一种氮化物半导体器件及其制作方法与流程

本发明属于半导体的，具体涉及一种高增益宽带氮化物半导体器件及其制作方法。

背景技术：

1、单片微波集成电路(monolithic microwave integrated circuit，mmic)是一种应用于微波(甚至毫米波)频段的功能电路，它具有电路损耗小、频带宽、动态范围大、噪声低等一系列优点，这对军用电子装备和民用电子产品的开发都十分重要。与硅或砷化镓相比，gan具有更加优良的性能，如更高的击穿电压、更高的饱和电子漂移速度以及更高的导热性，高增益、大宽带gan mmic在特种应用市场有非常强大的需求。

2、gan器件的性能是决定mmic特性最核心的因素。由gan制成的宽带隙rf pa与它们的窄带隙对应物相比，提供了带宽、输出功率和效率方面的改善，但由于寄生电容等问题的存在，其射频增益和应用带宽仍然受到限制。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的不足，提供一种高增益宽带氮化物半导体器件及其制作方法。

2、为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

3、一种氮化物半导体器件，包括氮化物外延层、源极、漏极、栅极、介质材料层和阶梯源场板；氮化物外延层包括由沟道层与势垒层构成的异质结，源极、漏极和栅极位于氮化物外延层上，其中栅极位于源极和漏极之间，介质材料层覆盖氮化物外延层和栅极；阶梯源场板设于栅极和漏极之间的介质材料层中，包括与氮化物外延层间隔有介质材料层厚度为h1的第一阶部分和与氮化物外延层间隔有介质材料层厚度为h2的第二阶部分，其中h1＜h2；阶梯源场板和漏极之间的介质材料层具有一凹槽。

4、可选的，所述第一阶部分靠近所述栅极，所述第二阶部分由所述第一阶部分向所述漏极方向延伸。

5、可选的，还包括由所述第一阶部分向所述栅极方向延伸的第三阶部分，所述第三阶部分延伸至所述栅极上方并与所述栅极之间通过部分所述介质材料层间隔。

6、可选的，所述介质材料层为氮化硅(sinx)，氧化硅(siox)，氮氧化硅(sixony)，氧化铝(alox)，氮化铝(aln)，氮氧化铝(alxony)，氧化铪(hfox)中的一种或多种的组合。

7、可选的，所述介质材料层包括第一介质层和第二介质层，第一介质层设于所述氮化物外延层表面并具有让位于所述栅极的第一开口，第二介质层覆盖所述栅极及第一介质层，第二介质层具有第二开口，所述第一阶部分设于所述第二开口中，所述第二阶部分设于所述第二介质层表面。

8、可选的，栅极为t型栅结构，第一介质层的第一开口用于限定t型栅的栅根。

9、在一实施例中，h1为第一介质层的厚度，h2为第一介质层的厚度与第二介质层的厚度之和。

10、在另一实施例中，第二介质层为多层介质的叠层结构，第二开口开至叠层结构中的某一层，h1大于第一介质层的厚度，h2为第一介质层的厚度与第二介质层的厚度之和。

11、可选的，所述介质材料层还包括第三介质层，所述第三介质层覆盖所述第二介质层及所述阶梯源场板；所述凹槽底部与所述氮化物外延层之间保留有所述第一介质层。

12、可选的，还包括低介电常数表层，所述低介电常数表层填充所述凹槽；所述低介电常数表层的介电常数小于3。

13、可选的，所述第一阶部分与所述栅极的间距大于0.1微米，所述凹槽两侧壁与所述阶梯源场板和漏极的间距分别为大于0.1微米。

14、可选的，所述势垒层为algan、aln、inalgan、inaln中的任一种。

15、一种半导体器件的制作方法，包括：

16、步骤1)于氮化物外延层上形成源极、漏极和第一介质层，蚀刻第一介质层于源极和漏极之间形成第一开口，于第一开口上制作栅极；

17、步骤2)沉积第二介质层覆盖栅极和第一介质层；

18、步骤3)蚀刻第二介质层于栅极和漏极之间形成第二开口；

19、步骤4)通过光刻工艺限定阶梯源场板沉积区域，沉积金属形成阶梯源场板，所述阶梯源场板包括形成于第二开口中的第一阶部分以及形成于第二介质层表面的第二阶部分；

20、步骤5)沉积第三介质层覆盖第二介质层和阶梯源场板；

21、步骤6)通过光刻工艺限定位于阶梯源场板和漏极之间的凹槽区域，蚀刻去除凹槽区域内的第三介质层和第二介质层形成凹槽。

22、可选的，还包括步骤7)沉积介电常数小于3的低介电常数表层，低介电常数表层填充所述凹槽。

23、本发明的有益效果为：

24、通过阶梯源场板结合凹槽的设置，阶梯源场板的第一阶结构距离沟道近，可以有效调制电场，抑制栅-漏电容cgd；第二阶结构与沟道的距离拉长，可降低场板与漏极之间的源-漏电容cds，同时调节沟道内电场分布，降低电场峰值强度；凹槽位于阶梯源场板和漏端之间并具有较低的介电常数，进一步降低源漏电容cds；两者结合有效降低了寄生电容cgd和cds，提升了器件射频增益，拓宽器件应用的带宽。

技术特征：

1.一种氮化物半导体器件，其特征在于：包括氮化物外延层、源极、漏极、栅极、介质材料层和阶梯源场板；氮化物外延层包括由沟道层与势垒层构成的异质结，源极、漏极和栅极位于氮化物外延层上，其中栅极位于源极和漏极之间，介质材料层覆盖氮化物外延层和栅极；阶梯源场板设于栅极和漏极之间的介质材料层中，包括与氮化物外延层间隔有介质材料层厚度为h1的第一阶部分和与氮化物外延层间隔有介质材料层厚度为h2的第二阶部分，其中h1＜h2；阶梯源场板和漏极之间的介质材料层具有一凹槽。

2.根据权利要求1所述的氮化物半导体器件，其特征在于：所述第一阶部分靠近所述栅极，所述第二阶部分由所述第一阶部分向所述漏极方向延伸。

3.根据权利要求2所述的氮化物半导体器件，其特征在于：还包括由所述第一阶部分向所述栅极方向延伸的第三阶部分，所述第三阶部分延伸至所述栅极上方并与所述栅极之间通过部分所述介质材料层间隔。

4.根据权利要求1所述的氮化物半导体器件，其特征在于：所述介质材料层为氮化硅、氧化硅、氧化铝、氮氧化硅、氮化铝、氧化铪、氮氧化铝中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求1所述的氮化物半导体器件，其特征在于：所述介质材料层包括第一介质层和第二介质层，第一介质层设于所述氮化物外延层表面并具有让位于所述栅极的第一开口，第二介质层覆盖所述栅极及第一介质层，第二介质层具有第二开口，所述第一阶部分设于所述第二开口中，所述第二阶部分设于所述第二介质层表面。

6.根据权利要求5所述的氮化物半导体器件，其特征在于：所述介质材料层还包括第三介质层，所述第三介质层覆盖所述第二介质层及所述阶梯源场板；所述凹槽底部与所述氮化物外延层之间保留有所述第一介质层。

7.根据权利要求1所述的氮化物半导体器件，其特征在于：还包括低介电常数表层，所述低介电常数表层填充所述凹槽；所述低介电常数表层的介电常数小于3。

8.根据权利要求2所述的氮化物半导体器件，其特征在于：所述第一阶部分与所述栅极的间距大于0.1微米，所述凹槽两侧壁与所述阶梯源场板和漏极的间距分别为大于0.1微米。

9.一种氮化物半导体器件的制作方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于：还包括步骤7)沉积介电常数小于3的低介电常数表层，低介电常数表层填充所述凹槽。

技术总结
本发明公开了一种氮化物半导体器件及其制作方法，包括设于氮化物异质结外延层上的源极、漏极、栅极、介质材料层和阶梯源场板，栅极位于源极和漏极之间，阶梯源场板位于栅极和漏极之间；阶梯源场板设于介质材料层中，包括与氮化物外延层间隔有不同介质材料层厚度的第一阶部分和第二阶部分，阶梯源场板和漏极之间的介质材料层具有凹槽。通过阶梯源场板结合凹槽的设置，有效降低了寄生电容Cgd和Cds，提升了器件射频增益，拓宽器件应用的带宽。

技术研发人员：刘胜厚,梁逸航,黄冠英,王子辰,孙希国
受保护的技术使用者：厦门市三安集成电路有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13