[发明专利]一种低噪声GaN HEMT器件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种低噪声GaN HEMT器件的制备方法，利用可显著提高沟道中二维电子气束缚作用的组分渐变AlGaN背势垒结构改善GaN HEMT器件噪声性能，通过栅侧高介场板和高稳定TaN栅的制作提高器件耐压特性和温度稳定性，从而在改善低噪声GaN HEMT器件的噪声性能的基础下提高器件承受高输入功率的能力，属于半导体器件制备的技术领域。

技术背景

GaN基宽禁带半导体材料具有宽带隙、高临界击穿场强、耐高温以及抗化学腐蚀性好等优点，采用AlGaN/GaN异质结制作的GaN HEMT器件具有和GaAs PHEMT相近的噪声特性。同时由于GaN HEMT具有的高击穿电压的特性，使低噪声GaN HEMT器件具有可承受高输入功率的能力。这将有利于降低TR组件中接收支路对限幅器的要求，甚至可以取消低噪声放大器前的限幅器。限幅器通常采用二极管来实现，不仅体积大还会带来附近的系统噪声。因此，降低限幅器要求或取消限幅器可以有效降低系统噪声，减小芯片尺寸。同时，低噪声GaN HEMT器件和功率GaN HEMT器件在材料结构上具有较大的相似性，这样可以设计出兼容低噪声GaN HEMT以及功率GaN HEMT的材料结构，实现两种器件的单片集成。将有利于实现多功能GaN MMIC芯片的研制。

目前，为了提高GaN HEMT器件的噪声特性，需要提高器件的频率特性。主要通过降低源漏寄生电阻以及降低栅长的方法来实现。源漏寄生电阻包括欧姆接触电阻和沟道寄生电阻。由于用于研制GaN HEMT器件的材料方阻都很高，因此沟道寄生电阻对器件的性能影响更大。为此，可以通过减小源漏间距的方法来减低沟道寄生电阻。同时，为了降低栅侧寄生电容，不能采用功率GaN HEMT器件采用的场板结构来降低栅侧峰值电场，从而提高器件的击穿电压。源漏间距减小以及场板结构的取消将导致GaN HEMT耐压能力的下降，因此也就无法实现高耐受功率的能力。影响GaN HEMT器件耐受能力的因素除了击穿还有栅的正向电流承受能力。高输入功率不仅会导致器件反向电压逐渐增加，还会导致栅偏置向正向移动，从而导致栅开启。栅开启后会有大的电流通过，从而导致器件性能的下降以及失效。本发明，针对低噪声GaN HEMT器件遇到的这些问题，通过背势垒、介质场板等技术，保证器件具有低噪声的同时也可以实现高输入功率的承受。

发明内容

本发明提出的是一种低噪声GaN HEMT器件的制备方法，其目的是针对低噪声GaN HEMT器件遇到的这些问题，采用组分渐变AlGaN背势垒结构提高器件噪声性能。采用高介场板结构来抑制栅侧峰值电场的分布，从而提高器件反向击穿电压。采用高稳定TaN栅来提高栅在正向导通后的稳定性。采用本方法实现的低噪声GaN HEMT器件可以在实现低噪声系数的基础上承受高的输入功率。

本发明的技术解决方案：一种低噪声GaN HEMT器件的制备方法，包括如下工艺步骤：

1）利用MOCVD设备在半绝缘SiC或蓝宝石衬底上生长含组分渐变背势垒的AlGaN/GaN异质结材料；

2）在清洁的含组分渐变背势垒AlGaN/GaN异质结材料上，通过甩正胶、曝光、显影在样品上定义介质场板图形，通过低温介质沉积方法，在样品上沉积多层高介电常数介质材料，通过正胶剥离的方法，形成介质场板；

3）在步骤2）获得的样品上，通过甩正胶、曝光、显影在样品上定义源漏区域，利用等离子体刻蚀方法去除源漏区域原位钝化Si₃N₄、表层的GaN帽层以及部分势垒层材料，然后蒸发源漏金属，利用正胶剥离的方法形成欧姆接触金属，在氮气氛下利用快速退火形成欧姆接触；

4）在步骤3）获得的样品上通过甩正胶、曝光、显影形成隔离光刻图形，利用离子注入方法形成器件的隔离区域，利用丙酮/乙醇，通过超声的方法去除光刻胶隔离掩模；

5）在步骤4）获得样品上利用电子束设备，通过甩正胶、曝光、显影，形成栅图形，通过氟基等离子刻蚀原位钝化Si₃N₄材料，然后通过溅射和蒸发相结合的方法，在表面沉积TaN/Ti/Ni/Au栅金属，通过正胶剥离的方法形成Γ型栅；

6）利用等离子沉积方法，在样品表面沉积Si₃N₄/SiO₂/Si₃N₄多层表面钝化介质；