[发明专利]一种基于自对准工艺的GaNHEMT器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于自对准工艺的GaN HEMT器件及其制造方法。

背景技术

GaN作为第三代宽禁带半导体材料的典型代表之一，与传统的半导体材料 Si、GaAs相比，具有禁带宽度宽、击穿电场大、电子饱和漂移速度高、介电常数小以及良好的化学稳定性等特点。特别是基于GaN材料的AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管(HEMT)结构具有更高的电子迁移率(高于1800cm²V^-1s^-1) 和二维电子气(2DEG)面密度(约10¹³cm^-2)，使得基于GaN材料器件在射频领域和电力电子领域都具有非常明显的优势。

栅长是GaN HEMT器件的一个关键参数，其直接关系到射频器件的截止频率和开关器件的开关速率、导通损耗。而在亚微米以下的栅长结构往往需要借助先进的光刻设备，甚至是电子束设备进行制备，这不仅增加了设备投入、器件制作的成本，同时也降低了制作效率。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于自对准工艺的GaN HEMT器件，该器件具有线宽更窄的栅凹槽。本发明的另一目的在于提供一种基于自对准工艺的GaN HEMT器件的制造方法，其利用各项同性的介质淀积和各项异性的刻蚀方法，形成在光刻基础上形成的栅长更短的栅，实现亚微米以下尺寸的栅，突破光刻设备的关键尺寸限制，并且工艺简单可控。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于自对准工艺的GaN HEMT器件，所述GaN HEMT器件的栅凹槽侧壁上保留有第二介质层。

进一步，所述第二介质层为SiO₂层。

一种基于自对准工艺的GaN HEMT器件的制造方法，所述方法包括如下步骤：

1)在衬底材料上依次生长AlN成核层、GaN缓冲层、GaN沟道层和AlGaN 势垒层；

2)将步骤1)制备的产品进行清洗，然后通过光刻、剥离的方法在源、漏淀积欧姆接触金属，并进行快速热退火形成欧姆接触；

3)在表面淀积钝化介质层，在所述钝化介质层上，利用光刻、刻蚀方法形成微米级的栅凹槽；然后通过原子层淀积方法各项同性的淀积第二介质层，再用感应耦合等离子体方法各项异性的刻蚀，刻蚀掉栅凹槽底部和台面上的第二介质层，保留凹槽侧壁的第二介质层；

4)用光刻、蒸发、剥离工艺制作栅金属；

5)栅金属完成后淀积第三介质层进行钝化保护，然后再进行一次刻孔，并淀积金属做上源场板；

6)最后再进行第四介质层淀积，二次刻孔，并在源、漏、栅电极压块金属加厚，并形成介质桥的互连。

进一步，步骤1)中所述AlN成核层的厚度为20-100nm；GaN缓冲层的厚度为1-4μm；GaN沟道层的厚度为50-500nm；AlGaN势垒层的厚度为10-50nm。

进一步，步骤4)中在栅金属淀积前，用等离子体处理修复步骤3)制备的产品表面的N缺陷。

进一步，所述第三介质层为SiO₂，所述第四介质层可以为SiO₂或SiN。

本发明具有以下有益技术效果：

在栅金属工艺中，在钝化介质上刻蚀一定宽度的凹槽直到AlGaN势垒层表面，在凹槽中淀积金属作为栅金属。凹槽的宽度即为器件的栅长。一般情况下，往往由于设备的限制和器件设计对栅长的要求，直接用光刻、刻蚀的方法无法达到要求的栅长。本方法通过在第一次刻蚀出的凹槽基础上，再用一次或多次的各项同性介质淀积和各项异性刻蚀的方法，形成宽度达到要求的凹槽，淀积金属后即形成细栅长的栅金属。

在钝化介质上，先利用一般的光刻、刻蚀方法形成微米级的栅凹槽。然后通过原子层淀积(ALD)方法各项同性的淀积第二介质层，再用感应耦合等离子体(ICP)方法各项异性的刻蚀，刻蚀掉凹槽底部和台面上的第二介质层，保留凹槽侧壁的第二介质。如此，即得到了线宽更窄的栅凹槽。最终的凹槽宽度为第一次凹槽宽度减去2倍第二介质层厚度。对深宽比比较小的栅凹槽，用一次生长刻蚀即可得到所需的线宽更小的栅凹槽。而对于深宽比比较大的栅凹槽，可以用多次的生长、刻蚀，再生长、刻蚀的方法得到最终需要线宽的栅凹槽。

附图说明

图1为本发明GaN HEMT器件材料结构示意图；

图2为本发明GaN HEMT器件制备过程中完成源、漏欧姆接触后的器件结构示意图；