专利名称：一种t型栅hemt器件及其制作方法
技术领域：
本发明属于半导体器件领域领域，尤其涉及一种T型栅HEMT器件及其制作方法。
背景技术：
随着HEMT(High Electron Mobility Transistors，高电子迁移率晶体管)器件的工作频率增加，对于HEMT器件的截止频率的要求也随之增加。HEMT器件的截止频率是衡量晶体管高速性能的一个重要因子，其公式为
_4] Λ=2^；'式中，vs为HEMT器件的载流子的饱和漂移速率，Lg为HEMT器件中栅极的长度。由于载流子的饱和漂移速率Vs相对是固定的，所以由上式可以看出，栅长Lg是决定HEMT器件截止频率最关键的因素。缩小Lg可以增大截止频率，但是，缩小Lg会导致栅电阻的增加，进而导致器件噪声的增加和最大振荡频率的降低等一系列问题，于是在缩小Lg的同时还要减小栅电阻。减小栅电阻的方法一般包括缩小器件源极和漏极间的距离；减小栅极、源极、漏极的电极金属的电阻；减小栅极与源极间的距离等方法，所以人们提出了 T型栅的HEMT器件。现有的 T型栅的HEMT器件一般采用在待制作T型栅的本体层表面涂覆三层光刻胶结构(一般为 PMMA/PMGI/PMMA胶层)，利用电子束曝光、显影、定影、刻蚀、剥离等步骤得到T型栅，其结构如图1所示，包括碳化硅基底1、设置在碳化硅基底1表面上的缓冲层2，设置在缓冲层2 表面上的外延层3，设置在外延层3表面上的源极4和漏极5以及在源极4和漏极5之间的钝化层6和栅极7，栅极7为T形，栅脚与外延层3接触且被钝化层6包裹住，栅长Lg通常在200nm以下。但是，现有的T型栅的HEMT器件的击穿电压较低。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种T型栅HEMT器件及其制作方法，以解决在现有的T型栅HEMT器件击穿电压较低的问题。该T型栅HEMT器件的制作方法包括提供基底，所述基底包括本体层，设置在所述本体层表面上的缓冲层，设置在缓冲层表面上的外延层，设置在所述外延层表面上的源极、漏极以及源极与漏极之间的钝化层；在所述钝化层表面内形成细栅图形；在具有细栅图形的钝化层表面上形成双层光刻胶层，所述不同层面上的光刻胶适用于不同的显影液，同一种显影液只能对一层光刻胶层进行显影，在所述双层光刻胶层表面内形成T型栅图形，所述T型栅图形靠近源极的一侧与所述钝化层表面上的交线和所述细栅图形靠近源极一侧与所述钝化层表面上的交线为同一条直线；
以具有T型栅图形的双层光刻胶层为掩膜，在所述钝化层表面内和外延层表面内形成T型栅图形的栅脚图形；以具有T型栅图形的双层光刻胶层为掩膜，形成T型栅，所述T型栅的栅脚部分穿过所述钝化层深入到所述外延层表面内，且所述栅脚底部被分为呈阶梯状排列的两部分， 其中，靠近源极的部分比靠近漏极的部分长。优选的，所述在所述钝化层表面内形成细栅图形的过程具体包括在所述钝化层表面上形成电子束胶层，采用电子束直写工艺，在所述电子束胶层表面内形成第一细栅图形；以具有所述第一细栅图形的电子束胶层为掩膜，去除所述第一细栅图形下方的的钝化层材料，以在所述钝化层表面内形成细栅图形。优选的，所述细栅图形的宽度为50nm lOOnm。优选的，所述细栅图形的深度为70nm 90nm。优选的，所述在所述双层光刻胶层表面内形成T型栅图形的过程，具体包括采用光学光刻工艺或电子束曝光工艺在表层的光刻胶层表面内形成T型栅图形的栅帽图形；采用电子束直写工艺在所述T型栅图形的栅帽图形下方的光刻胶层表面内形成T 型栅图形的栅脚图形。优选的，所述T型栅的栅帽宽度为300nm 500nm。优选的，所述T型栅的栅脚宽度为150nm 200nm。优选的，所述双层光刻胶层表层的光刻胶为UVIII胶。优选的，所述双层光刻胶层表层下方的光刻胶为PMMA胶。一种T型栅HEMT器件，包括基底，所述基底包括本体层，设置在所述本体层表面上的缓冲层，设置在缓冲层表面上的外延层，设置在所述外延层表面上的源极和漏极以及源极与漏极之间的钝化层；T型栅，所述T型栅的栅脚部分穿过所述钝化层深入到所述外延层表面内，且所述栅脚底部被分为呈阶梯状排列的两部分，其中，靠近源极的部分比靠近漏极的部分长。由上述方案可以看出，本发明所提供的T型栅HEMT器件的T型栅的栅脚部分穿过所述钝化层深入到所述外延层表面内，且所述栅脚靠近源极的部分比靠近漏极的部分长。 如此，T型栅在物理距离上更靠近沟道电子，增强了 T型栅对沟道电子的控制能力，并且可以增强栅脚靠近源极一侧垂直于沟道电子层的电场，使得T型栅产生的电场更加均勻，在实际应用的时候可以降低栅脚靠近漏极一侧的边缘电场，进而降低漏压，使得器件的击穿电压升高。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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为现有的T型栅HEMT器件的结构示意5
图2为本发明所提供的制作T型栅HEMT器件提供基底阶段的剖面图；图3为本发明所提供的制作T型栅HEMT器件细栅图形阶段的剖面图；图4为本发明所提供的制作T型栅HEMT器件T型栅图形阶段的剖面图；图5为本发明所提供的T型栅HEMT器件示意图；图6为本发明所提供的T型栅HEMT器件与普通T型栅HEMT器件相对照的伏安特性曲线图。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。正如背景技术部分所述，现有的T型栅的HEMT器件的击穿电压较低。发明人经研究发现，T型栅的HEMT器件在正常工作的时候T型栅的栅脚靠近源极一侧的边缘电场达到预设的电场强度，此时，栅脚靠近漏极一侧的边缘电场峰值较大，这一峰值场强将会降低器件的击穿电压。此外，峰值场强使得沟道电子极易进入缓冲层，导致器件栅控能力降低。降低峰值场强进而提高器件的击穿电压是T型栅结构的技术难点。本发明公开了一种T型栅的HEMT器件的制作方法，该方法包括提供基底，所述基底包括本体层，设置在所述本体层表面上的缓冲层，设置在缓冲层表面上的外延层，设置在所述外延层表面上的源极、漏极以及源极与漏极之间的钝化层；在所述钝化层表面内形成细栅图形；在具有细栅图形的钝化层表面上形成双层光刻胶层，所述不同层面上的光刻胶适用不同的显影液，在所述双层光刻胶层表面内形成T型栅图形，所述T型栅图形靠近源极的一侧与所述钝化层表面上的交线和所述细栅图形靠近源极一侧与所述钝化层表面上的交线为同一条直线；以具有T型栅图形的双层光刻胶层为掩膜，在所述钝化层表面内和外延层表面内形成T型栅图形的栅脚图形；以具有T型栅图形的双层光刻胶层和具有栅极图形的钝化层与外延层为掩膜，形成T型栅，所述T型栅的栅脚部分穿过所述钝化层深入到所述外延层表面内，且所述栅脚靠近源极的部分比靠近漏极的部分长。由上述方案可以看出，本发明所提供的T型栅HEMT器件的T型栅的栅脚部分穿过所述钝化层深入到所述外延层表面内，且所述栅脚靠近源极的部分比靠近漏极的部分长。 如此，T型栅在物理距离上更靠近沟道电子，增强了 T型栅对沟道电子的控制能力，并且栅脚靠近漏极一侧远离沟道。因此，削弱了T型栅栅脚靠近漏极一侧的边缘电场峰值，使得器件的击穿电压升高。以上是本申请的核心思想，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。实施例一本实施例公开了一种T型栅HEMT器件的制作方法，各步骤的器件剖面图如图2 图5所示，包括步骤Si、提供基底。如图2所示，所述基底包括本体层11，所述本体层11优选为为碳化硅层；设置在所述本体层11表面上的缓冲层12，所述缓冲层12选用氮化镓层；设置在缓冲层12表面上的外延层13，所述外延层13选用氮化镓铝层；设置在所述外延层13表面上的源极14、漏极15以及源极14与漏极15之间的钝化层16，所述钝化层16选用氮化硅层。具体的，外延层13的制作材料的禁带宽度大于缓冲层12的制作材料的禁带宽度， 即如缓冲层12选用氮化镓层，外延层13选用氮化镓铝层，这种差异导致外延层13内的电子转移到缓冲层12内，且电离施主仍停留在外延层13内，外延层13与缓冲层12之间的界面附近能带发生弯曲，外延层13 —侧形成势垒，缓冲层12—侧形成准三角形势阱，积累在势阱中的电子在物理空间上与电离施主分离，由于电子受到势阱和势垒的限制，所以在垂直于界面的方向不能自由移动，而电子在平行于界面的方向不受限制，可以当作自由电子， 在施加一定的电压后，势阱内的电子在电场作用下移动，形成导电的电子沟道，可以导通源极14和漏极15。步骤S2、在所述基底的钝化层表面内形成细栅图形。具体的，在所述基底的钝化层表面上形成电子束胶层，本实施例所用的电子束胶为^P 520电子束胶，胶层厚度为2000 A左右，之后在180°C的温度下真空加热!Min ；采用电子束直写工艺，在所述^P 520电子束胶层表面内形成第一细栅图案，本实施例所采用的电子束为剂量300μ C/cm2、电流200pA、能量IOOkV的电子束，然后将器件置于ZED-N50显影液中显影90s，刻蚀掉第一细栅图案下方的^P 520电子束胶，之后再将器件置于ZMD-D定影液中定影15s，利用氮气吹干，在^P 520电子束胶表面内形成第一细栅图形；以具有所述第一细栅图形的^P 520电子束胶层为掩膜，用射频5W的六氟化硫刻蚀掉所述第一细栅图形下方的的钝化层材料，刻蚀深度为70nm 90nm，在所述钝化层表面内形成细栅图形，由于钝化层的厚度为120nm左右，所以需要剩余40nm左右的钝化层，所述细栅图形的剖面为长方形，宽度Wl为50nm lOOnm，深度h为70nm 90nm，优选的所述细栅图形的宽度Wl为60nm，深度h为80nm;最后，再去除^P 520电子束胶层，最后的结构如图3所示，图中所述16为钝化层，17为细栅图形，Wl为所述细栅图形的宽度，h为所述细栅图形的深度，所述图3为器件的正视剖面图。由于电子束波长很短，电子的衍射效应也基本可以忽略，因此电子束曝光具有极高的分辨率，已经成为纳米加工的重要手段，电子束直写工艺在电子束曝光的光刻工艺中能够获得更高的分辨率，所以本实施例采用电子束直写工艺制作第一细栅图案，为了制作出纳米级图形，使用优良的抗蚀剂是十分必要的而ZEP520是一种分辨率很高的非化学放大正性电子抗蚀剂，由α氯甲基丙烯酸酯和α甲基苯乙烯的共聚物，^Ρ520的灵敏度远高于ΡΜΜΑ，在硅和氮化镓上用^Ρ520能分别制作出IOOnm和130nm宽的细线条，通过预烘氮化镓衬底，可以消除ZEP520中的裂纹，因此用^P520制作器件或电路中各种细小凹槽图形是十分有利的，所以本实施例优先选用ZEP520电子束胶，以保证曝光线条的重复性和一致性。步骤S3、在具有细栅图形的钝化层表面上形成双层光刻胶层，所述不同层面上的光刻胶适用于不同的显影液，同一种显影液只能对一层光刻胶层进行显影，在所述双层光刻胶层表面内形成T型栅图形，所述T型栅图形靠近源极的一侧与所述钝化层表面上的交线和所述细栅图形靠近源极一侧与所述钝化层表面上的交线为同一条直线；以具有T型栅图形的双层光刻胶层为掩膜，在所述钝化层表面内和外延层表面内形成T型栅图形的栅脚图形。具体的，在基底的钝化层表面上涂覆两层光刻胶，形成双层光刻胶层，覆盖在钝化层表面上的底层光刻胶层厚度为200nm左右，覆盖在底层光刻胶层表面上的表层光刻胶层厚度为SOOnm左右，所述不同层面上的光刻胶适用不同的显影液，即一种显影液只能处理与其对应的光刻胶，对其他的光刻胶没有影响，优选的底层光刻胶层为PMMA胶层，表层光刻胶层为UVIII胶层；采用光学曝光工艺，经显影、定影后，在表层的表层光刻胶层表面内形成T型栅图形的栅帽图形，所述T型栅图形的栅帽图形的宽度W2为300nm 500nm，优选W2为400nm， 此外，本实施例还可以采用电子束曝光工艺制作T型栅图形的栅帽图形，但是电子束曝光工艺的效率较低，而对于尺寸较大的器件，光学曝光的精确度已经足以满足其要求，并且由于采用光学曝光工艺比电子束曝光工艺的生产效率要高，所以本实施例优先选择光学曝光工艺；采用电子束曝光工艺，经显影、定影后，在T型栅图形的栅帽图形下方的底层光刻胶层表面内形成T型栅图形的栅脚图形，所述T型栅图形的栅脚图形的宽度(也就是T型栅栅脚的宽度)W3为150nm 200歷，优选W3为170nm ；所述T型栅图形的栅脚图形靠近源极的一侧与所述钝化层表面上的交线和所述细栅图形靠近源极一侧与所述钝化层表面上的交线为同一条直线；以具有T型栅图形的双层光刻胶层为掩膜，采用射频为5W的氯气和氯化硼气体的混合气体对钝化层和进行刻蚀，并延伸到细栅图形下方的外延层，刻蚀时间为20s左右，在所述钝化层表面内和外延层表面内形成T型栅图形的栅脚图形；所述钝化层和外延层表面内的栅脚图形与双层光刻胶层表面内的T型栅图形一起构成了器件的T型栅图形，结构如图4所示，图中所述13为外延层，16为钝化层，18为底层光刻胶层，19为表层光刻胶层，阴影部分20为T型栅图形，W2为T型栅图形的栅帽图形的宽度，W3为栅脚图形的宽度，所述图4为器件制作T型栅图形时的正视剖面图。最后还需要用氧等离子气体对T型栅图形表面进行处理，以去除不必要的光刻胶。
需要说明的是，理论上，本实施例中只要保证，对所述T型栅图形靠近源极的一侧与所述钝化层表面上的交线和所述细栅图形靠近源极一侧与所述钝化层表面上的交线在同一条直线，即可使T型栅栅脚靠近源极的部分比靠近漏极的部分长，但实际上，采用上述光刻工艺或电子束直写工艺，由于工艺精确度较高，可保证栅脚部分良好的垂直度，因此， 本实施例中的T型栅图形靠近源极的一侧与所述细栅图形靠近源极一侧是可以达到在同一平面内，且所述平面基本垂直于所述钝化层表面。步骤S4、以具有T型栅图形的双层光刻胶层为掩膜，形成T型栅，所述T型栅的栅脚部分穿过所述钝化层深入到所述外延层表面内，且所述栅脚底部被分为呈阶梯状排列的两部分，其中，靠近源极的部分比靠近漏极的部分长。具体的，先对T型栅图形表面进行清洁处理，本实施例采用氯化氢与水按1 3的比例配置的稀盐酸盐酸进行酸处理，然后以具有T型栅图形的双层光刻胶层为掩膜，将金属镍蒸镀到图形表面上，厚度为40nm左右，然后再蒸镀金属金，厚度为500nm左右，之后，用去胶液去除双层光刻胶层，形成T型栅，如图5所示，图中13为外延层，14为源极，15为漏极，16为钝化层，21为T型栅，所述T型栅21的栅脚部分穿过所述钝化层16深入到所述外延层13表面内，且所述栅脚底部被分为呈阶梯状排列的两部分，其中，靠近源极14的部分比靠近漏极15的部分长，与步骤S3相对应的，T型栅21的栅冒宽度为300nm 500nm，优选为400nm，栅脚宽度为150nm 200nm，优选为170nm，所述图5为器件制作完成后的正视剖面图。由上述方案可以看出，T型栅21靠近源极一侧的栅脚比靠近漏极一侧的栅脚长， 从而使增强了 T型栅21对沟道电子的控制能力，在栅脚靠近漏极15的部分，由于栅脚离沟道电子的距离较靠近源极14 一侧的部分远，因此其峰值电场得到削弱。在实际应用的时候，相同偏置电压下，器件的击穿电压升高。此外，本实施例优先采用光学曝光和电子束曝光相结合的混合曝光方式，能够提高T型栅HEMT器件的制作效率，降低制作成本。实施例二 本实施例公开了一种利用上述实施例制作的T型栅HEMT器件，如图5所示，该器件包括基底，所述基底包括本体层11，所述本体层11优选为为碳化硅层，设置在所述本体层11表面上的缓冲层12，所述缓冲层12选用氮化镓层，设置在缓冲层12表面上的外延层13，所述外延层13选用氮化镓铝层，设置在所述外延层13表面上的源极14、漏极15以及源极14与漏极15之间的钝化层16，所述钝化层16选用氮化硅层；T型栅21，所述T型栅21的栅脚部分穿过所述钝化层16深入到所述外延层13表面内，且所述栅脚底部被分为呈阶梯状排列的两部分，其中，靠近源极14的部分比靠近漏极15的部分长。本实施例所提供的T型栅HEMT器件的T型栅21靠近源极一侧的栅脚比靠近漏极一侧的栅脚长，从而使靠近源极一侧的栅脚在物理距离上更靠近沟道电子，增强了 T型栅 21对沟道电子的控制能力，并且可以增强栅脚靠近源极14 一侧垂直于沟道电子层的电场， 使得T型栅21产生的电场更加均勻，在实际应用的时候可以降低栅脚靠近漏极15 —侧的边缘电场，进而降低漏压，使得器件的击穿电压升高。
9
此外，发明人还对器件进行了伏安特性测试，图6所示为本实施例所述T型栅HEMT 器件和普通T型栅HEMT器件相对照的伏安特性曲线，图中横坐标Vds为源极14和漏极15 之间的电压，纵坐标Ids为流经源极14和漏极15的电流强度，所示New T-gate为本实施例所述T型栅HEMT器件的曲线，Conventional T-gate为普通的T型栅HEMT器件的曲线， 可见，在电流强度相同时，New T-gate源极14和漏极15之间的电压要小于Conventional T-gate源极和漏极间的电压。所以由实验也可以证明本实施例所述T型栅HEMT器件的击穿电压比普通的T型栅HEMT器件的击穿电压升高了。本发明各实施例中对所述T型栅HEMT器件的描述各有侧重点，相关、相似之处可
相互参考。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此， 凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种τ型栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，包括提供基底，所述基底包括本体层，设置在所述本体层表面上的缓冲层，设置在缓冲层表面上的外延层，设置在所述外延层表面上的源极、漏极以及源极与漏极之间的钝化层；在所述钝化层表面内形成细栅图形；在具有细栅图形的钝化层表面上形成双层光刻胶层，所述不同层面上的光刻胶适用于不同的显影液，同一种显影液只能对一层光刻胶层进行显影，在所述双层光刻胶层表面内形成T型栅图形，所述T型栅图形靠近源极的一侧与所述钝化层表面上的交线和所述细栅图形靠近源极一侧与所述钝化层表面上的交线为同一条直线；以具有T型栅图形的双层光刻胶层为掩膜，在所述钝化层表面内和外延层表面内形成 T型栅图形的栅脚图形；以具有T型栅图形的双层光刻胶层为掩膜，形成T型栅，所述T型栅的栅脚部分穿过所述钝化层深入到所述外延层表面内，且所述栅脚底部被分为呈阶梯状排列的两部分，其中， 靠近源极的部分比靠近漏极的部分长。
2.根据权利要求1所述T型栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，所述在所述钝化层表面内形成细栅图形的过程具体包括在所述钝化层表面上形成电子束胶层，采用电子束直写工艺，在所述电子束胶层表面内形成第一细栅图形；以具有所述第一细栅图形的电子束胶层为掩膜，去除所述第一细栅图形下方的的钝化层材料，以在所述钝化层表面内形成细栅图形。
3.根据权利要求2所述T型栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，所述细栅图形的宽度为 5Onm IOOnm0
4.根据权利要求3所述T型栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，所述细栅图形的深度为70nm 90nm。
5.根据权利要求1所述T型栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，所述在所述双层光刻胶层表面内形成T型栅图形的过程，具体包括采用光学光刻工艺或电子束曝光工艺在表层的光刻胶层表面内形成T型栅图形的栅帽图形；采用电子束直写工艺在所述T型栅图形的栅帽图形下方的光刻胶层表面内形成T型栅图形的栅脚图形。
6.根据权利要求5所述T型栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，所述T型栅的栅帽宽度为300nm 500nm。
7.根据权利要求5所述T型栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，所述T型栅的栅脚宽度为150nm 200nm。
8.根据权利要求1所述T型栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，所述双层光刻胶层表层的光刻胶为UVIII胶。
9.根据权利要求8所述T型栅HEMT器件的制作方法，其特征在于，所述双层光刻胶层表层下方的光刻胶为PMMA胶。
10.一种T型栅HEMT器件，其特征在于，包括基底，所述基底包括本体层，设置在所述本体层表面上的缓冲层，设置在缓冲层表面上的外延层，设置在所述外延层表面上的源极和漏极以及源极与漏极之间的钝化层；T型栅，所述T型栅的栅脚部分穿过所述钝化层深入到所述外延层表面内，且所述栅脚底部被分为呈阶梯状排列的两部分，其中，靠近源极的部分比靠近漏极的部分长。
全文摘要
本发明公开一种T型栅HEMT器件及其制作方法，该方法包括提供基底，所述基底包括本体层、外延层、源极、漏极和钝化层；在所述钝化层表面内形成细栅图形；在具有细栅图形的钝化层表面上形成双层光刻胶层，在所述双层光刻胶层表面内形成T型栅图形；在所述钝化层表面内和外延层表面内形成T型栅图形的栅脚图形；形成T型栅，所述T型栅的栅脚部分穿过所述钝化层深入到所述外延层表面内，且所述栅脚底部被分为呈阶梯状排列的两部分，靠近源极的部分比靠近漏极的部分长。T型栅产生的电场更加均匀，在实际应用的时候可以降低栅脚靠近漏极一侧的边缘电场，进而降低漏压，使得器件的击穿电压升高。
文档编号H01L21/027GK102361010SQ20111034055
公开日2012年2月22日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者刘新宇, 刘果果, 魏珂, 黄 俊 申请人:中国科学院微电子研究所