一种耦合板HEMT器件及其制备方法与流程

一种耦合板hemt器件及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种耦合板hemt器件及其制备方法。


背景技术：

2.algan/gan异质结高电子迁移率晶体管(hemt)由于具备高饱和电子速度、高电子浓度和高迁移率等特性，已被广泛应用于新能源汽车、轨道交通以及智能快充等领域。
3.近年来，gan hemt高频和高耐压的性能取得了长足的进步，很大程度上得益于外延材料制备和新结构技术的发展。通过引入各种场板结构降低栅极靠近漏极侧的电场峰值，可以实现更高耐压的gan hemt，但是大面积的场板同时也引入了大的寄生电容，降低了器件的开关特性，从而限制了器件的高频应用。由此可见，现有的gan hemt无法兼具高频特性和高耐压特性。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种耦合板hemt器件及其制备方法。
5.本发明实施例一方面所采取的技术方案是：
6.一种耦合板hemt器件，包括：
7.基底层；
8.源极，设置在所述基底层的一侧；
9.漏极，设置在所述基底层的设置有所述源极的一侧；
10.耦合板，包括栅极、第一钝化层、第二钝化层和感应金属板，所述栅极设置在所述基底层的设置有所述源极的一侧，所述栅极为t型栅，所述第一钝化层设置在所述基底层的设置有所述源极的一侧，所述第二钝化层设置在所述第一钝化层远离所述基底层的一侧，所述感应金属板设置在所述第一钝化层和所述第二钝化层之间，所述感应金属板在垂直空间上与所述栅极的栅帽部分重叠，所述感应金属板位于所述源极和所述漏极之间靠近所述漏极的一侧，所述栅极位于所述感应金属板远离所述漏极的一侧，所述感应金属板不接触所述栅极。
11.作为一种可选的实施方式，所述基底层包括：
12.衬底；
13.缓冲层，设置在所述衬底的一侧；
14.沟道层，设置在所述缓冲层远离所述衬底的一侧；
15.势垒层，设置在所述沟道层远离所述缓冲层的一侧，所述势垒层远离所述沟道层的一侧设置有所述源极。
16.作为一种可选的实施方式，所述衬底包括金刚石衬底、蓝宝石衬底、gan衬底、硅衬底和碳化硅衬底中的任意一种。
17.作为一种可选的实施方式，所述缓冲层的材料包括gan、algan、inalgan和ingan中的任意一种或几种的组合。
18.作为一种可选的实施方式，所述势垒层采用algan制备而成，所述势垒层的ingan中in组分为20-40％。
19.作为一种可选的实施方式，所述第一钝化层采用al2o3和sio2中的任意一种制备而成。
20.作为一种可选的实施方式，所述第二钝化层采用tio2、la2o3、hfo2和y2o3中的任意一种制备而成。
21.本发明实施例另一方面所采取的技术方案是：
22.一种耦合板hemt器件的制备方法，包括以下步骤：
23.制备基底层；
24.在所述基底层的一侧制备源极和漏极；
25.在所述源极、所述漏极以及所述基底层靠近所述源极的一侧上沉积第一钝化层；
26.在所述第一钝化层远离所述基底层的一侧制备感应金属板，所述感应金属板位于所述源极和所述漏极之间靠近所述漏极的一侧；
27.在所述第一钝化层远离所述基底层的一侧以及所述感应金属板上沉积第二钝化层；
28.在所述基底层靠近所述源极的一侧制备栅极，所述栅极为t型栅，所述栅极位于所述感应金属板远离所述漏极的一侧，所述栅极的栅帽在垂直空间上与所述感应金属板部分重叠，所述感应金属板不接触所述栅极；
29.在所述第二钝化层远离所述第一钝化层的一侧进行表面钝化和金属互连，完成所述耦合板hemt器件的制备。
30.作为一种可选的实施方式，所述制备基底层，包括：
31.清洗衬底；
32.在所述衬底的一侧制备缓冲层；
33.在所述缓冲层远离所述衬底的一侧制备沟道层；
34.在所述沟道层远离所述缓冲层的一侧制备势垒层。
35.作为一种可选的实施方式，所述在所述基底层靠近所述源极的一侧制备栅极，包括：
36.采用干法刻蚀和湿法刻蚀去除栅极区域、所述源极所在区域以及所述漏极所在区域的所述第一钝化层和所述第二钝化层；
37.采用电子束蒸发在所述栅极区域沉积ni/au金属，并通过剥离形成所述栅极。
38.本发明的有益效果：
39.本发明实施例的耦合板hemt器件及其制备方法，在基底层上设置包括栅极、第一钝化层、第二钝化层和感应金属板的耦合板，其中t型栅通过高介电常数的第二钝化层对感应金属板的耦合效应实现了类似于场板的作用，降低了栅极靠近漏极侧的电场峰值，有效提升了hemt器件的击穿电压，同时避免了大面积场板带来的寄生电容效应，实现了兼顾高耐压与高频率的hemt器件。
附图说明
40.图1为本发明实施例耦合板hemt器件的结构示意图；
41.图2为本发明实施例耦合板hemt器件的制备方法流程图。
42.附图标记：101、源极；102、漏极；103、栅极；104、第一钝化层；105、第二钝化层；106、感应金属板；107、衬底；108、缓冲层；109、沟道层；110、势垒层。
具体实施方式
43.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
44.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
45.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
46.近年来，gan hemt高频和高耐压的性能取得了长足的进步，很大程度上得益于外延材料制备和新结构技术的发展。通过引入各种场板结构降低栅极靠近漏极侧的电场峰值，可以实现更高耐压的gan hemt，但是大面积的场板同时也引入了大的寄生电容，降低了器件的开关特性，从而限制了器件的高频应用。由此可见，现有的gan hemt无法兼具高频特性和高耐压特性。为此，本发明实施例提出了一种耦合板hemt器件及其制备方法，在基底层上设置包括栅极、第一钝化层、第二钝化层和感应金属板的耦合板，其中t型栅通过高介电常数的第二钝化层对感应金属板的耦合效应实现了类似于场板的作用，降低了栅极靠近漏极侧的电场峰值，有效提升了hemt器件的击穿电压，同时避免了大面积场板带来的寄生电容效应，实现了兼顾高耐压与高频率的hemt器件。
47.如图1所示，本发明实施例提出了一种耦合板hemt器件，包括：
48.基底层，包括algan/gan异质结；
49.源极101，设置在基底层的一侧；
50.漏极102，设置在基底层的设置有源极101的一侧；
51.耦合板，包括栅极103、第一钝化层104、第二钝化层105和感应金属板106，栅极103设置在基底层设置有源极101的一侧，栅极103为t型栅，第一钝化层104设置在基底层的设置有源极101的一侧，第二钝化层105设置在第一钝化层104远离基底层的一侧，感应金属板106设置在第一钝化层104和所述第二钝化层105之间，感应金属板106在垂直空间上与栅极103的栅帽部分重叠，感应金属板106位于源极101和漏极102之间靠近漏极102的一侧，栅极103位于感应金属板106远离漏极102的一侧，感应金属板106不接触栅极103。
52.其中，源极101和漏极102为欧姆接触电极。
53.本发明实施例的感应金属板106上不施加任何电压。
54.作为一种可选的实施方式，基底层包括：
55.衬底107；
56.缓冲层108，设置在衬底107的一侧；
57.沟道层109，设置在缓冲层108远离衬底107的一侧；
58.势垒层110，设置在沟道层109远离缓冲层108的一侧，势垒层110远离沟道层109的一侧设置有源极101。
59.作为一种可选的实施方式，衬底107包括金刚石衬底107、蓝宝石衬底107、gan衬底107、硅衬底107和碳化硅衬底107中的任意一种。
60.作为一种可选的实施方式，缓冲层108的材料包括gan、algan、inalgan和ingan中的任意一种或几种的组合。
61.可选地，在一些实施例中，缓冲层108的厚度为2-4um，缓冲层108中还掺杂10
17
～2
×
10
19
cm-3
的铁或碳。
62.可选地，在一些实施例中，沟道层109采用gan制备而成，沟道层109的厚度为20nm-300nm。
63.作为一种可选的实施方式，功能层102的厚度为50-300nm。
64.作为一种可选的实施方式，势垒层110采用algan制备而成，势垒层110的ingan中in组分为20-40％。
65.可选地，在一些实施例中，势垒层110的厚度为20-40nm。
66.作为一种可选的实施方式，第一钝化层104采用al2o3和sio2中的任意一种制备而成。
67.可选地，在一些实施例中，第一钝化层104的厚度为50-200nm。
68.作为一种可选的实施方式，第二钝化层105采用tio2、la2o3、hfo2和y2o3中的任意一种制备而成。
69.可选地，在一些实施例中，第二钝化层105的厚度为200-1000nm。
70.基于图1的耦合板hemt器件，本发明实施例提供了一种耦合板hemt器件的制备方法，如图2所示，该制备方法包括以下步骤s201-s207：
71.s201、制备基底层；
72.其中，基底层中包括algan/gan异质结。
73.具体地，在本发明的实施例中，基底层包括衬底、缓冲层、沟道层和势垒层。
74.s201可以进一步划分以下步骤s2011-s2014：
75.步骤s2011、清洗衬底；
76.其中，本发明实施例选用的衬底包括金刚石衬底、蓝宝石衬底、gan衬底、硅衬底和碳化硅衬底中的任意一种。
77.具体地，在本发明的实施例中，依次采用丙酮、酒精和去离子水对衬底进行超声清洗10min，并在衬底超声清洗完成后，将衬底吹干。
78.可选地，在一些实施例中，衬底的超声清洗完成后，用氮气枪将衬底吹干。
79.步骤s2012、在衬底的一侧制备缓冲层；
80.其中，缓冲层的材料包括gan、algan、inalgan和ingan中的任意一种或几种的组
合，并掺杂10
17
～2
×
10
19
cm-3
铁或碳。
81.具体地，在本发明的实施例中，缓冲层的生长温度为1000-1200℃，生长厚度为2-4um。
82.步骤s2013、在缓冲层远离衬底的一侧制备沟道层；
83.具体地，在本发明的实施例中，采用mocvd在缓冲层远离衬底的一侧生长沟道层。
84.可选地，在一些实施例中，沟道层采用gan制备而成，沟道层的生长温度为950-1250℃，沟道层的厚度为20nm-300nm。
85.步骤s2014、在沟道层远离缓冲层的一侧制备势垒层。
86.具体地，在本发明的实施例中，采用mocvd在沟道层远离缓冲层的一侧制备势垒层。
87.可选地，在一些实施例中，势垒层采用algan制备而成，势垒层的生长温度为950-1250℃，沟道层的厚度为20nm-40nm，势垒层的ingan中in组分为20-40％。
88.s202、在基底层的一侧制备源极和漏极；
89.其中，源极和漏极为欧姆接触电极。
90.s203、在源极、漏极以及基底层靠近源极的一侧上沉积第一钝化层；
91.其中，第一钝化层采用al2o3和sio2中的任意一种制备而成。
92.具体地，在本发明的实施例中，采用peald在源极、漏极以及基底层靠近源极的一侧上沉积第一钝化层，其中第一钝化层的生长温度为200-500℃，生长厚度为50-200nm。
93.s204、在第一钝化层远离基底层的一侧制备感应金属板；
94.其中，感应金属板位于源极和漏极之间靠近漏极的一侧。
95.具体地，在本发明的实施例中，采用电子束蒸发法沉积ti/au叠层金属，并经剥离形成感应金属板。
96.s205、在第一钝化层远离基底层的一侧以及感应金属板上沉积第二钝化层；
97.其中，第二钝化层采用tio2、la2o3、hfo2和y2o3中的任意一种制备而成。
98.可选地，在一些实施例中，第二钝化层的生长厚度为200-1000nm。
99.s206、在基底层靠近源极的一侧制备栅极；
100.其中，栅极为t型栅，栅极位于感应金属板远离漏极的一侧，感应金属板在垂直空间上与栅极的栅帽部分重叠，且栅极不与感应金属板接触。
101.s206可以进一步划分以下步骤s2061-s2062：
102.步骤s2061、采用干法刻蚀和湿法刻蚀去除栅极区域、源极所在区域以及漏极所在区域的第一钝化层和第二钝化层；
103.步骤s2062、采用电子束蒸发在栅极区域沉积ni/au金属，并通过剥离形成栅极。
104.s207、在第二钝化层远离第一钝化层的一侧进行表面钝化和金属互连，完成耦合板hemt器件的制备。
105.其中，表面钝化选用的材料包括si3n4、sio2、aln中的任意一种，金属互连是在表面钝化后在源极、漏极以及栅极进行开窗、电极加粗加厚的处理。
106.根据步骤s201-s207可知，本发明的实施例的耦合板hemt器件及其制备方法在基底层上设置包括栅极、第一钝化层、第二钝化层和感应金属板的耦合板，其中t型栅通过高介电常数的第二钝化层对感应金属板的耦合效应实现了类似于场板的作用，降低了栅极靠
近漏极侧的电场峰值，有效提升了hemt器件的击穿电压，同时避免了大面积场板带来的寄生电容效应，实现了兼顾高耐压与高频率的hemt器件。
107.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。