非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法及功率器件与流程

本发明属于微波功率器件技术领域，更具体地说，是涉及一种非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法及功率器件。

背景技术：

由于表面沟道器件在高速、高限域性等方面具有较大优势，在高频领域备受关注。目前常用的表面沟道材料包括氢等离子体处理金刚石形成的p型表面沟道，以及石墨烯、bn、黑磷、二维gan等二维材料。表面沟道器件特性受表面态影响大，近些年开发的自对准工艺，有效解决了上述问题。但是自对准工艺仅能实现栅源和栅漏等间距器件结构，为了兼顾饱和电流，击穿电压普遍较低，因此自对准工艺难以兼顾击穿电压和饱和电流。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法，旨在解决现有技术中存在的击穿电压低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

在表面沟道外延层上淀积金属掩膜层；

在金属掩膜层上制备第一光刻胶层；

曝光、显影，形成源区域图形和漏区域图形；

湿法腐蚀去除所述源区域图形和所述漏区域图形部位的第一光刻胶层；

在所述源区域图形和所述漏区域图形部位淀积源金属层和漏金属层；

在所述金属掩膜层、所述源金属层和所述漏金属层上涂覆第二光刻胶层和第三光刻胶层；

在所述源金属层和所述漏金属层之间光刻至少一个栅腐蚀窗口图形和至少一个场板金属窗口图形，并腐蚀对应部位的金属掩膜层；

所述栅腐蚀窗口图形处对应淀积栅金属层，所述场板金属窗口图形处对应淀积场板金属层，所述栅金属层和所述场板金属层不相连；

其中，所述栅金属层的两侧与对应侧未腐蚀的金属掩膜层的间距不等，所述栅金属层与偏向所述源金属层一侧未腐蚀金属掩膜层的间距为有效栅源间距，所述栅金属层与偏向漏金属层一侧未腐蚀金属掩膜层的间距为有效栅漏间距，有效栅源间距小于有效栅漏间距的器件。

进一步地，在所述栅腐蚀窗口图形处淀积栅金属层，所述场板金属窗口图形处淀积场板金属之前：

所述表面沟道外延层上淀积栅下介质层，所述栅金属层和所述场板金属分别淀积在所述栅下介质层上。

进一步地，所述栅下介质层为单层介质；

或者，所述栅下介质层为多层介质。

进一步地，当所述栅腐蚀窗口图形的数量为两个或两个以上时，所述栅腐蚀窗口图形的结构相同；

或者，至少一个所述栅腐蚀窗口图形的结构与其他的所述栅腐蚀窗口图形的结构不同；

或者，各所述栅腐蚀窗口图形的结构均不相同。

进一步地，当所述栅金属层的数量为两个或两个以上时，所述栅金属层的结构为直栅、t型栅、tt型栅、ttt型栅、u型栅和y型栅中的一种或多种栅组合。

进一步地，所述场板金属窗口图形的数量为两个或两个以上时，所述场板金属窗口图形的结构相同；

或者，至少一个所述场板金属窗口图形的结构与其他的所述场板金属窗口图形的结构不同；

或者，各所述场板金属窗口图形的结构均不相同。

进一步地，所述场板金属层不加电压；

或者，外加单独电压。

进一步地，所述金属掩膜层与所述源金属层和所述漏金属层的金属类型相同；

或者，所述金属掩膜层与所述源金属层和所述漏金属层的金属类型不同。

进一步地，所述金属掩膜层、所述源金属层、所述漏金属层、所述栅金属层和所述场板金属层均为单层金属；

或者，均为多层金属；

或者，至少包括一个单层金属和一个多层金属。

本发明另一目的在于提供一种非对称表面沟道场效应晶体管，利用所述的方法制备。

本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，有效栅源间距与有效栅漏间距不相等，其中有效栅源间距小于有效栅漏间距的器件，可以兼顾饱和电流，有效提高击穿电压和工作电压，提高器件的功率密度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的制备金属掩膜层的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的制备第一光刻胶层的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的制备源漏金属层的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的制备光刻胶层的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的光刻图形的结构示意图；

图6为本发明实施例制备的非对称表面沟道场效应晶体管的结构示意图；

图7为本发明实施例制备的非对称表面沟道场效应晶体管的俯视图。

其中，图中标记：

1-表面沟道外延层；2-金属掩膜层；3-源金属层；4-第二光刻胶层；5-栅下介质层；6-栅金属层；7-场板金属层；8-漏金属层；9-第三光刻胶层；10-栅腐蚀窗口图形；11-场板金属窗口图形；12-第一光刻胶层。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1至图5，现对本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法进行说明。所述非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

在表面沟道外延层1上淀积金属掩膜层2，参见图1；

在金属掩膜层2上制备第一光刻胶层12，参见图2；

曝光、显影，形成源区域图形和漏区域图形，参见图2；

湿法腐蚀去除所述源区域图形和所述漏区域图形部位的第一光刻胶层12，参见图2；

在所述源区域图形和所述漏区域图形部位淀积源金属层3和漏金属层8，参见图3；

在所述金属掩膜层2、所述源金属层3和所述漏金属层8上涂覆第二光刻胶层4和第三光刻胶层9，参见图4；

在所述源金属层3和所述漏金属层8之间光刻至少一个栅腐蚀窗口图形10和至少一个场板金属窗口图形11，并腐蚀对应部位的金属掩膜层2，参见图5；

所述栅腐蚀窗口图形10处对应淀积栅金属层6，所述场板金属窗口图形11处对应淀积场板金属层7，所述栅金属层6和所述场板金属层7不相连，参见图6；

其中，所述栅金属层6的两侧与对应侧未腐蚀的金属掩膜层2的间距不等，所述栅金属层6与偏向所述源金属层3一侧未腐蚀金属掩膜层2的间距为有效栅源间距，所述栅金属层6与偏向漏金属层8一侧未腐蚀金属掩膜层2的间距为有效栅漏间距，即有效栅源间距与有效栅漏间距不相等，有效栅源间距小于有效栅漏间距的器件，参见图6。

本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法，与现有技术相比，有效栅源间距与有效栅漏间距不相等，其中有效栅源间距小于有效栅漏间距的器件，兼顾饱和电流，有效提高击穿电压和工作电压，提高器件的功率密度。

其中，台面隔离工艺可以在上述的任一步骤之后进行，作用是将本发明制备的器件与其他的部分分隔。

请参阅图6，作为本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的一种具体实施方式，在所述栅腐蚀窗口图形10处淀积栅金属层6，所述场板金属窗口图形11处淀积场板金属之前：所述表面沟道外延层1上淀积栅下介质层5，所述栅金属层6和所述场板金属分别淀积在所述栅下介质层5上。也即，栅金属层6和场板金属层7下方可以设有栅下介质层5，参见图6，也可以是栅金属层6和场板金属层7直接制备在表面沟道外延层1上。

请参阅图6，作为本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的一种具体实施方式，所述栅下介质层5为单层介质；或者，所述栅下介质层5为多层介质。

参阅图5，作为本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的一种具体实施方式，当所述栅腐蚀窗口图形10的数量为两个或两个以上时，所述栅腐蚀窗口图形10的结构相同；或者，至少一个所述栅腐蚀窗口图形10的结构与其他的所述栅腐蚀窗口图形10的结构不同；或者，各所述栅腐蚀窗口图形10的结构均不相同。其中，图5给出的是一个栅腐蚀窗口图形10，也可以同时光刻两个、三个等，这些图形的结构、尺寸可以完全相同也可以不完全相同，根据实际需要而定。

作为本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的一种具体实施方式，当所述栅金属层6的数量为两个或两个以上时，所述栅金属层6的结构为直栅、t型栅、tt型栅、ttt型栅、u型栅和y型栅中的一种或多种栅组合。本实施例图中的栅金属层6为t型栅，参见图6，t型栅有助于兼顾栅寄生电容和栅电阻特性，提高器件频率特性，栅金属层6的结构和数量根据光刻的栅腐蚀窗口图形10的结构和数量而定。

请参阅图5，作为本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的一种具体实施方式，所述场板金属窗口图形11的数量为两个或两个以上时，所述场板金属窗口图形11的结构相同；或者，至少一个所述场板金属窗口图形11的结构与其他的所述场板金属窗口图形11的结构不同；或者，各所述场板金属窗口图形11的结构均不相同。图5中示出的是一个场板金属窗口图形11，根据实际需要，可以光刻两个、三个、四个等，这些图形的结构可以完全相同，也可以不完全相同，图6中给出的场板金属层7的结构为t型结构。

其中，作为本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的一种具体实施方式，所述场板金属层7不加电压；或者，外加单独电压。场板金属层7的作用是利于形成非对称结构，另外，可以形成场板结构。

请参阅图3，作为本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的一种具体实施方式，所述金属掩膜层2与所述源金属层3和所述漏金属层8的金属类型相同；或者，所述金属掩膜层2与所述源金属层3和所述漏金属层8的金属类型不同。其中，金属掩膜层2、所述源金属层3和所述漏金属层8的金属均为现有半导体器件制备常规使用的金属。

请参阅图6，作为本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的一种具体实施方式，所述金属掩膜层2、所述源金属层3、所述漏金属层8、所述栅金属层6和所述场板金属层7均为单层金属；或者，均为多层金属；或者，至少包括一个单层金属和一个多层金属。

作为本发明提供的非对称表面沟道场效应晶体管的制备方法的一种具体实施方式，所述表面沟道外延层1为金刚石p型表面沟道，或者为石墨烯、bn、黑磷、gan等二维材料，所用衬底为金刚石、sic、gan、蓝宝石、si、au、石英、sio2、sin、铜等材料，或者为多种材料组合的复合衬底。

其中，本实施例采用两层光刻胶层，通过曝光显影形成栅腐蚀窗口图形10和场板金属窗口图形11，可以是一次曝光一次显影，也可以是多次曝光多次显影，其中，每一层光刻胶的层数也可以是两层及以上层数。

其中，在栅金属层6和场板金属层7之后，制备钝化层，对器件进行保护，钝化层为单层或者多层介质。

请参阅图6至图7，本发明还提供一种功率器件，利用所述的方法制备。其中，图7中，s代表源金属层3，d代表栅金属层6，g代表漏金属层8。利用上述方法制备的晶体管，栅偏向源，而不是在源漏中间，也即源金属层3和漏金属层8相对于栅金属层6为非对称分布，并在源栅之间或栅漏之间增加场板金属窗口，栅偏向源器件能够兼顾饱和电流，有效提高击穿电压和工作电压，提高器件的功率密度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。