GaN HEMT射频器件及其栅极自对准制备方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及半导体射频器件技术领域，具体涉及一种GaN HEMT (氮化镓高电子迀移率晶体管)射频器件及其栅极自对准制备方法。
【背景技术】
[0002]随着信息技术的发展，无线通信对射频微波晶体管性能的要求越来越高，传统的GaAs (砷化镓)射频器件因材料本身带宽较窄已逐渐难以满足部分高频大功率应用的要求。GaN(氮化镓)作为第三代半导体材料的代表，是当代半导体科学技术的研究前沿，其电子器件具有击穿场强大、截止频率高、功率密度大、热导率高等优点，是未来高频大功率及微波通讯领域的首选。目前GaN高频器件主要是指GaN HEMT，要保证GaN HEMT的高频性能，需要减小器件尺寸、降低欧姆接触电阻同时优化材料结构。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是目前GaN HEMT射频器件存在高频性能不佳的问题，提供一种GaN HEMT射频器件及其栅极自对准制备方法。
[0004]为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0005]—种GaN HEMT射频器件的栅极自对准制备方法，包括如下步骤:
[0006]步骤1，准备基础材料；该基础材料从下到上依次为SiC衬底层、AlGaN背势皇层、GaN沟道层、A1N插入层和InAIN势皇层；
[0007]步骤2，有源区台面隔离；对基础材料进行接触式光刻，再采用感应耦合等离子体进行刻蚀实现基础材料的有源区台面隔离；
[0008]步骤3，临时栅脚制作；电子束直写光刻后，采用等离子体增强化学气相沉积法生长非晶硅充当临时栅脚；
[0009]步骤4，栅脚边墙制作；采用等离子体增强化学气相沉积法在临时栅脚的表面生长一层SiNx，之后采用反应离子刻蚀，通过控制刻蚀时间去除临时栅脚顶部及源漏区域的SiNx，仅留下临时栅脚两侧的墙部分；
[0010]步骤5，二次外延区域刻蚀；以临时栅脚及两侧的SiNx边墙为掩膜，对源漏二次外延区域进行感应耦合等离子体刻蚀；
[0011]步骤6，n+GaN 二次外延；采用金属有机物化学气相沉积法在刻蚀出的源漏二次外延区域二次外延生长GaN，并剥离SiNx边墙；
[0012]步骤7，源漏极欧姆接触制作；接触式光刻后，采用电子束蒸发制作源漏金属电极；
[0013]步骤8，表面平坦化；表面淀积Si02后旋涂光刻胶，采用干法刻蚀，通过调整刻蚀气体浓度保证气体对光刻胶及临时栅极的刻蚀速度相同，实现表面平坦化；
[0014]步骤9，临时栅脚保形移除；采用湿法腐蚀去掉临时栅脚；
[0015]步骤10，T形栅制作；采用接触式光刻在临时栅脚上方制作栅帽轮廓，并通过电子束蒸发得到τ形的栅极金属，该栅极金属与InAIN势皇层形成肖特基接触。
[0016]上述步骤7中，欧姆接触金属自上而下依次为T1、Al、Ni和Au ;步骤10中，栅极金属自上而下依次为Pt和Au。
[0017]上述步骤2中，感应耦合等离子体刻蚀采用Cl2:CH4:He:Ar混合气体；步骤4中，反应离子刻蚀采用SF6:CHF 3:He混合气体；步骤5中，感应耦合等离子体刻蚀采用Cl 2:BC13混合气体；步骤8中，采用CF4:02，CFjg合气体来刻蚀Si02，采用02用来刻蚀光刻胶。
[0018]上述步骤9中，采用Κ0Η溶液腐蚀临时栅脚。
[0019]上述步骤3中，临时栅脚生长的温度采用75°C的低温。
[0020]上述步骤6中，金属有机物化学气相沉积法生长GaN的具体过程是将三甲基镓TMGa和见13分别作为Ga源和N源，同时引入反应室，Η 2为载气，反应温度800_1000°C。
[0021]基于上述方法制备的GaN HEMT射频器件，包括SiC衬底层、AlGaN背势皇层、GaN沟道层、A1N插入层、InAIN势皇层、n+GaN外延层、Si02绝缘层、源漏极和栅极组成。AlGaN背势皇层叠置于SiC衬底层的上方；GaN沟道层、A1N插入层和InAIN势皇层自下而上依次叠置于AlGaN背势皇层的上方，并同时位于有源区中部；n+GaN外延层叠置于AlGaN背势皇层的上方，并位于有源区边缘欧姆接触的部分；源漏极位于n+GaN外延层的上方；Si02绝缘层覆于源漏极、n+GaN外延层和InAIN势皇层的上方；栅极呈T字形，栅极的横向部横置于Si02绝缘层的上部，栅极的纵向部贯穿S1 2绝缘层，且下端与InAIN势皇层相接触。
[0022]与现有技术相比，本发明具有如下特点:
[0023]1.采用栅极自对准工艺，可以实现很小的栅源、栅漏间距，极大提高器件频率性會泛。
[0024]2.通过利用样品上已有图形对后续工艺进行尺度控制，仅通过一次电子束光刻即可得到多个纳米尺度的图形，极大节约了工艺成本。
[0025]3.精确度远远高于普通套刻工艺。
【附图说明】
[0026]图1是步骤(1)中的基础材料结构不意图；
[0027]图2是经过步骤(3)后的GaN HEMT射频器件的结构示意图；
[0028]图3是经过步骤(4)后的GaN HEMT射频器件的结构示意图；
[0029]图4是经过步骤(5)后的GaN HEMT射频器件的结构示意图；
[0030]图5是经过步骤(6)后的GaN HEMT射频器件的结构示意图；
[0031]图6是经过步骤(7)后的GaN HEMT射频器件的结构示意图；
[0032]图7是经过步骤(8)中的GaN HEMT射频器件的结构示意图；
[0033]图8是经过步骤(8)后的GaN HEMT射频器件的结构示意图；
[0034]图9是经过步骤(9)后的GaN HEMT射频器件的结构示意图；
[0035]图10是经过步骤(10)后的GaN HEMT射频器件的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]—种GaN HEMT射频器件的栅极自对准制备方法，包括如下步骤:
[0037]步骤(1)材料结构为从下到上包括半绝缘SiC衬底、AlGaN背势皇层、GaN沟道层、A1N插入层、InAIN势皇层，如图1所示。在本实施例中，GaN沟道层厚度为20nm，A1N插入层厚度为lnm，InAIN势皇层厚度为3nm。
[0038]步骤⑵有源区台面隔离:接触式光刻后采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀实现有源区台面隔离。在本实施例中，ICP刻蚀采用Cl2:CH4:He:Ar等离子体。
[0039]步骤(3)临时栅脚制作:电子束直写光刻后等离子体增强化学气相沉积(PECVD)低温生长非晶硅充当临时栅脚，如图2所示。在本实施例中，Si栅脚生长温度采用75°C的低温。
[0040]步骤⑷栅脚边墙制作:PECVD在表面生长一层SiNx后采用反应离子刻蚀(RIE)，通过控制刻蚀时间去除栅脚顶部及源漏区域的SiNx，仅留下临时栅脚两侧的边墙部分作为下一步刻蚀的掩膜，如图3所示。在本实施例中，RIE刻蚀气体采用SF6:CHF3:He。
[0041]步骤(5) 二次外延区域刻蚀:以(4)中的栅脚及两侧的边墙为掩膜，对源漏二次外延区域进行ICP刻蚀，如图4所示。在本实施例中，ICP刻蚀气体采用C12:BC1 3o
[0042]步骤(6)n+GaN(高浓度掺杂GaN) 二次外延:M0CVD在源漏区域二次外延高掺杂GaN，剥离边墙，如图5所示。在本实施例中，M0CVD生长GaN，三甲基镓TMGa和順3分别作为Ga源和N源，同时引入反应室，H2为载气，反应温度800-1000°C。
[0043]步骤(7)源漏极欧姆接触制作:接触式光刻后采用电子束蒸发制作源漏金属电极，如图6所示。在本实施例中，欧姆接触金属使用Ti/Al/Ni/Au结构。
[0044]步骤(8)表面平坦化:在样品表面淀积Si02后旋涂光刻胶，干法刻蚀并调整刻蚀气体浓度保证气体对光刻胶及非晶Si栅极的刻蚀速度相同，实现表面平坦化，如图7和8所示。在本实施例中，刻蚀气体采用CF4:02，0?4用来刻蚀Si02，02用来刻蚀光刻胶。
[0045]步骤(9)临时栅脚保形移除:湿法腐蚀去掉Si临时栅脚，如图9所示。在本实施例中，采用Κ0Η溶液腐蚀临时Si栅脚。
[0046]步骤(10) T形栅制作:接触式光刻在栅脚上方制作栅帽轮廓，电子束蒸发得到T形栅金属，与势皇层形成肖特基接触，如图10所示。在本实施例中，栅极金属使用Pt/Au结构。