专利名称：：绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管的制作方法
技术领域：
：本发明属于微电子
技术领域：
，涉及半导体器件，特别是基于III-V族化合物半导体材料异质结结构的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，可作为微波、毫米波通讯系统以及雷达系统的基本器件。
背景技术：
：业内周知，由m族元素和v族元素所组成的半导体材料，即ni-v族化合物半导体材料，如氮化镓(GaN)基、砷化镓(GaAs)基、磷化铟(InP)基等半导体材料，它们的禁带宽度往往差异较大，因此人们通常利用这些m-v族化合物半导体材料形成各种异质结结构。由于在异质结中异质结界面两侧的in-v族化合物半导体材料的禁带宽度存在较大的差异，使得这些异质结结构具有一个共同特点在异质结界面附近产生一个量子势井。对于由III-V族化合物半导体材料所组成的异质结，人们通过对材料进行掺杂，或者利用材料的极化效应等特性，可以在量子势井中产生高浓度的二维电子气，这种二维电子气由大量的电荷载流子构成。另外由于这种二维电子气被束缚在量子势井中，实现了载流子与电离杂质在空间上的分离，减少了电离杂质对载流子的库仑力作用，消除了电离散射中心的影响，从而大大提高了载流子的迁移率。这种高浓度二维电子气和高载流子迁移率，使得ni-v族化合物半导体材料异质结具有良好的电特性。基于m-v族化合物半导体材料异质结制作而成的异质结场效应晶体管，继承了m-v族化合物半导体材料异质结的优点，如高载流子浓度、高载流子迁移率、高工作频率、大功率及耐高温等特性，可以广泛应用于微波、毫米波通讯系统和雷达系统等领域，因此该类器件自从诞生之日起便成为众多研究者研究的热点。1980年，TakashiMimura等人报道成功研制出了第一只AlGaAs/GaAs异质结场效应晶体管，参见Anewfield-effecttransistorwithselectivelydopedGaAs/n-AlxGa"xAsheterostructures,JapaneseJournalofAppliedPhysics,Vol.19,No.5,pp.L225-L227,May1980。1993年，Khan等人报道成功研制出了第一只AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管，也是一种异质结场效应晶体管，参见HighelectronmobilitytransistorbasedonaGaN-AlxGa,—xNheterojunction,AppliedPhysicsLetters,Vol.63，No.9，pp.1214-1215,August1993。随着对器件研究的深入，人们对基于m-v族化合物半导体材料异质结的异质结场效应晶体管的研究不断取得新的突破。然而，异质结场效应晶体管工作时势垒层耗尽区中的电场线的分布并不均匀，栅极靠近漏极一侧的边缘往往收集大部分的电场线，因此该处的电场相当高。此处的高电场会使得栅极泄漏电流增大，容易导致器件发生雪崩击穿，使其实际击穿电压偏小，从而导致该类器件的高击穿电压和大功率等优势不能充分发挥。另外，器件的栅极泄露电流增大会导致其可靠性变差。为了提高异质结场效应晶体管的击穿电压，充分发挥其输出功率高的优势，有研究者采用场板结构对其进行了改进，其结构如图l所示。该结构的基本原理是利用场板增加了耗尽区的面积，提高了耗尽区可以承担的漏源电压，从而增大了器件的击穿电压；同时，利用场板对势垒层耗尽区中电场线的分布进行调制，减小了栅极泄露电流。在异质结场效应晶体管中采用场板结构后，会在场板下方形成新的耗尽区，即高阻区，增加了栅极与漏极之间势垒层中耗尽区的面积，使得耗尽区可以承担更大的漏源电压，从而增大了器件的击穿电压。在异质结场效应晶体管中采用场板结构，可以将部分原本收集在栅极靠近漏极一侧的边缘的电场线收集到场板上，尤其是场板靠近漏极一侧的边缘，结果在栅极靠近漏极一侧的边缘和场板靠近漏极一侧的边缘分别出现一个电场峰值，从而减少了栅极靠近漏极一侧的边缘所收集的电场线，降低了该处的电场，减小了栅极泄露电流。1998年，K.Asano等人报道了采用栅场板的异质结场效应晶体管，获得了较高的器件击穿电压和较好的功率性能，参见NovelhighpowerAlGaAs-GaAsHFETw池afield-modulatingplateoperatedat35Vdrainvoltage,InternationalElectronDevicesMeetingTechnicalDigest,pp.59-62,December1998。而为了进一步减小采用栅场板结构的异质结场效应晶体管的栅极泄漏电流，提高器件栅极的偏置，增加器件的饱和输出电流，同时获得稳定的高输出功率，一些研究者提出采用绝缘栅型的栅场板结构。2005年，V.Adivarahan等人报道了采用栅场板的GaN-AlGaNMOS异质结场效应晶体管，也是一种绝缘栅型栅场板异质结场效应晶体管，进一步减小了栅极泄漏电流，获得了相当高的稳定输出功率，参见StableCWOperationofField-PlatedGaN-AlGaNMOSHFETsat19W/mm,IEEEElectronDeviceLetters,Vol.26,No.8,pp.535-537,August2005。然而，由于栅场板异质结场效应晶体管中的栅场板与二维电子气沟道之间会产生附加电容，该电容会叠加进器件的栅漏及馈电容中，使得栅漏反馈电容增大，导致器件的功率特性和频率特性衰减，周时造成器件的不稳定性大大增加，器件采用场板的优势并没有充分体现，因此一些研究者提出了采用源场板结构的异质结场效应晶体管。2004年，Y.-F.Wu等人报道了采用源场板的高电子迁移率晶体管，也是一种源场板异质结场效应晶体管，通过输出调谐网络消除了场板所引入的附加电容，在较高的频率下获得了很高的功率增益、输出功率禾B功率附力B效率，参见High-gainmicrowaveGaNHEMTswithsource-terminatedfield-plates,IEEEInternationalElectronDevicesMeetingTechnicalDigest,pp.1078-1079，December2004。由于单层场板提高异质结场效应晶体管的击穿电压的能力非常有限，因此为了进一步提高器件的击穿电压和功率特性，同时兼顾器件的频率特性，一些研究者在异质结场效应晶体管中采用了各种复杂的场板结构，而堆层场板结构的是目前最常用和最有效的一种结构，这种结构通过增加堆层场板的个数可以持续地增加器件的击穿电压。2005年，YujiArido等人报道了采用栅场板和源场板的高电子迁移率晶体管，也是一种异质结场效应晶体管，有效地减小了器件的栅漏反馈电容，获得了非常高的击穿电压、输出功率及线性增益，参见NovelAlGaN/GaNdual-field-plateFETwkhhighgain，increasedlinearityandstability,IEEEInternationalElectronDevicesMeetingTechnicalDigest,pp.576-579,December2005。但是采用堆层场板结构的异质结场效应晶体管的制作工艺比较复杂，每增加一层场板都需要多加光刻、淀积金属、淀积绝缘介质材料、剥离、清洗等工艺步骤，而且要使各层场板下面所淀积的绝缘介质材料具有合适的厚度，必须进行繁琐的工艺调试，因此大大增加了器件制造的难度，降低了器件的成品率。
发明内容本发明的目的在于克服上述己有技术的不足，提供一种制造工艺简单、可靠性好和击穿龟压高的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，以实现高输出功率和高成品率。为实现上述目的，本发明提供的器件结构采用任何m-v族化合物半导体材料异质结结构，该结构自下而上包括衬底、过渡层、势垒层、源极、漏极、绝缘介质层、绝缘栅极、钝化层、源场板和保护层，该源场板位于钝化层上，且与源极电气连接，其中，在自源场板到漏极方向的钝化层上淀积有n个浮空场板，nd，与源场板共同形成加长的复合源场板结构。所述的每个浮空场板大小相同，相互独立，且与源场板的厚度一样。所述的相邻两浮空场板之间的间距按照浮空场板排列自源场板到漏极方向的个数依次递增，是以源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离为起始点，该距离为0.05~3^im。为实现上述目的，本发明提供的制作绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管的方法，包括如下过程选择蓝宝石或碳化硅或硅或其它外延衬底材料作为衬底，在衬底上外延III-V族化合物半导体材料的过渡层作为器件的工作区；在过渡层上淀积m-v族化合物半导体材料的势垒层；在势垒层上制作掩膜，并在势垒层上的两端淀积金属，再在N2气氛中进行快速热退火，分别制作源极和漏极；分别在源极和漏极的上部及势垒层上的其它区域淀积绝缘介质层；在绝缘介质层上制作掩膜，并在源极和漏极之间的绝缘介质层上淀积金属，制作绝缘栅极；分别在绝缘栅极的上部及绝缘介质层上的其它区域淀积钝化层；在钝化层上制作掩膜，利用该掩膜在源极与漏极之间的钝化层上淀积金属，以制作厚度均为(U59iam的源场板及n个浮空场板，r^l,并将源场板与源极电气连接；淀积保护层，即用绝缘介质材料分别覆盖源场板及各浮空场板的外围区域。本发明器件与采用传统源场板的异质结场效应晶体管比较具有以下优点1.本发明由于采用浮空场板结构，使器件在处于工作状态尤其是处于关态的工作状态时，在源场板与其最邻近的浮空场板之间，以及在各个浮空场板彼此之间都存在电容耦合作用，于是电势从源场板到最靠近漏极一侧的浮空场板逐渐升高，从而大大增加了绝缘栅极与漏极之间势垒层中的耗尽区，即高阻区的面积，使得此耗尽区能够承担更大的漏源电压，从而大大提高了器件的击穿电压。2.本发明由于采用浮空场板结构，使器件势垒层耗尽区中电场线的分布得到了更强的调制，器件中绝缘栅极靠近漏极一侧的边缘、源场板与其最邻近的浮空场板之间、各个浮空场板彼此之间以及最靠近漏极的浮空场板的靠近漏极一侧的边缘都会产生一个电场峰值，而且通过调整源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离以及各个浮空场板彼此之间的距离，可以使得上述各个电场峰值相等且小于m-v族化合物半导体材料的击穿电场，从而大大减少了绝缘栅极靠近漏极一侧的边缘所收集的电场线，有效降低了该处的电场，大大减小了栅极泄露电流，显著增强了器件的可靠性。3.本发明由于采用绝缘栅型结构，进一步减小了器件的栅极泄漏电流，有效提高了器件栅极的偏置，增加了器件的饱和输出电流。4.本发明器件结构中由于源场板和各浮空场板位于同一层钝化层上，且只有一层，因此只需要一步工艺便可以同时实现源场板与各浮空场板的制作，避免了传统的堆层场板结构所带来的工艺复杂化问题，大大提高了器件的成品率。仿真结果表明，本发明器件的击穿电压远远大于釆用传统源场板的异质结场效应晶体管的击穿电压。以下结合附图和实施例进一步说明本发明的技术内容和效果。图1是采用传统栅场板的异质结场效应晶体管的结构图；图2是本发明绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管的结构图；图3是本发明绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管的制作流程图；图4是对传统器件及本发明器件仿真所得的势垒层中电场曲线图；图5是对传统器件及本发明器件仿真所得的击穿曲线图。具体实施例方式参照图2，本发明绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管是基于m-v族化合物半导体异质结结构，其结构自下而上为衬底l、过渡层2、势垒层3、绝缘介质层6、钝化层8与保护层ll。其中，势垒层3上的两端分别为源极4和漏极5。绝缘介质层6位于源极4和漏极5的上部及势垒层3上的其它区域，绝缘栅极7位于源极与漏极之间的绝缘介质层6上部。钝化层8位于绝缘栅极7的上部及绝缘介质层6上的其它区域。在钝化层8上制作有源场板9及n个浮空场板10，n21，它们共同形成加长的复合源场板结构。这些浮空场板与源场板位于同一层钝化层上，第一个浮空场板与源场板之间的距离Sl为0.053pm，相邻两浮空场板之间的间距不同，即按照浮空场板个数自源场板到漏极方向逐渐增大，且相邻两浮空场板之间的间距均大于Sl。各浮空场板10的大小相同，沿着平行于源场板宽度的方向放置，不与任何电极或者金属接触，处于相互独立的浮空状态。源场板的有效长度LO为0.212pm,每个浮空场板的长度Ll均为0.212pm。保护层11位于源场板9及各浮空场板10的外围区域。源场板9与源极4电气连接。上述器件的衬底1可以为蓝宝石、碳化硅、硅或其它外延衬底材料；过渡层2由若干层相同或不同的III-V族化合物半导体材料组成，其厚度为15pm;势垒层3由若干层相同或不同的m-V族化合物半导体材料组成，其厚度为1050nm;绝缘介质层6可以为Si02、SiN、A1203、Sc203、Hf02、Ti02或其它绝缘介质材料，其厚度为l-100nm;钝化层8可以为Si02、SiN、A1203、Sc203、Hf02、Ti02或其它绝缘介质材料，其厚度为0,03~0.8nm;保护层11可以为Si02、SiN、A1203、Sc203、Hf02、Ti02或其它绝缘介质材料，其厚度为0.2~9.5pm;源场板9及n个浮空场板10采用两层或三层金属层的组合，其厚度均为0.15~9(im。参照图3，本发明制作绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管的过程如下步骤l，在衬底1上外延过渡层2作为器件的工作区，如图3a。选择一衬底l，该衬底材料可以为蓝宝石、碳化硅、硅或其它外延衬底材料，并在其上外延厚度为l5pm的I11-V族化合物半导体材料过渡层2作为器件的工作区，该过渡层材料由若干层相同或不同的m-V族化合物半导体材料组成，如仅由GaN材料组成，或自下而上由A1N和GaN两层材料组成，或仅由GaAs材料组成。外延过渡层的方法采用金属有机物化学气相淀积技术或分子束外延技术或氢化物气相外延技术或其它可以用于外延过渡层的技术。步骤2，在过渡层2上淀积势垒层3，如图3b。在过渡层2上淀积厚度为1050nm的势垒层3，该势垒层材料由若干层相同或不同的III-V族化合物半导体材料组成，如仅由AlxGaLxN材料组成，或自下而上由AlxGai—xN和GaN两层材料组成，或仅由AlxGai.xAs材料组成，0<X<1，X表示Al组分的含量。淀积势垒层的方法采用金属有机物化学气相淀积技术或分子束外延技术或氢化物气相外延技术或其它可以用于淀积势垒层的技术。步骤3，在势垒层3上分别制作源极4和漏极5，如图3c。在势垒层3上制作掩膜，分别在其两端淀积金属，再在N2气氛中进行快速热退火，制作源极4和漏极5，其中所淀积的金属采用Ti/Al/Mo/Au组合，或采用其它金属组合，金属厚度为0.01~0.04pm/0.03~0.16nm/0.02~0.12jam/0.060.15pm。淀积金属的方法采用电子束蒸发技术或溅射技术或其它可以用于淀积金属的技术。步骤4，淀积绝缘介质层6，如图3d。分别在源极4和漏极5的上部及势垒层3上的其它区域淀积绝缘介质层6，该绝缘介质层材料可以采用Si02、SiN、A1203、Sc203、Hf02、Ti02或其它绝缘介质材料，其厚度为l~100nm。淀积绝缘介质层的方法采用化学气相淀积技术或蒸发技术或原子层淀积技术或溅射技术或分子束外延技术或其它可以用于淀积绝缘介质层的技术。步骤5，在绝缘介质层6上制作绝缘栅极7，如图3e。在绝缘介质层6上制作掩膜，并在源极和漏极之间的绝缘介质层上淀积金属，制作绝缘栅极7，其中所淀积的金属采用Ni/Au金属组合，或采用其它金属组合，金属厚度为0.010.04pm/0.080.4iim。淀积金属的方法采用电子束蒸发技术或溅射技术或其它可以用于淀积金属的技术。步骤6，淀积钝化层8，如图3f。分别在绝缘栅极7的上部及绝缘介质层6上的其它区域淀积钝化层8，该钝化层材料可以采用Si02、SiN、Al203、Sc203、Hf02、Ti02或其它绝缘介质材料，其厚度为0.03~0.8pm。淀积钝化层的方法采用化学气相淀积技术或蒸发技术或原子层淀积技术或溅射技术或分子束外延技术或其它可以用于淀积钝化层的技术。步骤7，制作源场板9及各浮空场板10，如图3g。在钝化层8上制作掩膜，该掩膜是按照源场板9与其最邻近的浮空场板之间的距离为0.053pm，且相邻两浮空场板之间的间距按照浮空场板排列自源场板到漏极方向的个数依次递增的位置关系设置。利用该掩膜在钝化层上淀积金属厚度均为0.159pm的源场板9及n个浮空场板10，n21。该源场板及各浮空场板的淀积均采用两层或三层的金属层的组合，且下层金属厚度要小于上层金属厚度。对于两层金属组合采用Ti/Au或Ni/Au或Pt/Au,厚度均为0.04~0.3i_im/0.118.7nm;对于三层金属组合采用Ti/Mo/Au或Ti/Ni/Au或Ti/Pt/Au，厚度均为0.030.2pm/0.050.8nm/0.07~8.(^m。源场板的有效长度LO为0.2~12^m，每个浮空场板的长度Ll均为0.2~12pm。淀积金属的方法釆用电子束蒸发技术或溅射技术或其它可以用于淀积金属的技术。完成源场板及n个浮空场板的制作后，将源场板9与源极4电气连接。步骤8，淀积保护层ll，如图3h。在源场板9和n个浮空场板10的外围区域淀积保护层ll，其中保护层材料采用Si02或SiN或A1203或Sc203或Hf02或Ti02或其它绝缘介质材料，其厚度为0.2~9.5(mi。淀积保护层的方法采用化学气相淀积技术或蒸发技术或原子层淀积技术或溅射技术或分子束外延技术或其它可以用于淀积保护层的技术。根据以上所述的器件结构和制作方法，本发明给出以下六种实施例，但并不限于这些实施例。实施例一制作衬底为蓝宝石，绝缘介质层为Si02，钝化层为SiN，保护层为SiN，源场板和各浮空场板为Ti/An金属组合的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，其过程是1.使用金属有机物化学气相淀积技术在蓝宝石衬底1上外延厚度为1pm的未掺杂过渡层2，该过渡层自下而上由厚度分别为30nm和0.97pm的GaN材料构成。外延下层GaN材料采用的工艺条件为温度为528°C，压力为60Torr，氢气流量为4900sccm，氨气流量为4900sccm，镓源流量为30|amol/min;外延上层GaN材料采用的工艺条件为温度为1020°C，压力为60Torr，氢气流量为4卯0sccm，氨气流量为4900sccm，镓源流量为140jjtmol/nikv。2.使用金属有机物化学气相淀积技术在GaN过渡层2上淀积厚度为50nm，且铝组分为0.13的未掺杂Al。」3Gao.87N势垒层3。采用的工艺条件为温度为1040°C，压力为60Torr，氢气流量为4900sccm，氨气流量为4900sccm,镓源流量为20(imol/min，铝源流量为3拜ol/min。3.在Al(U3Gao.87N势垒层3上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在其两端淀积金属，再在N2气氛中进行快速热退火，制作源极4和漏极5，其中所淀积的金属为Ti/Al/Mo/Au金属组合，金属层厚度为0.01pm/0.03^im/0.02|am/0.06|im。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.8xlO—3Pa，功率范围为200~1800W，蒸发速率小于3A/s;快速热退火采用的工艺条件为温度为880。C，时间为45s。4.使用等离子体增强化学气相淀积技术在源极4和漏极5的上部及Alal3Gao.87N势垒层3上的其它区域淀积厚度为lnm的Si02绝缘介质层6。淀积绝缘介质层采用的工艺条件为气体为N20及SiH4，气体流量分别为800sccm和150sccm，温度、RF功率和压力分别为250。C、25W和1000mT。5.在Si02绝缘介质层6上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在源极和漏极之间的绝缘介质层上淀积金属，制作绝缘栅极7，其中所淀积的金属为Ni/Au金属组合，金属厚度为0.01^n/0.08pm。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.2xlO—3Pa，功率范围为200700W，蒸发速率小于2A/s。6.使用等离子体增强化学气相淀积技术在绝缘栅极7的上部及绝缘介质层6上的其它区域淀积厚度为0.03pm的SiN钝化层8。淀积钝化层采用的工艺条件为气体为NH3、N2及SiH4，气体流量分别为2.5sccm、900sccm和200sccm，温度、RF功率和压力分别为300°C、25W和900mT。7.在SiN钝化层8上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度为0.04pm/0.11(im的Ti/Au金属组合，以制作源场板9及一个浮空场板10，该源场板的有效长度LO和浮空场板的长度Ll均为0.2pm，源场板与浮空场板之间的距离Sl为0.05pm。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.8xlO—3Pa，功率范围为200-700W，蒸发速率小于3A/s。将源场板与源极电气连接。8.使用等离子体增强化学气相淀积技术在源场板9和浮空场板10的外围区域淀积厚度为0.2pm的SiN保护层11。淀积保护层采用的工艺条件为气体为NH3、N2及SiH4，气体流量分别为2.5sccm、900sccm和200sccm，温度、RF功率和压力分别为300°C、25W和900mT。实施例二制作衬底为碳化硅，绝缘介质层为SiN，钝化层为Si02，保护层为Si02，源场板和各浮空场板为Ni/Au金属组合的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，其过程是1.使用金属有机物化学气相淀积技术在碳化硅衬底1上外延厚度为2.6pm的未掺杂过渡层2，该过渡层自下而上由厚度为40nm的A1N材料和厚度为2.56pm的GaN材料构成。外延下层A1N材料采用的工艺条件为温度为1010°(2，压力为66Torr，氢气流量为4600sccm，氨气流量为4600sccm，铝源流量为10pmol/min;外延上层GaN材料采用的工艺条件为温度为101(fC，压力为66Torr，氢气流量为4600sccm,氨气流量为4600sccm，镓源流量为140nmol/min。2.使用金属有机物化学气相淀积技术在GaN过渡层2上淀积厚度为28nm的未掺杂势垒层3，该势垒层自下而上由厚度为26nm、铝组分为0.25的Al。.25Gaa75N材料和厚度为2nm的GaN材料构成。淀积下层AlQ.25Gao.75N材料采用的工艺条件为温度为1040°C，压力为66Torr，氢气流量为4600sccm，氨气流量为4600sccm，镓源流量为15pmol/min，铝源流量为5pmol/min;淀积上层GaN材料采用的工艺条件为温度为1040°C，压力为66Torr，氢气流量为4600sccm，氨气流量为4600sccm，镓源流量为3(xmol/min。3.在势垒层3上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在其两端淀积金属，再在N2气氛中进行快速热退火，制作源极4和漏极5，其中所淀积的金属为Ti/Al/Mo/Au金属组合，金属层厚度为0.02pm/0.12pm/0.07|_inV0.07pm。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.8xlO—3Pa，功率范围为200~1800W，蒸发速率小于3A/s;快速热退火采用的工艺条件为温度为88(fC，时间为45s。4.使用等离子体增强化学气相淀积技术在源极4和漏极5的上部及势垒层3上的其它区域淀积厚度为10nm的SiN绝缘介质层6。淀积绝缘介质层釆用的工艺条件为气体为NH3、Nz及SiH4，气体流量分别为2.5sccm、900sccm和200sccm,温度、RF功率和压力分别为300。C、25W和900mT。5.在SiN绝缘介质层6上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在源极和漏极之间的绝缘介质层上淀积金属，制作绝缘栅极7，其中所淀积的金属为Ni/Au金属组合，金属厚度为0.025pm/0.25^mi。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.2xl(T3Pa，功率范围为200~700W，蒸发速率小于2A/s。6.使用等离子体增强化学气相淀积技术在绝缘栅极7的上部及绝缘介质层6上的其它区域淀积厚度为0.32pm的Si02钝化层8。淀积钝化层采用的工艺条件为气体为N20及SiH4,气体流量分别为800sccm和150sccm,温度、RF功率和压力分别为250°C、25W和1000mT。7.在Si02钝化层8上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度为0.15lim/0.8pm的Ni/Au金属组合，以制作源场板9及两个浮空场板10，该源场板的有效长度LO为5.0nm，两个浮空场板的长度Ll均为4.0pm，源场板与第一浮空场板之间的距离Sl为0.3pm，源场板与第二浮空场板之间的距离S2为4.8pm。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.8xlO-3Pa，功率范围为200-700W，蒸发速率小于3A/s。将源场板与源极电气连接。8.使用等离子体增强化学气相淀积技术在源场板9和各浮空场板10的外围区域淀积厚度为l.(Vm的Si02保护层11。淀积保护层采用的工艺条件为气体为N20及SiH4，气体流量分别为800sccm和150sccm，温度、RF功率和压力分别为25(TC、25W和1000mT。实施例三制作衬底为硅，绝缘介质层为SiN，钝化层为A1203，保护层为A1203，源场板和各浮空场板为Pt/Au金属组合的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，其过程是1.使用金属有机物化学气相淀积技术在硅衬底1上外延厚度为5pm的未掺杂过渡层2，该过渡层自下而上由厚度为115mn的A1N材料和厚度为4.885nm的GaN材料构成。外延下层A1N材料采用的工艺条件为温度为840°C,压力为70Torr，氢气流量为4700sccm，氨气流量为4700sccm，铝源流量为30pmol/min;外延上层GaN材料采用的工艺条件为温度为1020。C，压力为70Torr，氢气流量为4700sccm，氨气流量为4700sccm，镓源流量为140pmol/min。2.使用金属有机物化学气相淀积技术在GaN过渡层2上淀积厚度为10nm的未掺杂势垒层3，该势垒层自下而上由厚度为8nm、铝组分为0.5的Alo.5Ga().5N材料和厚度为2nm的GaN材料构成。淀积下层Alo.5Gaa5N材料采用的工艺条件为温度为1050°C，压力为70Torr，氢气流量为4700sccm，氨气流量为4700sccm，镓源流量为11pmol/min，铝源流量为11)imol/min;淀积上层GaN材料采用的工艺条件为温度为1050°C，压力为70Torr，氢气流量为4700sccm，氨气流量为4700sccm，镓源流量为5jxmol/min。3.在势垒层3上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在其两端淀积金属，再在N2气氛中进行快速热退火，制作源极4和漏极5，其中所淀积的金属为Ti/Al/Mo/Au金属组合，金属层厚度为0.04nm/0.16iim/0.12|im/0.15|im。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.8x10—3Pa，功率范围为2001800W，蒸发速率小于3A/s;快速热退火采用的工艺条件为-温度为880°C，时间为45s。4.使用等离子体增强化学气相淀积技术在源极4和漏极5的上部及势垒层3上的其它区域淀积厚度为100nm的SiN绝缘介质层6。淀积绝缘介质层采用的工艺条件为气体为NHg、N2及SiH4，气体流量分别为2.5sccm、900sccm和200sccm，温度、RF功率和压力分别为300°C、25W和900mT。5.在SiN绝缘介质层6上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在源极和漏极之间的绝缘介质层上淀积金属，制作绝缘栅极7，其中所淀积的金属为Ni/Au金属组合，金属厚度为0.04pm/0.4(im。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.2x10—3Pa，功率范围为200700W，蒸发速率小于2A/s。6.使用原子层淀积技术在绝缘栅极7的上部及绝缘介质层6上的其它区域淀积厚度为0.8pm的A1203钝化层8。淀积钝化层采用的工艺条件为以TMA和H20为反应源，载气为N2，载气流量为200sccm，衬底温度为30(TC，气压为700Pa。7.在Ab03钝化层8上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度为0.3pm/8.7pm的Pt/Au金属组合，以制作源场板9及三个浮空场板10，该源场板的有效长度LO为12.0nm，三个浮空场板的长度Ll均为12.0pm，源场板与第一个浮空场板之间的距离Sl为3.0pm，源场板与第二个浮空场板之间的距离S2为20.5pm，源场板与第三个浮空场板之间的距离S3为45)Lim。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.8xlO—3Pa，功率范围为200~1000W，蒸发速率小于3A/s。将源场板与源极电气连接。8.使用原子层淀积技术在源场板9和各浮空场板10的外围区域淀积厚度为9.5pm的八1203保护层11。淀积保护层采用的工艺条件为以TMA和H20为反应源，载气为N载气流量为200sccm，衬底温度为30(TC，气压为700Pa。实施例四制作衬底为蓝宝石，绝缘介质层为Si02，钝化层为SiN，保护层为Al203，源场板和各浮空场板为Ti/Mo/Au金属组合的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，其过程是1.与实施例一的过程1相同；2.与实施例一的过程2相同；3.与实施例一的过程3相同；4.与实施例一的过程4相同；5.与实施例一的过程5相同；6.与实施例一的过程6相同；7.在SiN钝化层8上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度为0.03pm/0.05nm/0.07|am的Ti/Mo/Au金属组合，以制作源场板9及四个浮空场板IO，该源场板的有效长度L0为3.0|Lim，四个浮空场板的长度L1均为3.5pm，源场板与第一个浮空场板之间的距离Sl为0.05pm，源场板与第二个浮空场板之间的距离S2为3.66pm,源场板与第三个浮空场板之间的距离S3为7.35pm，源场板与第四个浮空场板之间的距离S4为11.26nm。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.8xl(T3Pa，功率范围为2001800W，蒸发速率小于3A/s。将源场板与源极电气连接。8.使用原子层淀积技术在源场板9和各浮空场板10的外围区域淀积厚度为0.2pm的Al203保护层11。淀积保护层采用的工艺条件为以TMA和H20为反应源，载气为N2，载气流量为200sccm，衬底温度为300。C，气压为700Pa。实施例五制作衬底为碳化硅，绝缘介质层为SiN，钝化层为Si02，保护层为SiN，源场板和各浮空场板为Ti/Ni/Au金属组合的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，其过程是1.与实施例二的过程l相同；2.与实施例二的过程2相同；3.与实施例二的过程3相同；4.与实施例二的过程4相同；5.与实施例二的过程5相同；6.与实施例二的过程6相同；7.在Si02钝化层8上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度为0.16|am/0.2|am/1.0|am的Ti/Ni/Au金属组合，以制作源场板9及两个浮空场板10，该源场板的有效长度LO为l.Opm，两个浮空场板的长度Ll均为0.5nm,源场板与第一浮空场板之间的距离S1为0.45pm，源场板与第二浮空场板之间的距离S2为1.86pm。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.8xlO—3Pa,功率范围为200~700W，蒸发速率小于3A/s。将源场板与源极电气连接。8.使用等离子体增强化学气相淀积技术在源场板9和各浮空场板10的外围区域淀积厚度为1.4pm的SiN保护层11。淀积保护层采用的工艺条件为气体为NH3、A及SiH4，气体流量分别为2.5sccm、900sccm和200sccm，温度、RF功率和压力分别为300。C、25W和900mT。实施例六制作衬底为硅，绝缘介质层为SiN，钝化层为八1203，保护层为SiN，源场板和各浮空场板为Ti/Pt/Au金属组合的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，其过程是1.与实施例三的过程1相同；2.与实施例三的过程2相同；3.与实施例三的过程3相同；4.与实施例三的过程4相同；5.与实施例三的过程5相同；6.与实施例三的过程6相同；7.在A1203钝化层8上制作掩膜，使用电子束蒸发技术在源极与漏极之间的钝化层上淀积厚度为0.2!im/0.8pm/8.0nm的Ti/Pt/Au金属组合，以制作源场板9及三个浮空场板10，该源场板的有效长度L0为2pm，三个浮空场板的长度L1均为2.5pm,源场板与第一个浮空场板之间的距离Sl为3.0pm，源场板与第二个浮空场板之间的距离S2为11.5pm，源场板与第三个浮空场板之间的距离S3为26pm。淀积金属采用的工艺条件为真空度小于1.8xl(T3Pa，功率范围为200~1000W，蒸发速率小于3A/s。将源场板与源极电气连接。8.使用等离子体增强化学气相淀积技术在源场板9和各浮空场板10的外围区域淀积厚度为9.5pm的SiN保护层11。淀积保护层采用的工艺条件为气体为NH3、N2及SiH4，气体流量分别为2.5sccm、900sccm和200sccm，温度、RF功率和压力分别为300°C、25W和900mT。本发明的效果可通过图4和图5进一步说明。图4给出了采用Ala29Gaa71N/GaN异质结结构时，采用传统源场板的异质结场效应晶体管与本发明采用两个浮空场板的器件在Ala29Ga().71N势垒层中的电场仿真图，由该图可以看出，采用传统源场板的异质结场效应晶体管在势垒层中的电场曲线只形成了2个近似相等的电场峰值，其在势垒层中的电场曲线所覆盖的面积很小，而本发明器件在势垒层中的电场曲线形成了4个近似相等的电场峰值，使得本发明器件在势垒层中的电场曲线所覆盖的面积大大增加，由于在势垒层中的电场曲线所覆盖的面积近似等于器件的击穿电压，说明本发明器件的击穿电压远远大于采用传统源场板的异质结场效应晶体管的击穿电压。图5给出了采用Ala29GaQ.71N/GaN异质结结构时，采用传统源场板的异质结场效应晶体管与本发明采用两个浮空场板的器件的击穿仿真图，由该图可以看出，采用传统源场板的异质结场效应晶体管的击穿曲线中发生击穿，即漏极电流迅速增加时的漏源电压大约在610V，而本发明器件的击穿曲线中发生击穿时的漏源电压大约在1390V，证明本发明器件的击穿电压远远大于采用传统源场板的异质结场效应晶体管的击穿电压，该图5的结论与图4的结论相一致。对于本领域的专业人员来说，在了解了本
发明内容和原理后，能够在不背离本发明的原理和范围的情况下，根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。权利要求1.一种绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，包括衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)、源极(4)、漏极(5)、绝缘介质层(6)、绝缘栅极(7)、钝化层(8)、源场板(9)和保护层(11)，该源场板(9)位于钝化层(8)上，且与源极(4)电气连接，其特征在于，在自源场板到漏极方向的钝化层(8)上淀积有n个浮空场板(10)，n≥1，与源场板共同形成加长的复合源场板结构。2.根据权利要求1所述的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，其特征在于每个浮空场板大小相同，相互独立，且与源场板(9)的厚度一样。3.根据权利要求1或2所述的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，其特征在于相邻两浮空场板之间的间距按照浮空场板排列自源场板到漏极方向的个数依次递增。4.根据权利要求3所述的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，其特征在于相邻两浮空场板之间的间距按照浮空场板排列自源场板到漏极方向的个数依次递增，是以源场板与其最邻近的浮空场板之间的距离为起始点，该距离为0.053pm。5.根据权利要求1或2所述的绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，其特征在于每个浮空场板(10)的厚度均为(U59nm，长度均为0.2~12pm，源场板的有效长度为0.212|im。6.—种制作绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管的方法，包括如下过程选择蓝宝石或碳化硅或硅或其它外延衬底材料作为衬底(1)，在衬底(1)上外延III-V族化合物半导体材料的过渡层(2)作为器件的工作区；在过渡层(2)上淀积ni-v族化合物半导体材料的势垒层(3);在势垒层(3)上制作掩膜，并在势垒层(3)上的两端淀积金属，再在N2气氛中进行快速热退火，分别制作源极(4)和漏极(5);分别在源极(4)和漏极(5)的上部及势垒层G)上的其它区域淀积绝缘介质层(6);在绝缘介质层(6)上制作掩膜，并在源极和漏极之间的绝缘介质层上淀积金属，制作绝缘栅极(7);分别在绝缘栅极(7)的上部及绝缘介质层(6)上的其它区域淀积钝化层(8);在钝化层(8)上制作掩膜，利用该掩膜在源极与漏极之间的钝化层上淀积金属，以制作厚度均为0.159pm的源场板(9)及n个浮空场板(10)，论l，并将源场板与源极电气连接；淀积保护层(11)，即用绝缘介质材料分别覆盖源场板(9)及各浮空场板(10)的外围区域。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于在钝化层(8)上制作掩膜，是按照源场板(9)与其最邻近的浮空场板之间的距离为0.053pm，且相邻两浮空场板之间的间距按照浮空场板排列自源场板到漏极方向的个数依次递增的位置关系设置。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于在源极与漏极之间的钝化层上淀积金属制作厚度均为0.159pm的源场板及各浮空场板，采用两层或三层金属层的组合，且下层金属厚度要小于上层金属厚度。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于两层金属组合采用Ti/Au或Ni/Au或Pt/Au，厚度均为0.04~0.3|am/0.11~8.7pm。10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于三层金属组合采用Ti/Mo/Au或Ti/Ni/Au或Ti/Pt/Au，厚度均为0.03~0.2pm/0.05~0.8nm/0.07~8.0nm。全文摘要本发明公开了一种绝缘栅型源场板异质结场效应晶体管，该器件自下而上包括衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)、源极(4)、漏极(5)、绝缘介质层(6)、绝缘栅极(7)、钝化层(8)、源场板(9)和保护层(11)，该源场板(9)位于钝化层(8)上，且与源极(4)电气连接，其中，在自源场板到漏极方向的钝化层(8)上淀积有n个浮空场板(10)。每个浮空场板大小相同，相互独立，相邻两浮空场板之间的间距按照浮空场板排列自源场板到漏极方向的个数依次递增。n个浮空场板与源场板在钝化层上通过一次工艺完成。本发明具有工艺简单、击穿电压高和可靠性好的优点，可制作基于III-V族化合物半导体材料异质结结构的高频大功率器件。文档编号H01L21/336GK101419985SQ20081023251公开日2009年4月29日申请日期2008年12月1日优先权日2008年12月1日发明者张进成,翠杨,维毛,许晟瑞,过润秋,跃郝,马晓华申请人:西安电子科技大学