一种亚微米栅长GaN HEMT器件及其制备方法
【专利摘要】一种亚微米栅长GaN HEMT器件及其制备方法，该制备方法是通过光学光刻和选择性刻蚀确定栅长，然后采用氟基等离子体和氯基等离子体多次选择性刻蚀得到深亚微米栅足。本发明同时公开了利用上述方法制备得到的器件结构，包括半导体层以及位于半导体层上的栅极、源极和漏极。所述栅极包括栅帽和栅足；所述栅足由多层金属组成，其中以靠近所述半导体层为下方向，该多层金属中每一层的厚度由上往下递减。本发明的制备方法具有工艺简单、成本低、效率高的优点，同时可避免氯基等离子体刻蚀铝镓氮引入刻蚀损伤，导致电流崩塌和二维电子气浓度降低等问题。
【专利说明】—种亚微米栅长GaN HEMT器件及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体器件的制作领域，特别涉及一种基于GaN器件的高电子迁移率晶体管(HEMT)的制备方法。
【背景技术】
[0002]基于AlGaN/GaN材料的高电子迁移率晶体管(High Electron MobilityTransistor, HEMT)中，二维电子气沟道内的电子有很高的迁移率，所以氮化镓HEMT相对于硅器件而言，开关速率大大提高。同时高浓度的二维电子气(2DEG)也使得氮化镓HEMT具有较高的电流密度，适用于大电流功率器件的需要。另外，氮化镓是宽禁带半导体，能工作在较高的温度。硅器件在大功率工作环境下往往需要额外的降温器件来确保其正常工作，而氮化镓对降温要求较低。因此氮化镓功率器件有利于节省空间和成本。因此氮化镓HEMT器件在微波、功率及高温领域具有广泛应用前景。
[0003]栅长是影响器件特性的重要参数，包括电阻、跨导、频率特性等。近年来AlGaN/GaN在微波功率放大器领域的应用，迫切需要提高器件的频率特性。而由HEMT器件频率特性可知，栅长越短器件截止频率fT和最大震荡频率fmax越高。这就要求器件设计和工艺中在保证一定工作电压的情况下尽可能缩小栅长。亚微米栅典型尺寸为0.5?0.7 μ m，器件工作在C波段，典型截止频率&为15?20GHz，参考文献“12W/mm power density AlGaN/GaNHEMTs on sapphire substrate”。要求器件典型截止频率大于30GHz,即器件工作在X波段以上频段，此时，器件栅长采用深亚微米栅。由HEMT器件经验公式(I)可知，栅长为0.1?0.5 μ m时器件截止频率范围38GHz?190GHz。
[0004]fT = V s/ (2 3i L)(I)
[0005]AlGaN/GaN HEMT器件常用的栅的制备方法是以光刻和金属剥离为基础的。剥离工艺技术分为单层光刻胶剥离技术和多层光刻胶剥离技术，而多层光刻胶剥离技术必须采用多种光源的光刻胶，使用常规工艺和设备很难实现。单层光刻胶剥离工艺是指在基片表面涂上一层刻胶，经过前烘、曝光、显影形成掩模图形，要求在不需要金属膜的区域覆有光刻胶，用镀膜的方法在其表面覆盖一层金属，这样金属膜只在需要的区域与衬底相接触，最后浸泡于剥离液中(剥离液不与金属层发生反应)，随着光刻胶的溶解，其上的金属也随其一起脱落，从而留下所需的金属图形。或者丙酮中超声的方式实现。理想状态下，剥离之后只有接触区的金属保留下来，形成有用的金属图形结构。在没有充分优化的曝光和显影的实际操作中，需要淀积金属的材料表面往往会有残存一层难以观察到的光刻胶薄膜，这层薄膜的存在会影响金属和半导体之间良好的接触。此外，在剥离过程中，一些需要留下来形成接触的金属也会被剥离掉，影响产品的成品率。在栅条很细的器件中，光刻和金属剥离工艺对栅的成品率有很大影响。
[0006]目前AlGaN/GaNHEMT的最小线宽由光刻决定，常用的光刻手段主要有光学光刻、电子束光刻和X射线光刻技术。
[0007]光学光刻具有成本低，技术成熟，曝光效果好的优点。但是光学光刻用于曝光0.5μπι以上的栅线条。随着光学光刻所用光源波长的不断缩小，光刻胶性能的提高，光学移相掩膜技术的使用等诸多因素保证了光学光刻技术能实现较小的栅线条。另外，也可以采用斜蒸、各向同性刻蚀光刻胶等手段来进一步缩小栅宽。但要采用光学光刻技术制作
0.5 μ m以下栅长尺寸的AlGaN/GaN HEMT,需要采用移相掩膜技术和一些特殊的技巧，工艺控制比较复杂，一致性不是太好。而且移相光学掩膜，移相层的制作过程中往往会引入缺陷，而且缺陷产生率比较高缺陷修补的要求也比常规掩膜要高。
[0008]电子束直写可以用来制作深亚微米栅AlGaN/GaN HEMT器件。电子束直写方法制作深亚微米栅一般要采用多层胶工艺。其优点是栅底部的线宽可以达到纳米水平，且一致性可以做得很好。但是电子束直写制作深亚微米栅具有效率非常低，且成本高，一般只适用于实验室研究。线宽从0.25 μ m到0.18 μ m,电子束直写曝光方式生产效率下降50%;线宽从0.18μπι到0.13 μ m，生产效率下降66% ;到0.13 μ m以下，效率成倍下降。而且电子束直写设备非常昂贵，设备维护成本高。
[0009]X射线光刻可以得到更小的线宽，满足0.05?0.25 μ m尺寸的加工技术；一台电光源X射线光刻机效率超过7台电子束直写机。采用X射线光刻的最大问题是X射线光源问题，技术不够成熟和设备昂贵等缺点。
[0010]因此，寻找一种工艺简单，效率高，成本低廉，成品率高的制备深亚微米栅长AlGaN/GaN HEMT器件方法，成为本行业的迫切需要。
【发明内容】
[0011]有鉴于此，本发明的目的在于克服以上制作GaN HEMT器件中的亚微米栅光刻和剥离工艺的不足，提供一种亚微米栅长GaN HEMT器件的制备方法。该方法解决目前GaN HEMT栅光刻工艺复杂，效率低，成品率低，设备昂贵的问题，以满足亚微米栅GaN HEMT低成本，高效率，高成品率的栅电极制作工艺要求。
[0012]根据本发明的目的提出的一种亚微米栅长GaN HEMT器件制备方法，其核心思想是通过光刻和刻蚀确定栅长，然后采用氟基等离子体和氯基等离子体多次刻蚀得到深亚微米栅足。具体地，该亚微米栅长GaN HEMT器件制备方法，包括半导体外延工艺、栅电极制作工艺和源、漏极制作工艺，所述半导体外延工艺在基片上生长出所述GaN HEMT器件的半导体层，其中所述栅电极制作工艺包括步骤:
[0013]I)在所述半导体层上制作栅极金属层；
[0014]2)在所述栅极金属层上制作牺牲层；
[0015]3)在所述牺牲层上进行光刻，制作具有栅极图形的光刻胶掩膜；
[0016]4)第一次刻蚀，将光刻胶掩膜中的栅极图形转移到所述牺牲层上；
[0017]5)缩小转移到所述牺牲层上的栅极图形的线宽，使所述栅极图形的线宽达到亚微米级；
[0018]6)第二次刻蚀，采用氟基等离子体或氯基等离子体刻蚀或上述两种等离子体交替刻蚀，将所述步骤5)之后的牺牲层上的栅极图形转移到所述栅极金属层上，形成栅足金属。
[0019]优选的，所述栅足金属层由多层金属组成，其中以靠近所述半导体层为下方向，该多层金属中每一层的厚度由上往下递减。
[0020]优选的，在所述第6)步第二次刻蚀之后增加以下步骤:
[0021 ] 7)沉积钝化层，抛光钝化层表面；
[0022]8)在所述钝化层上形成与栅足金属连接的栅帽金属，得到包括栅足和栅帽的栅极。
[0023]优选的，所述栅极的形状为T形，Γ形或梯形。
[0024]优选的，所述多层金属为一层Al、一层TiW成周期性交替而成或者仅为一层Al和一层 TiW。
[0025]优选的，缩小转移到所述牺牲层上的栅极图形的线宽的方法为湿法腐蚀和/或干法刻蚀。
[0026]优选的，所述牺牲层为SiNx、S12, S1N, PSG、Tiff, Cr、AlN中的一种或多种，所述牺牲层可以是一层也可以是多层。
[0027]优选的，可在制作栅极金属层前先在所述半导体层上制作一层绝缘介质层形成MIS栅结构，所述绝缘介质层为AIN、SiN, S12或Al2O3中的一种或多种。
[0028]优选的，所述源、漏极制作工艺和所述栅极制作工艺的顺序可互为先后。
[0029]同时，本发明也提出了一种使用上述方法制备的亚微米栅长GaN HEMT器件，包括半导体层以及位于半导体层上的栅极、源极和漏极，所述栅极包括栅足所述栅足由多层金属组成，其中以靠近所述半导体层为下方向，该多层金属中每一层的厚度由上往下递减。
[0030]优选的，所述栅极进一步包括栅帽，所述栅帽露出在钝化层上，并与所述栅足接触。
[0031]优选的，所述多层金属为一层Al、一层TiW成周期性交替而成或者仅为一层Al和一层 TiW。
[0032]优选的，所述栅足与所述半导体层之间还设有一层绝缘介质层，该绝缘介质层与所述栅足、所述半导体层一起形成MIS栅结构，所述介质层为AlN、SiN、Si02*Al203中的一种。
[0033]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0034]第一:该方法通过二次刻蚀，并在中间加入一次各向同性刻蚀，可得到0.1?
0.5 μ m尺寸下的栅足，与电子束直写光刻相比，采用光学光刻的设备极大地降低了工艺成本，且效率高；与夂射线光刻方法相比，具有技术成熟设备便宜的优点；与普通光学光刻相比，栅尺寸更小，且一致性好，避免引入缺陷。
[0035]第二:采用多层金属栅结构精确控制栅材料的刻蚀，避免了对外延材料的损害。
[0036]第三:在AlGaN/GaN外延材料上增加SiN层避免刻蚀外延材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]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。
[0038]图1为本发明所提出一种GaN HEMT器件的制备方法的工艺流程框图。
[0039]图2A?图2J为本发明GaN HEMT器件制备工艺流程示意图。
[0040]图3本发明所提出栅极制备方法实施例二结构示意图。
[0041]图4本发明所提出栅极制备方法实施例三结构示意图。
[0042]图5本发明所提出栅极制备方法实施例四结构示意图。
【具体实施方式】
[0043]正如【背景技术】所述，现有的AlGaN/GaN HEMT器件制备方法中，金属剥离具有成品率低的缺点。深亚微米栅长制备，现有的光刻工艺中，普通的光学光刻只能达到0.5μπι的级别，而电子束直写光刻工艺和X射线光刻工艺虽然能够刻蚀出更小的线宽值，但是这两个工艺要么设备昂贵，要么效率低下，很难满足大规模AlGaN/GaN HEMT器件的制造需求。
[0044]因此，本发明提出了一种能够解决上述栅极光刻工艺中，工艺复杂、效率低下、成本高，成品率低等问题的AlGaN/GaN HEMT器件制备方法，本发明的技术思路是:在栅电极制作工艺中，先采用光学光刻和后续刻蚀将栅图形转移至牺牲层上，再用湿法腐蚀或干法刻蚀牺牲层缩小线宽，通过控制腐蚀时间和速率使牺牲层线宽减小至0.1 μ m。然后以牺牲层为掩膜，采用氟基等离子体和氯基等离子体进行后续刻蚀得到0.1 μπι的栅足。采用介质层或者多层金属，削弱栅制备对AlGaN材料造成刻蚀而引入表面损伤。或采用多层金属以精确控制刻蚀厚度。
[0045]下面，将通过【具体实施方式】对本案的技术方案做详细说明。
[0046][实施例一]
[0047]请参照图1和图2A-2J，本发明的AlGaN/GaN HEMT器件制备方法包括如下几个步骤:
[0048]步骤S1、半导体层外延工艺。
[0049]该步骤主要在基片上通过薄膜沉积工艺等方式在基片上生长所需的半导体材料，用于后续器件的制作，在本发明中，该半导体材料主要是指AlGaN/GaN。具体地，参考图2A所示，先采用MOCVD工艺在基片I上生长本征GaN层3，在本征GaN层3上，生长AlGaN层
4。且AlGaN层4与GaN层3之间形成二维电子气(2DEG)。其中，基片I的材料可以是蓝宝石(Sapphire)、SiC、Si或者本领域的技术人员公知的任何其他适合生长氮化镓的材料。基片I的沉积方法包括CVD、VPE、MOCVD, LPCVD, PECVD、脉冲激光沉积(PLD)、原子层外延、MBE、溅射、蒸发等。此外，在基片I与GaN层3之间还可以生长一层成核层2。在AlGaN层4上生长一层介质层7,该介质层优选SiN、也可选S12、AlN或Al2O3等。其生长方法优选原位单电子沉积(ALD)，也可以采用其他方法如CVD、LPCVD, PECVD、溅射、蒸发等。优选原位ALD生长的介质层有利于降低电流崩塌。该介质层7可以与后续的栅极金属一起形成金属层-绝缘层-半导体层(Metal-1nsulator-Semiconductor ;MIS)的结构，同时由于该介质层的加入，使得后续在刻蚀栅极金属时，可以保护下方的半导体外延材料不被损伤。
[0050]步骤S2、栅电极制作。
[0051]该步骤是在上述制作完半导体材料的基片表面，也可以在制作完源极和漏极的圆片表面进行制作，进行栅极的制作。先进行源漏极制备可避免源漏极制备过程中的高温对栅极的制备造成影响。栅电极的制备是本发明的重点，相对于现有技术，本发明通过对该栅极制作工艺中具体技术手段的组合运用，达到深亚微米级别(0.5μπι以下)的工艺层次，并且整个工艺具有简单高效，成本低廉的优点。采用氟基等离子体和氯基等离子体刻蚀制备深亚微米栅足，避免深亚微米尺寸金属剥离成品率低的问题。同时采用多层金属或在栅结构上采用介质层，可以削弱栅制备对AlGaN材料造成刻蚀而引入表面损伤。具体地，该栅极制作工艺包括如下几个步骤:
[0052]S21、在已经制作好的半导体层上制作栅极金属层。具体地，在上述AlGaN层4上蒸发或溅射一层金属层8，该金属层8作为后续的栅足金属层，该实施例选用氯基等离子体能刻蚀而氟基等离子体不能刻蚀的金属作为栅材料。优选Al，可选Cr/Al，或其它氯基等离子体可以刻蚀的金属。对该栅极金属层的要求是一方面需考虑其与AlGaN/GaN材料的匹配性，另一方面，在本发明后续的刻蚀工艺中，需要考虑该金属层与上下材料之间对刻蚀用的气体或液体的可反应性。确保在刻蚀该金属层或刻蚀该金属层上下两侧的材料层时，不会形成干扰性腐蚀，保证刻蚀的准确性。
[0053]S22、在上述栅极金属层8上制作牺牲层9。具体的，可以在Al上淀积S12, SiNx，S1N, PSG, Tiff中的一种作为后续刻蚀的牺牲层9。结构如图2B所示。
[0054]S23、在上述牺牲层9上进行光刻，制作具有栅极图形的光刻胶掩模。具体地:在牺牲层9上涂光刻胶10，对该光刻胶10进行曝光和显影，如图2C中所示，其中掩模11是光学光刻中使用到的外部掩模，该掩模11上具有栅极部分的图形，经过曝光后，掩模11上的图形转移到光刻胶10。
[0055]S24、第一次刻蚀，将步骤S23之后的光刻胶掩膜上的栅极图形转移到所述牺牲层9上。可采用ICP干法刻蚀，其中S12, SiNx, S1N, PSG、Tiff的刻蚀气体为含氟等离子体，可选SF6、CF4。得到结构如图2D所示。
[0056]S25、然后，缩小转移到所述牺牲层上的栅极图形的线宽，使所述栅极图形的线宽达到亚微米级。该步骤可采用湿法或干法刻蚀进行。(I)采用湿法腐蚀时，保留光刻胶，采用缓冲HF进行腐蚀，以缩小线宽。得到结构如图2E所示。然后去除光刻胶，得到结构如图2F所示。(2)也可以去除光刻胶后，采用氟基等离子体低能量电子增强干法刻蚀，利用其横向刻蚀，缩小线宽，得到结构如图2F所示。采用干法刻蚀时，牺牲层9的厚度远大于其横向刻蚀的宽度。通过控制刻蚀速度和时间以缩小线宽。利用横向刻蚀缩小线宽具有成本低，工艺简单的优点。
[0057]S26、第二次刻蚀，步骤S25之后刻蚀去除多余栅极金属8，采用氟基等离子体或氯基等离子体刻蚀或上述两种等离子体交替刻蚀，将S25之后牺牲层9上的图形转移到栅极金属8上，形成栅足金属。其结构示意图如图2G。栅极金属Al的刻蚀气体分别为BCl3/Cl20可形成栅长范围是0.1?0.5 μπι。由于栅极金属层较厚，为避免过刻蚀时引起AlGaN层4的刻蚀，在AlGaN层4上增加一层介质层7，介质层7优选SiN。氯基等离子体无法刻蚀SiN，SiN层对AlGaN表面具有保护作用减小了刻蚀损伤。
[0058]经过上述几个步骤之后，栅足金属即被制作得到，当然对于实际应用中的器件而言，在得到栅足之后，最好再加上如下两个步骤实现整个栅极的制作:
[0059]S27、在步骤S26之后沉积一层钝化层12，该钝化层材料可以是SiN，AlN或Al2O3或业内公知的其他钝化材料。该钝化层厚度大于栅足高度。然后对表面进行化学机械抛光，所形成结构如图2H所示。
[0060]S28、在步骤S27之后沉积并刻蚀栅帽金属，形成栅帽结构，所形成结构如图21所示。最终形成栅结构可以是T型栅也可以是Γ型栅，梯形栅等结构。
[0061]该方法可得到0.1?0.5μηι的金属栅,与电子束直写光刻相比,米用光学光刻的设备极大地降低了工艺成本，且效率高；与X射线光刻方法相比，具有技术成熟设备便宜的优点；与普通光学光刻相比，栅尺寸更小，且一致性好，避免引入缺陷。
[0062]步骤三、源漏极制作
[0063]如图2J所示，源极5和漏极6与AlGaN/GaN中的2DEG形成电连接的方式可以采用但不局限于以下方式形成:a.高温退火；b.离子注入；c.重掺杂。在进行高温退火的情况下，源极5和漏极6的电极金属穿过AlGAN层与GaN接触，从而与2DEG形成电连接。在进行离子注入和重掺杂的情况下，源极5和漏极6由与2DEG形成电连接的离子注入部分或重掺杂部分和其上的电极构成。应该理解，这里描述形成源极5和漏极6的方法只是进行举例，本发明可以通过本领域的技术人员公知的任何方法形成源极5和漏极6。
[0064][实施例二]
[0065]图3示出了根据本发明的另一个实施例。
[0066]在此省略实施例二与实施例一相同部分的描述，下面着重描述两者的不同之处。实施例二与实施例一的差别在于，实施例二的栅足金属308为TiW，介质层307为A1N，Al2O3或其组合，牺牲层309为两层，从上到下第一层为S12，第二层为Cr或AIN。S25步骤中，第二次刻蚀，首先采用氯基等离子体刻蚀将第一层牺牲层S12上的图形转移到第二层牺牲层Cr或AlN上。然后采用氟基等离子体刻蚀栅足金属TiW，此时掩膜层为Cr或A1N。刻蚀栅足金属同时刻蚀去除第一层牺牲层Si02。介质层307为A1N，AlN材料的刻蚀气体为Cl2,因此对其下的外延材料进行保护。避免由刻蚀损伤引起的缺陷及表面态，进而降低电流崩塌。栅足金属刻蚀完之后形成结构如图3所示。实施例二与实施例一相比，栅极金属TiW具有热稳定性好，抗辐照的优点。采用热稳定性好的TiW金属栅结构可以承受高温工艺如欧姆退火，高温外延材料再生长，注入后退火等。栅极金属热稳定性好避免了高温条件下肖特基金属和半导体界面特性的退化具有更好的可靠性。
[0067][实施例三]
[0068]图4示出了根据本发明的另一个实施例。在此省略实施例三与实施例一相同部分的描述，下面着重描述两者的不同之处。实施例三与实施例一的差别在于，实施例三中的栅极金属8为Al和TiW的组合。第一层栅极金属4081为Al，或氯基等离子体可刻蚀的其他金属材料。第二层栅极金属4082为TiW或氟基等离子体可刻蚀的其他金属材料。介质层407为AIN, A1203或其组合。其中，第一层栅极金属4081的厚度明显大于第二层栅极金属4082的厚度。该第二次刻蚀时首先采用氯基等离子刻蚀第一层厚的栅极金属材料。然后采用氟基等离子体刻蚀第二层薄的栅极金属材料。可选的，第一层栅极金属为550nm，第二层栅极金属为25nm。第二层栅极金属4082为第一层栅极金属4081的刻蚀停止层，避免氯基等离子体能刻蚀AlGaN材料。第二层金属刻蚀材料为氟基等离子体，氟基等离子体不刻蚀AlGaN材料，但是氟基注入到AlGaN中会导致2DEG浓度的变化。此时需要优化第二层金属材料的厚度，目的是，厚度能阻挡氯基等离子体刻蚀AlGaN材料，且不引入过多的氟基等离子体。由于第二层金属厚度是第一层金属厚度的十分之一，第二层金属的刻蚀时间远小于第一层金属，也就意味着氟基等离子的作用时间较短，从而最大程度的减少了第二次刻蚀对AlGaN的损害。因此实施例三与实施例一相比，避免了氯基等离子体对AlGaN材料的刻蚀。
[0069][实施例四]
[0070]图5示出了根据本发明的另一个实施例。
[0071]在此省略实施例四与实施例一相同部分的描述，下面着重描述两者的不同之处。实施例四与实施例一的差别在于，实施例四中的栅极金属为Al、Cr或氯基等离子体可刻蚀的金属材料和TiW或氟基等离子体可刻蚀的金属材料周期性排列组成的多层金属，且其多层金属中每一层的厚度以靠近所述半导体层为下方向，从上到下递减。可选的，以四层为例，第一层金属为500nm,第二层金属为50nm,第三层金属为5nm,第四层金属为0.5nm等。图5所示栅极金属5081为Al、栅极金属5082为TiW。总的金属层数可以是奇数也可以是偶数。其制备方法与实施例一的差别在于栅足金属需要多次氟基等离子体和氯基等离子体分别进行刻蚀，如第一层金属采用氯基等离子体刻蚀，第二层金属采用氟基等离子体刻蚀，第三层金属采用氯基等离子体刻蚀，第四层金属采用氟基等离子体刻蚀，等。由于金属层厚度递减，每层金属与相邻金属厚度差别可控制在氟基等离子体和氯基等离子体对不同材料的刻蚀选择比范围内。因此，刻蚀上层金属时对下层金属的刻蚀可忽略。此外，采用多层金属能更好地控制刻蚀深度，一致性更好。此外，最后一层栅足金属材料厚度非常薄，刻蚀时间非常短，因此对AlGaN材料没有影响。采用该方法可制备得到肖特基栅。肖特基栅寄生电容小，器件频率特性好，因此可用于制备高频氮化镓微波器件。
[0072]同时，作为本发明的一个改进，以实施方式三或四的方法制备得到的亚微米栅长AlGaN/GaN HEMT器件，其具有与现有器件不一样的栅极，具体地，该栅极只有栅足或包括栅帽和栅足，栅帽露出在钝化层上，并与栅足接触。栅足由多层金属组成，该多层金属为一层Al、一层TiW成周期性交替而成或者仅为一层Al和一层TiW，其中以靠近所述半导体层为下方向，该多层金属中每一层的厚度由上往下递减。
[0073]进一步地，在栅足与半导体层之间还可设置一层绝缘介质层，该绝缘介质层与栅足、半导体层一起形成MIS栅结构。该绝缘介质层为AIN、SiN、S12或Al2O3中的一种或多种。
[0074]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种亚微米栅长GaN HEMT器件制备方法，包括半导体外延工艺、栅极制作工艺和源、漏极制作工艺，所述半导体外延工艺是在基片上生长出所述GaN HEMT器件的半导体层，其特征在于:所述栅极制作工艺包括步骤: 1)在所述半导体层上制作栅极金属层； 2)在所述栅极金属层上制作牺牲层； 3)在所述牺牲层上进行光刻，制作具有栅极图形的光刻胶掩膜； 4)第一次刻蚀，将光刻胶掩膜中的栅极图形转移到所述牺牲层上； 5)缩小转移到所述牺牲层上的栅极图形的线宽，使所述栅极图形的线宽达到亚微米级； 6)第二次刻蚀，采用氟基等离子体或氯基等离子体刻蚀或上述两种等离子体交替刻蚀，将所述步骤5)之后的牺牲层上的栅极图形转移到所述栅极金属层上，形成栅足金属。
2.如权利要求1所述的一种亚微米栅长GaNHEMT器件制备方法，其特征在于:所述栅足金属层由多层金属组成，其中以靠近所述半导体层为下方向，该多层金属中每一层的厚度由上往下递减。
3.如权利要求1所述的一种亚微米栅长GaNHEMT器件制备方法，其特征在于:在所述第6)步第二次刻蚀之后增加以下步骤: 7)沉积钝化层，抛光钝化层表面； 8)在所述钝化层上形成与栅足金属连接的栅帽金属，得到包括栅足和栅帽的栅极。
4.如权利要求3所述的一种亚微米栅长GaNHEMT制备方法，其特征在于:所述栅极的形状为T形，Γ形或梯形。
5.如权利要求2所述的一种亚微米栅长GaNHEMT器件制备方法，其特征在于:所述多层金属为一层Al、一层TiW成周期性交替而成或者仅为一层Al和一层TiW。
6.如权利要求1或2所述的一种亚微米栅长GaNHEMT器件制备方法，其特征在于:缩小转移到所述牺牲层上的栅极图形的线宽的方法为湿法腐蚀和/或干法刻蚀。
7.如权利要求1或2所述的一种亚微米栅长GaNHEMT器件制备方法，其特征在于:所述牺牲层为SiNx、Si02、S1N、PSG、TiW、Cr、AlN中的一种或多种，所述牺牲层可以是一层也可以是多层。
8.如权利要求1所述的一种亚微米栅长GaNHEMT器件制备方法，其特征在于:可在制作栅极金属层前先在所述半导体层上制作一层绝缘介质层形成MIS栅结构，所述绝缘介质层为AlN、SiN、S12或Al2O3中的一种或多种。
9.如权利要求1所述的一种亚微米栅长GaNHEMT制备方法，其特征在于:所述源、漏极制作工艺和所述栅极制作工艺的顺序可互为先后。
10.一种使用权利要求1-9任意一项所述的方法制备的亚微米栅长GaNHEMT器件，包括半导体层以及位于半导体层上的栅极、源极和漏极，其特征在于:所述栅极包括栅足所述栅足由多层金属组成，其中以靠近所述半导体层为下方向，该多层金属中每一层的厚度由上往下递减。
11.如权利要求10所述的亚微米栅长GaNHEMT器件，其特征在于:所述栅极进一步包括栅帽，所述栅帽露出在钝化层上，并与所述栅足接触。
12.如权利要求10所述的亚微米栅长GaNHEMT器件，其特征在于:所述多层金属为一层Al、一层TiW成周期性交替而成或者仅为一层Al和一层TiW。
13.如权利要求10所述的亚微米栅长GaN HEMT器件，其特征在于:所述栅足与所述半导体层之间还设有一层绝缘介质层，该绝缘介质层与所述栅足、所述半导体层一起形成MIS栅结构，所述介质层为AIN、SiN, S12或Al2O3中的一种。
【文档编号】H01L21/335GK104393037SQ201410486993
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月22日 优先权日:2014年9月22日
【发明者】裴轶, 张乃千, 邓光敏 申请人:苏州能讯高能半导体有限公司