一種基于自對準工藝的GaNHEMT器件及其制造方法與流程

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種基于自對準工藝的ganhemt器件及其制造方法。

背景技術：

gan作為第三代寬禁帶半導體材料的典型代表之一，與傳統的半導體材料si、gaas相比，具有禁帶寬度寬、擊穿電場大、電子飽和漂移速度高、介電常數小以及良好的化學穩定性等特點。特別是基于gan材料的algan/gan異質結高電子遷移率晶體管(hemt)結構具有更高的電子遷移率(高于1800cm²v^-1s^-1)和二維電子氣(2deg)面密度(約10¹³cm^-2)，使得基于gan材料器件在射頻領域和電力電子領域都具有非常明顯的優勢。

柵長是ganhemt器件的一個關鍵參數，其直接關系到射頻器件的截止頻率和開關器件的開關速率、導通損耗。而在亞微米以下的柵長結構往往需要借助先進的光刻設備，甚至是電子束設備進行制備，這不僅增加了設備投入、器件制作的成本，同時也降低了制作效率。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于自對準工藝的ganhemt器件，該器件具有線寬更窄的柵凹槽。本發明的另一目的在于提供一種基于自對準工藝的ganhemt器件的制造方法，其利用各項同性的介質淀積和各項異性的刻蝕方法，形成在光刻基礎上形成的柵長更短的柵，實現亞微米以下尺寸的柵，突破光刻設備的關鍵尺寸限制，并且工藝簡單可控。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于自對準工藝的ganhemt器件，所述ganhemt器件的柵凹槽側壁上保留有第二介質層。

進一步，所述第二介質層為sio2層。

一種基于自對準工藝的ganhemt器件的制造方法，所述方法包括如下步驟：

1)在襯底材料上依次生長aln成核層、gan緩沖層、gan溝道層和algan勢壘層；

2)將步驟1)制備的產品進行清洗，然后通過光刻、剝離的方法在源、漏淀積歐姆接觸金屬，并進行快速熱退火形成歐姆接觸；

3)在表面淀積鈍化介質層，在所述鈍化介質層上，利用光刻、刻蝕方法形成微米級的柵凹槽；然后通過原子層淀積方法各項同性的淀積第二介質層，再用感應耦合等離子體方法各項異性的刻蝕，刻蝕掉柵凹槽底部和臺面上的第二介質層，保留凹槽側壁的第二介質層；

4)用光刻、蒸發、剝離工藝制作柵金屬；

5)柵金屬完成后淀積第三介質層進行鈍化保護，然后再進行一次刻孔，并淀積金屬做上源場板；

6)最后再進行第四介質層淀積，二次刻孔，并在源、漏、柵電極壓塊金屬加厚，并形成介質橋的互連。

進一步，步驟1)中所述aln成核層的厚度為20-100nm；gan緩沖層的厚度為1-4μm；gan溝道層的厚度為50-500nm；algan勢壘層的厚度為10-50nm。

進一步，步驟4)中在柵金屬淀積前，用等離子體處理修復步驟3)制備的產品表面的n缺陷。

進一步，所述第三介質層為sio2，所述第四介質層可以為sio2或sin。

本發明具有以下有益技術效果：

在柵金屬工藝中，在鈍化介質上刻蝕一定寬度的凹槽直到algan勢壘層表面，在凹槽中淀積金屬作為柵金屬。凹槽的寬度即為器件的柵長。一般情況下，往往由于設備的限制和器件設計對柵長的要求，直接用光刻、刻蝕的方法無法達到要求的柵長。本方法通過在第一次刻蝕出的凹槽基礎上，再用一次或多次的各項同性介質淀積和各項異性刻蝕的方法，形成寬度達到要求的凹槽，淀積金屬后即形成細柵長的柵金屬。

在鈍化介質上，先利用一般的光刻、刻蝕方法形成微米級的柵凹槽。然后通過原子層淀積(ald)方法各項同性的淀積第二介質層，再用感應耦合等離子體(icp)方法各項異性的刻蝕，刻蝕掉凹槽底部和臺面上的第二介質層，保留凹槽側壁的第二介質。如此，即得到了線寬更窄的柵凹槽。最終的凹槽寬度為第一次凹槽寬度減去2倍第二介質層厚度。對深寬比比較小的柵凹槽，用一次生長刻蝕即可得到所需的線寬更小的柵凹槽。而對于深寬比比較大的柵凹槽，可以用多次的生長、刻蝕，再生長、刻蝕的方法得到最終需要線寬的柵凹槽。

附圖說明

圖1為本發明ganhemt器件材料結構示意圖；

圖2為本發明ganhemt器件制備過程中完成源、漏歐姆接觸后的器件結構示意圖；

圖3為本發明ganhemt器件制備過程中完成柵凹槽后的器件結構示意圖；

圖4為本發明ganhemt器件制備過程中完成柵金屬后的器件結構示意圖；

圖5為本發明ganhemt器件制備過程中完成源場板后的器件結構示意圖。

具體實施方式

下面，參考附圖，對本發明進行更全面的說明，附圖中示出了本發明的示例性實施例。然而，本發明可以體現為多種不同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本發明全面和完整，并將本發明的范圍完全地傳達給本領域的普通技術人員。

本發明提供了一種基于自對準工藝的ganhemt器件的柵凹槽側壁上保留有第二介質層；該第二介質層為sio2層。

此外，本發明還提供了一種基于自對準工藝的ganhemt器件的制造方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1：如圖1所示，在襯底材料1上依次生長aln成核層2、gan緩沖層3、gan溝道層4和algan勢壘層5；aln成核層2的厚度為20-100nm；gan緩沖層3的厚度為1-4μm；gan溝道層4的厚度為50-500nm；algan勢壘層5的厚度為10-50nm。

如圖2至圖5為器件制作過程中原胞的截面圖。

步驟2：如圖2所示，將步驟1)制備的產品進行清洗，然后通過光刻、剝離的方法在源、漏淀積歐姆接觸金屬，并進行快速熱退火形成歐姆接觸6；

步驟3：如圖3所示，在表面淀積鈍化介質層7，在鈍化介質層7上，利用光刻、刻蝕方法形成微米級的柵凹槽8；然后通過原子層淀積方法各項同性的淀積第二介質層，再用感應耦合等離子體方法各項異性的刻蝕，刻蝕掉柵凹槽底部和臺面上的第二介質層，保留凹槽側壁的第二介質層9；如此，即得到了線寬更窄的柵凹槽。對深寬比比較小的柵凹槽，用一次生長刻蝕即可得到所需的線寬更小的柵凹槽。最終的凹槽寬度為第一次凹槽寬度減去2倍第二介質層厚度。而對于深寬比比較大的柵凹槽，可以用多次的生長、刻蝕，再生長、刻蝕的方法得到最終需要的線寬。

步驟4：如圖4所示，用光刻、蒸發、剝離工藝制作柵金屬10；

步驟5：如圖5所示，柵金屬10完成后淀積第三介質層進行鈍化保護，然后再進行一次刻孔，并淀積金屬做上源場板11；

6)最后再進行第四介質層淀積，二次刻孔，并在源、漏、柵電極壓塊金屬加厚，并形成介質橋的互連。

第二介質層可以是一種或多種介質，第二介質層可以是與第一介質層相同的介質，也可以是不同的介質。優選的，第一介質選擇與gan接觸性能比較好，具有較小界面態的介質，如可以是sin等，第二介質選擇比較致密、擊穿場強高，同時介電常數更小的介質，如sio2等，即可以減少柵電容，也可以增加介質勢壘。

對于無場板結構的柵，柵凹槽完成后，淀積柵金屬，確保柵金屬均勻的填充凹槽。再用cmp的方法得到平整的柵金屬。對于有場板結構的柵，柵金屬也可以用光刻剝離的方法形成。最后得到柵長在亞微米以下的細柵結構，并且柵金屬側壁的第二介質層，即可以減少柵電容，同時由于更高的禁帶寬度和擊穿場強可以減少柵金屬與介質間電子的隧穿，增加柵的可靠性。

本發明的ganhemt器件，可以是基于sic、si、藍寶石和gan等各種襯底上，并發明的方法和結構并不受限于襯底。第三介質層為sio2，所述第四介質層可以為sio2或sin。

上面所述只是為了說明本發明，應該理解為本發明并不局限于以上實施例，符合本發明思想的各種變通形式均在本發明的保護范圍之內。