一种GaN基HEMT器件栅场板结构的制备方法与流程

本发明涉及半导体器件，特别涉及一种gan基hemt器件栅场板结构的制备方法。

背景技术：

1、氮化镓（gan）作为第三代半导体的重要代表之一，具有击穿电场高、电子饱和漂移速度快、载流子迁移率高等优点，得益于此，gan基高电子迁移率晶体管（high electronmobility transistor, hemt）器件在功率电子、通讯、雷达、航空航天等领域展现出广阔的应用前景。

2、gan基hemt器件在工作过程中，其漏极将在关态高电压和开态低电压之间频繁切换，因此，gan基hemt器件在关态高电压下的可靠性极其关键。gan基hemt器件关态时，对漏极施加高电压，将在漏端栅极边缘产生高达mv/cm量级的峰值电场，过高的峰值电场会导致器件击穿失效。为抑制峰值电场，可设计场板结构调控电场分布，从而提升器件耐高压性能。场板对电场的调控效果可通过改变场板长度、形状等多维因素进行优化，因此制备过程中需要调控场板长度和形状。此外，多级场板在抑制峰值电场方面表现优异，但通常需要多次沉积金属，制备过程较复杂。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种gan基hemt器件栅场板结构的制备方法，以解决背景技术中的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种gan基hemt器件栅场板结构的制备方法，包括如下步骤：

3、步骤一：采用化学气相沉积工艺在外延片表面形成第一厚度的牺牲层，再以第二厚度的光刻胶作为掩膜层，光刻后形成栅极和栅场板区域的开孔图案，通过刻蚀牺牲层，完成开孔；

4、步骤二：采用电子束蒸镀工艺一次或多次倾斜沉积一层或多层厚度的介质层，其中多次为≥2次；

5、步骤三：采用蒸发镀膜法沉积金属，同时在光刻胶开孔区域中的外延片表面和介质层表面分别形成栅极和栅场板结构，实现栅极与栅场板的一次成型，其余金属覆盖在光刻胶上方的介质层表面；

6、步骤四：采用剥离工艺去除光刻胶及光刻胶上方的介质层和金属层，剩余牺牲层、栅极、栅场板和栅场板下方的介质层；

7、步骤五：采用腐蚀工艺去除牺牲层，保留栅极、栅场板和栅场板下方的介质层。

8、优选的，在所述步骤一中，所述外延片的结构包括由下至上依次设置的衬底、成核层、缓冲层、氮化镓沟道层和铝镓氮势垒层；所述牺牲层的材料包括但不限于sio2。

9、优选的，在所述步骤二中，介质层进行多次倾斜沉积时的倾斜角逐渐增大，所述倾斜角包括但不限于20°~70°；

10、每层介质层的厚度包括但不限于50~300nm，其厚度根据器件工作电压与栅场板级数来设定；

11、所述介质层的材料包括但不限于si3n4。

12、优选的，在所述步骤三中，所述栅极、栅场板和其余金属材料包括但不限于ni/au复合金属；

13、通过改变牺牲层的第一厚度、光刻胶的第二厚度、介质层的厚度和介质层沉积的倾斜角来进行调控所述栅极的长度，使最终形成的栅长可远远小于传统工艺实现的栅长。

14、通过改变光刻胶的开孔长度、牺牲层的第一厚度、光刻胶的第二厚度、介质层的厚度和介质层沉积的倾斜角来进行调控所述栅场板的长度。

15、本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

16、（1）本发明通过在外延片表面一次或多次预先沉积具有阶梯型结构的介质层，随后沉积金属实现栅极与栅场板的一次成型，该方法有利于简化栅极与栅场板结构的制备流程。

17、（2）本发明提出了倾斜沉积介质层的工艺方法，通过改变牺牲层的第一厚度、光刻胶的第二厚度、介质层的厚度和介质层沉积的倾斜角可调控栅极长度，最终形成的栅极长度可远远小于传统工艺实现的栅极长度。

技术特征：

1.一种gan基hemt器件栅场板结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种gan基hemt器件栅场板结构的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述外延片的结构包括由下至上依次设置的衬底、成核层、缓冲层、氮化镓沟道层和铝镓氮势垒层；所述牺牲层的材料为sio2。

3.如权利要求1所述的一种gan基hemt器件栅场板结构的制备方法，其特征在于，在所述步骤二中，介质层进行多次倾斜沉积时的倾斜角逐渐增大，所述倾斜角为20°~70°；

4.如权利要求1所述的一种gan基hemt器件栅场板结构的制备方法，其特征在于，在所述步骤三中，所述栅极、栅场板和其余金属材料为ni/au复合金属；

5.如权利要求1所述的一种gan基hemt器件栅场板结构的制备方法，其特征在于，所述栅极的长度计算公式如下：

6.如权利要求1所述的一种gan基hemt器件栅场板结构的制备方法，其特征在于，当进行一次倾斜沉积介质层时，形成有第一级栅场板，所述第一级栅场板的长度计算公式如下：

技术总结
本发明属于半导体器件技术领域，公开了一种GaN基HEMT器件栅场板结构的制备方法，所述方法包括：在外延片表面沉积牺牲层，对栅极和栅场板区域的牺牲层进行开孔；一次或多次（≥2次）倾斜沉积介质层；沉积金属形成栅极和栅场板；剥离多余的金属层和介质层；去除牺牲层。本发明提供的制备方法，能够实现栅极与栅场板的一次成型，简化制备流程，且最终形成的栅长可远远小于传统工艺实现的栅长。

技术研发人员：蔡树军,魏应强
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十八研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/25