[发明专利]具有空气腔的氮化镓微波毫米波晶体管结构及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有空气腔的氮化镓微波毫米波晶体管结构，其特征在于，包括：具有氮化镓外延结构的晶圆；栅电极、源电极和漏电极，栅电极、源电极和漏电极均位于晶圆上；表面钝化层，位于晶圆上；第一中间介质层和第二中间介质层，分别位于漏电极和源电极上；掩膜层，掩膜层位于第一中间介质层和第二中间介质层上，且掩膜层、第一中间介质层和第二中间介质层、表面钝化层、漏电极和源电极在栅电极周围围绕成一空气腔；表面保护层，表面保护层位于掩膜层上。本发明去除了源电极和漏电极之间的介质，形成一个空气腔，显著减少了源电极、栅电极和漏电极之间的寄生电容，提升了器件的频率性能。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种具有空气腔的氮化镓微波毫米波晶体管结构及制备方法。

背景技术

随着微电子技术的发展，以氮化镓为代表的第三代宽禁带半导体材料，有更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和较高的电子饱和漂移速度、稳定的化学性能、以及耐高温和抗辐射等物理性质，用氮化镓材料制作电子器件可以进一步减少芯片面积、提高工作频率、提高工作温度、降低导通电阻以及提高击穿电压等，氮化镓材料在制备微波器件方面有巨大的潜力。氮化镓以及与氮化镓同一材料体系的铝镓氮、铟铝氮等具有很高的极化系数，氮化镓与比氮化镓禁带宽度大的铝镓氮或铟铝氮形成的异质结构能够形成二维电子气，在室温下可以获得高于1500cm²/V·s的电子迁移率、高达1.5×10cm⁷/s的饱和电子速度和高于1×10¹³cm^-2的二维电子气浓度，由此基于氮化镓材料研制的高速肖特基二极管(SBD，Schottky Barrier Diode)和高电子迁移率晶体管(HEMT，High Electron MobilityTransistor)器件能够具有更低的导通电阻和更高的输出电流。另外，氮化镓材料因具有较高的临界击穿电场强度，因此可以使电子器件具有更高的击穿电压，从而使器件能够在更高的工作电压下工作，拥有更高的微波输出功率密度。跟同等输出功率的硅或者砷化镓微波晶体管相比，氮化镓的晶体管具有更高的功率附加效率，从而具有更低的能量损耗。

氮化镓微波毫米波晶体管的一个重要性能指标是其截止频率和最高振荡频率，这两个频率决定了氮化镓正常工作的最高频率。要提高氮化镓微波毫米波晶体管的截止频率和最高振荡频率，必须尽可能减少一切寄生电容，从而减少寄生电容所带来的时间延迟。另一方面，由于氮化镓微波毫米波晶体管的导电沟道距离表面很近，而氮化镓材料的表面存在大量的悬挂键和吸附很多杂质，造成大量的表面电子态，这些表面电子态会对氮化镓晶体管的性能造成很多不良影响，包括减小了沟道电流、造成器件的电流崩塌效应和高频色散效应、造成器件的长期使用不稳定和很多可靠性的问题。所以氮化镓晶体管的表面需要钝化，一般为一层300nm左右的氮化硅。为了减少空气中的氧气、水汽和杂质对氮化镓晶体管表面的影响，增加长期的稳定性，并且为了增加器件的机械稳定性能，氮化镓晶体管需要加厚钝化层，需要在300nm厚度的氮化硅上面加二氧化硅、BCB(Benzocyclobutene，苯并环丁烯)或者BPSG(Boro-phospho-silicate Glass，硼磷硅玻璃)等介质。

但是，这些表面钝化层和介质由于其较高的介电常数，增加了晶体管表面各电极之间，主要是源极与栅极时间、漏极与栅极之间的寄生电容，从而降低了器件的截止频率和最高振荡频率，减弱了器件的高频性能。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有空气腔的氮化镓微波毫米波晶体管结构及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种具有空气腔的氮化镓微波毫米波晶体管结构，包括：

具有氮化镓外延结构的晶圆；

源电极、漏电极和栅电极，所述源电极、所述漏电极和所述栅电极均位于所述晶圆上，且所述栅电极设置在所述漏电极和所述源电极之间；