[发明专利]晶体管T形栅的制造方法

说明书

本发明提出了一种用于微波、毫米波集成电路的高电子迁移率晶体管T形栅的制造方法。该方法的特点之一是利用两次散焦来形成T形栅的结构以增强其机械强度和可靠性，特点之二是在制造过程中采用了微缩步骤和热变形步骤以减少T形栅的根部腔体的尺寸，从而制造出了较小栅极长度的T形栅。

技术领域

本发明涉及用于微波、毫米波集成电路的高电子迁移率晶体管T形栅的制造方法。

背景技术

用于微波、毫米波频段的单片微波集成电路（Monolithic Microwave IntegratedCircuit，此后通称MMICs），需要在高频率下能充分增益的晶体管器件。目前可使用两种不同的晶体管器件结构来制作MMICs，一种是高电子迁移率晶体管（High Electron MobilityTransistor），简称HEMT，另一种是异质结双极晶体管（Hetero Junction BipolarTransistor），简称HBT。上述两种晶体管使用化合物半导体材料，如砷化镓铟（InGaAs）、氮化镓铟 （InGaN）、氮化镓（GaN）及相关材料制作而成。另外，制作基于HEMT或HBT的MMICs时，需使用特殊设计的外延层的晶圆或基板。本发明主要涉及到基于HEMT的MMICs，因此以下的详细说明着重在HEMT的制成和结构。

在MMICs中的HEMT，其最高工作频率fmax 是增益减小到1的频率。最高工作频率由栅极长度以及InGaAs、InGaN或GaN沟道中的电子迁移率来决定，在常用的InGaAs、InGaN 或GaN外延结构中制造X波段或Ka波段的MMICs时，所需的HEMT栅极长度Ls(见图1a)为150纳米，图1a～图1e给出了在半导体基板(105)上有不同的栅结构（110a～110e）的横截面示意图。为简化说明，上述图中（图1a～图1e）未给出漏极、源极、沟道层及钝化层。为使晶体管能工作在更高的频率下，栅极长度Ls需要为100纳米或更小，例如图1a中的简易栅结构110a，其横截面积为Ls×Hs(Hs是简易栅的高度)，在垂直于截面方向的栅串联电阻Rs一般过大，导致Rs×C时间常数太大（C是栅极110S’与半导体基板105间的电容），因此，使得该晶体管的最高工作频率fmax 受到Rs×C时间常数的限制，而不是受到载流子通过栅极下沟道的渡越时间的限制，最终导致晶体管无法工作到更高的频率。为了达到足够高的工作频率，需要足够小的串联电阻Rs和栅长度Ls，因此制造用于MMIC的高频HEMT具有相当的难度。