备方法,其特征在于,在所述凹槽内、以及器件的第一区域的氮化硅介质层和第二区域的氮化硅介质层上表面制备栅电极之前,还包括:
4.根据权利要求3所述的自对准栅极gan hemt器件的制备方法,其特征在于,所述将所述氮化硅介质层上表面的所述氮化硅薄膜刻蚀掉,以及将所述凹槽底部的所述氮化硅薄膜刻蚀掉,包括:
5.根据权利要求1所述的自对准栅极gan hemt器件的制备方法,其特征在于,所述刻蚀液为缓冲氧化物刻蚀液。
6.根据权利要求1所述的自对准栅极gan hemt器件的制备方法,其特征在于,所述在器件的第一区域、中间区域和第二区域生长n+gan,包括:
7.根据权利要求1所述的自对准栅极gan hemt器件的制备方法,其特征在于,所述在器件的第一区域、中间区域和第二区域沉积氮化硅介质层,所述氮化硅介质层至少覆盖所述二氧化硅层的两侧。
8.根据权利要求1所述的自对准栅极gan hemt器件的制备方法,其特征在于,所述将器件的第一区域、中间区域和第二区域进行抛光,包括:
9.根据权利要求1所述的自对准栅极gan hemt器件的制备方法,其特征在于,所述利用所述栅电极作为掩膜,刻蚀器件的第一区域的氮化硅介质层和第二区域的氮化硅介质层,包括: