專利名稱：贗配高電子遷移率晶體管及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種贗配高電子遷移率晶體管，具體地說是一種砷化鎵銦/砷化鎵鋁/砷化鎵贗配高電子遷移率晶體管，本發(fā)明同時公開了其制造方法。
背景技術：
隨著科技的發(fā)展，各種微波應用系統(tǒng)迫切需要適用于高頻率特性的電子器件，基于化合物半導體的電子器件在微波系統(tǒng)中發(fā)揮著不可替代的作用。通過人們的不斷努力，基于化合物半導體的電子器件的應用從較低頻如S、X、Ku波段逐漸延伸至8mm甚至3mm波段。使用頻率逐漸提升的過程中，器件也要不斷的優(yōu)化調(diào)整，最常用的手段是柵結(jié)構的優(yōu)化，以減小柵的寄生電容，這些手段包括縮小柵腳的線寬、減小柵帽的尺寸、降低柵金屬保護介質(zhì)的介電常數(shù)等。在實際制作中，柵腳線寬小到一定程度就會產(chǎn)生短溝道效應；柵帽尺寸太小，則柵阻偏大，也不利于提升器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的:本發(fā)明的目的是提出的是一種極大幅度的降低柵寄生電容，提升器件的頻率特性的贗配高電子遷移率晶體管，本發(fā)明同時公開了其制作方法。技術方案:本發(fā)明通過如下技術方案實現(xiàn):一種贗配高電子遷移率晶體管，包括InGaAs溝道、AlGaAs勢壘層、低摻雜砷化鎵層及高摻雜砷化鎵層，低摻雜砷化鎵層在InGaAs溝道及AlGaAs勢壘層上；高摻雜砷化鎵層在低摻雜砷化鎵層上；高摻雜砷化鎵層上設置源電極和漏電極；源電極和漏電極之間設置第一凹槽；在第一凹槽中設置第二凹槽；柵電極金屬位于第二凹槽上；在柵金屬表面設置第一介質(zhì)層，在晶體管表面設置第二介質(zhì)層，第一介質(zhì)層與第二介質(zhì)層之間形成空洞。InGaAs溝道層厚度為5納米-20納米，AlGaAs勢壘層厚度為20納米。源電極與漏電極之間的間距為I微米-2.5微米。第一介質(zhì)層為氮化硅或二氧化硅，厚度為15-60納米。第二介質(zhì)層是低溫生長的氮化硅或二氧化硅，其生長溫度為20_180°C?？斩次挥跂烹姌O金屬兩側(cè)的第二介質(zhì)層之下。一種贗配高電子遷移率晶體管的制造方法，包括以下步驟:I)在襯底上采用MBE依次形成緩沖層、溝道及勢壘層、低摻雜砷化鎵層、高摻雜砷化鎵層；2)在高摻雜砷化鎵層上形成第一歐姆接觸區(qū)作為源電極；3)在高摻雜砷化鎵層上形成第二歐姆接觸區(qū)作為漏電極；4)在源電極和漏電極之間利用干法或者濕法刻蝕的方法去除高摻雜砷化鎵層形成第一凹槽；5)第一在凹槽內(nèi)，利用電子束直寫或光刻技術以提供掩膜,制作第二凹槽；6)選擇電子束蒸發(fā)或者濺射的方式，淀積柵電極金屬；
7)利用PECVD生長第一介質(zhì)層；8 )在器件表面涂薄膠層；9) 20_180°C的低溫環(huán)境下用PE-CVD、ICP-CVD等設備生長第二介質(zhì)層；10)在介質(zhì)層(13)的表面，靠近源電極和漏電極的位置，利用掩膜光刻小孔并采用干法刻蝕至膠層的表面，形成所需大小的小孔；11)利用濕法有機溶劑等方式，通過刻蝕出的小孔去除所涂上的膠層，以形成空洞。有益效果:本發(fā)明通過形成特殊的器件形貌結(jié)構；并通過涂膠、生長介質(zhì)、以及去除犧牲膠層的工藝途徑，在柵電極的兩側(cè)形成很大的真空空洞，極大幅度的降低柵的寄生電容，大幅度的提高器件的頻率特性。


:圖1是常規(guī)砷化鎵PHEMT的剖面圖；圖2去除掉膠層的剖面圖；圖3A是利用掩膜將第一次凹槽的位置裸露的剖面圖；圖3B是將圖3A中裸露的位置刻蝕去除至設計位置的剖面圖；圖3C是3A、3B中去除第一掩膜后，用第二掩膜定義第二次凹槽位置，并刻蝕去除至設計位置形成凹槽的剖面圖；圖3D是在制作第二次凹槽后，淀積柵電極金屬的剖面圖；圖3E是去除第二掩膜，并生長器件表面保護介質(zhì)的剖面圖；圖3F是在器件表面涂上膠層14的剖面圖；圖3G是利用等離子體去膠的工藝方式，將所涂的膠層14去除掉一部分的剖面圖；圖3H是利用低溫環(huán)境在器件表面生長介質(zhì)層13的剖面圖；圖31是器件的俯視圖；圖3J完全去除掉特定膠層14的剖面圖；圖4A是是和圖3F的另一實施例的剖面圖；圖4B是是和圖3G另一實施例的剖面圖；圖4C是是和圖3J另一實施例的剖面圖；其中I是襯底、2是緩沖層、3是AlGaAs勢壘層、4是低摻雜砷化鎵層、5是高摻雜砷化鎵層、6是源電極、7是漏電極、8是凹槽、9是凹槽、10是柵電極金屬、11是第一介質(zhì)層、12是空洞、13是第二介質(zhì)層、14是膠層、40是介質(zhì)層、41是第一掩模、42是第二掩模、43是第三掩膜、44是小孔。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明進行進一步詳述:本發(fā)明涉及一種贗配高電子遷移率晶體管，圖2為本發(fā)明的實施例的器件32與33。器件32中I為襯底，2為緩沖層，3為溝道及勢壘層，4為低摻雜砷化鎵層，5為高摻雜砷化鎵帽層。襯底I為砷化鎵材料，緩沖層2位于襯底和溝道層之間，主要用來作為過渡及構建勢壘作用，以減小有源層往襯底的漏電，緩沖層一般采用超晶格結(jié)構，這種應用較為普遍，不再進一步描述。溝道及勢壘層3為砷化鎵銦及砷化鎵鋁材料，砷化鎵銦及砷化鎵鋁分別是由于它們相對于砷化鎵的高電子遷移率及高勢壘而被選為溝道層及勢壘層的材料，一般地，砷化鎵銦中銦的含量越高，其電子遷移率則越高，砷化鎵鋁的勢壘同樣隨鋁含量的增加而提高。但是，因為和砷化鎵材料晶格匹配的需要，溝道層中銦的組分最好在0.2-0.35之間，而勢壘層中鋁的組分也不能超過0.34 ;溝道層厚度為5納米到20納米，勢壘層厚度為20納米左右，有時候為了提升器件的頻率特性，可適當?shù)慕档退鼈兊暮穸取５蛽诫s砷化鎵層4是為了調(diào)節(jié)柵電極及漏電極的之間的電場大小及分布，具體作用可參考相關文獻。高摻雜砷化鎵帽層5用于制作源漏電極，為了獲得良好的歐姆接觸電阻，其摻雜濃度為5X1018cm-3 以上。在帽層5上提供歐姆接觸電極6作為源電極，歐姆接觸電極7作為漏電極，源電極6和漏電極7可以是AuGeNi或者任何其它可與帽層形成歐姆接觸的合適的材料，源電極6和漏電極7上的金屬優(yōu)選的采用電子束蒸發(fā)形成，并在400oC的高溫下快速退火50s左右，在快速退火過程中需氮氣(N2)或者任何其它合適的惰性氣體保護源電極6和漏電極7的金屬不被氧化。如前所述，源電極6和漏電極7的間距一般為I微米到2.5微米。源電極6和漏電極7的高度相同，根據(jù)選擇需要，一般為300納米到800納米。在源歐姆接觸電極和漏歐姆接觸電極之間的帽層層上制作一凹槽8，凹槽8的形成可采用干法或者濕法刻蝕的方法，優(yōu)選的刻蝕方法為干法刻蝕，包括反應離子刻蝕(RIE)和電感耦合等離子體刻蝕(ICP)，干法刻蝕砷化鎵的方法可采用三氯化硼及六氟化硫(BC13/SF6的混合氣體，該法利用的較為廣泛，這里不詳細介紹。凹槽9的寬度為0.4微米到0.8微米，凹槽9位于源電極與漏電極之間的中心位置，深度即為帽層的厚度，一般在20納米至200納米的范圍內(nèi)。在凹槽8的中制作另一凹槽9，凹槽9的形成一般采用干法或者濕法刻蝕的方法，優(yōu)選的刻蝕方法為濕法刻蝕。凹槽9的寬度為0.08微米到0.18微米，凹槽9位于凹槽8的中心位置，深度即為低摻雜砷化鎵層(4)的厚度，一般在10納米至30納米的范圍內(nèi)。在凹槽9上淀積柵電極金屬10。柵電極金屬10的底部寬度取決于凹槽9的寬度，柵電極金屬10的底部完全位于凹槽9以內(nèi)，并且寬度和凹槽9的寬度一致；柵電極金屬10的高度根據(jù)選擇需要，一般為300納米到1000納米；柵電極金屬10的最大寬度根據(jù)選擇需要，一般為300納米到700納米。柵電極金屬可選擇但不限于Ti/Pt/Au、Ti/Al，淀積的方法可選擇但不限于電子束蒸發(fā)。在器件的表面生長第一介質(zhì)層11，用于保護器件。第一介質(zhì)層11可選擇但不限于氮化硅(SiN)、二氧化硅(Si02)，生長的方法可選擇但不限于PECVD、ICPCVD，介質(zhì)層11的厚度一半為15納米到60納米的范圍內(nèi)。在器件的表面涂膠層14，用于作為犧牲層。膠層14可選擇但不限于PMG1、PMMA,ZEP膠，根據(jù)源電極6、漏電極7、柵電極10的間距、高度、寬度等，選擇的旋轉(zhuǎn)涂膠方式的轉(zhuǎn)速一般為 2000rpm 到 6000rpm。生長低溫第二介質(zhì)層13，用于覆蓋膠層14。第二介質(zhì)層13包括氮化硅(SiN)或二氧化硅(Si02)介質(zhì)等，生長溫度一般為20°C到180°C，生長方式包括PE-CVD、ICP-CVD等?？斩?2為去除犧牲膠層14后形成。
圖3A-3J為本實施例的實施方案，包括在帽層上形成凹槽8、在低參雜層上凹槽8內(nèi)形成凹槽9，在凹槽9上利用掩膜輔助作用形成“Y”型的柵金屬10，在器件表面涂上膠層14并減薄至設計厚度，在膠層14上生長第二介質(zhì)層13，在源電極、漏電極邊緣制作小孔群44，通過小孔群44去除膠層14形成空洞12。如前所述，在襯底I上采用MBE或者其他任何合適的生長方法依次外延生長形成緩沖層2、溝道層及勢壘層3，低摻雜層4，高摻雜層5，并在高摻雜層5上形成源歐姆接觸電極6和漏歐姆接觸電極7。對帽層上的凹槽進行構圖，以便刻蝕形成凹槽8。如圖3A所示，在器件的表面形成第一掩模41,以便對器件不需要形成凹槽的地方進行保護,第一掩模41優(yōu)選的材料為光刻膠，其厚度在I微米左右，以便起到阻擋刻蝕的作用；如圖3B所示，利用前面所述的刻蝕方法對帽層5進行刻蝕并刻蝕至帽層底部，使得凹槽8的深度和帽層的厚度相等。凹槽8刻蝕形成后，去除第一掩模41，如圖3C，，并在凹槽的表面形成第二掩膜42，第二掩模42的材料為光刻膠，其在凹槽8位置處的厚度在400納米到700納米。通過光刻或電子束直寫等技術，定于出凹槽9的位置以及寬度，再通過烘膠等方式，將第二掩膜42開出窗口處的膠型制作成所需的“Y”形，以便于柵金屬的淀積以及減小柵金屬寄生電容。凹槽9的制作是在掩模42的窗口形成后進行的，凹槽9刻蝕的深度和低摻雜層4的厚度是一致的，它的制作一般采用濕法刻蝕的方法，這是由于低摻雜層4的底部與溝道層的距離過小，干法刻蝕的辦法不可避免的會對溝道層帶來一定的損傷，從而影響器件。濕法刻蝕溶液可選擇但不限于檸檬酸和雙氧水的混合液(CA/H202)，該腐蝕液的研究文獻眾多，這里不再詳述。凹槽9完成以后，再次通過光刻或電子束直寫技術，在凹槽9的正上方設置第三掩膜43，在第三掩膜43上開窗口并定義出柵電極金屬的最大寬度，通過電子束蒸發(fā)等方法在窗口內(nèi)進行柵金屬的淀積，柵金屬的結(jié)構形成了“Y”型這一結(jié)構。柵金屬結(jié)構形成后，用柵剝離技術去除掩膜42、43，并生長完成介質(zhì)保護層11，如圖3D-3E.
在器件表面涂上膠層14，如圖3F。該膠需要具有經(jīng)歷過約200°C溫度烘烤，但仍然可以較方便的用濕法有機溶劑去除的性質(zhì)，典型的如PMG1、PMMA, ZEP等膠。膠層14的厚度選擇要根據(jù)之前制作的器件結(jié)構來定，一般需要滿足膠層14覆蓋上柵電極金屬10，以方便如圖3G中，在用等離子體減小膠層14的厚度時，仍然能保證膠層具有較厚的厚度。膠層14在凹槽8處的厚度一般為500nm到llOOnm，通過等離子體減小膠層14的厚度后，其在凹槽8處的厚度一般為200nm到700nm.如圖3G中，膠層14在通過等離子減小厚度后，其表面要在覆蓋源電極和漏電極處的介質(zhì)層11之下，根據(jù)需要，膠層表面比源電極和漏電極處的介質(zhì)層表面低約50nm。膠薄膠層的厚度后，在表面生長低溫第二層質(zhì)層13，如圖3H。該介質(zhì)層的主要要求為生長溫度，一般在20°C到200°C，在滿足這一要求的前提下，盡量采用較為致密的介質(zhì)，優(yōu)選為ICP-CVD生長的氮化硅或PE-CVD生長的氧化硅。介質(zhì)層13的厚度一般為150納米至400納米。圖31為器件的俯視圖，44是在源電極和漏電極邊緣、靠器件的內(nèi)側(cè)制作的小孔群，小孔為正方形，邊長一般為IOOnm到300nm，源電極或漏電極一側(cè)的小孔之間的距離一般為I微米至3微米，小孔的一半位于源電極或漏電極之上，另一半位于源電極或漏電極之外的內(nèi)側(cè)。小孔的制作需要用先形成掩膜，再用光刻或電子束方式形成窗口，然后通過干法刻蝕的辦法，將孔底刻蝕通透至如圖3H的膠層14之上。小孔制作后，通過濕法有機溶劑，如NMP、DMF、丙酮等去除膠層14，形成空洞12，如圖3J所示。圖4A-4C是源電極和漏電極金屬高度和圖3A-3J不一樣的所制作的不一樣的效果圖，如圖4C所示，最終的空洞12比圖3J所示的空間更高，柵寄生電容也會更小。
權利要求
1.一種贗配高電子遷移率晶體管，包括InGaAs溝道、AlGaAs勢壘層(3)、低摻雜砷化鎵層(4)及高摻雜砷化鎵層(5)，其特征在于:低摻雜砷化鎵層(4)在InGaAs溝道及AlGaAs勢壘層(3 )上；高摻雜砷化鎵層(5 )在低摻雜砷化鎵層(4 )上；高摻雜砷化鎵層(5 )設置源電極(6)和漏電極(7);源電極(6)和漏電極(7)之間設置第一凹槽(8);在第一凹槽(8)中設置第二凹槽(9);柵電極金屬(10)位于第二凹槽(9)上；在柵金屬表面設置第一介質(zhì)層(11),在晶體管表面設置第二介質(zhì)層(13)，第一介質(zhì)層(12)與第二介質(zhì)層(13)之間形成空洞(12)。
2.如權利要求1所述的一種贗配高電子遷移率晶體管，其特征在于:所述InGaAs溝道層厚度為5納米-20納米，AlGaAs勢壘層厚度為20納米。
3.如權利要求1所述的一種贗配高電子遷移率晶體管，其特征在于:源電極(6)與漏電極(7)之間的間距為I微米-2.5微米。
4.如權利要求1所述的一種贗配高電子遷移率晶體管，其特征在于:第一介質(zhì)層(11)為氮化硅或二氧化硅，厚度為15-60納米。
5.如權利要求1所述的一種贗配高電子遷移率晶體管，其特征在于:第二介質(zhì)層(13)是低溫生長的氮化硅或二氧化硅，其生長溫度為20-180°C。
6.如權利要求1所述的一種贗配高電子遷移率晶體管，其特征在于:空洞(12)位于柵電極金屬(10)兩側(cè)的第二介質(zhì)層(13)之下。
7.如權利要求1的一種贗配高電子遷移率晶體管的制造方法，其特征在于:包括以下步驟: 1)在襯底(I)上采用MBE依次形成緩沖層(2)、溝道及勢壘層(3)、低摻雜砷化鎵層(4)、高摻雜砷化鎵層(5)； 2)在高摻雜砷化鎵層(5)上形成第一歐姆接觸區(qū)(6)作為源電極； 3)在高摻雜砷化鎵層(5)上與第一歐姆接觸區(qū)(6)間距間形成第二歐姆接觸區(qū)(7)作為漏電極； 4)在源電極和漏電極之間利用干法或者濕法刻蝕的方法去除高摻雜砷化鎵層(5)形成第一凹槽(8)； 5)在第一凹槽(8)內(nèi)，利用電子束直寫或光刻技術以提供掩膜，制作第二凹槽(9)； 6)選擇電子束蒸發(fā)或者濺射的方式，淀積柵電極金屬(10)； 7)利用PECVD生長保護第一介質(zhì)層(11)； 8)在器件表面涂薄膠層(14); 9)20-180°C的低溫環(huán)境下用PE-CVD、ICP-CVD等設備生長第二介質(zhì)層(13)； 10)在介質(zhì)層(13)的表面，靠近源電極和漏電極的位置，利用掩膜光刻小孔并采用干法刻蝕至膠層(14)的表面，形成所需大小的小孔； 11)利用濕法有機溶劑等方式，通過刻蝕出的小孔去除所涂上的膠層(14)，以形成空洞(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種贗配高電子遷移率晶體管，包括InGaAs溝道、AlGaAs勢壘層、低摻雜砷化鎵層及高摻雜砷化鎵層，低摻雜砷化鎵層在InGaAs溝道及AlGaAs勢壘層上；高摻雜砷化鎵層在低摻雜砷化鎵層上；高摻雜砷化鎵層上設置源電極和漏電極；源電極和漏電極之間設置第一凹槽；在第一凹槽中設置第二凹槽；柵電極金屬位于第二凹槽上；在柵金屬表面設置第一介質(zhì)層，在晶體管表面設置第二介質(zhì)層，第一介質(zhì)層與第二介質(zhì)層之間形成空洞。本發(fā)明同時涉及該晶體管的制作方法。本發(fā)明通過形成特殊的器件形貌結(jié)構；并通過涂膠、生長介質(zhì)、以及去除犧牲膠層的工藝途徑，在柵電極的兩側(cè)形成很大的真空空洞，極大幅度的降低柵的寄生電容，大幅度的提高器件的頻率特性。
文檔編號H01L29/778GK103137683SQ201210569879
公開日2013年6月5日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權日2012年12月25日
發(fā)明者章軍云, 高建峰 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所