專利名稱：一種低寄生電阻高電子遷移率器件及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高電子遷移率器件，具體涉及一種低寄生電阻高電子遷移率器件及其制備方法，屬于高電子遷移率器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高電子遷移率晶體管(HighElectron Mobility Transistors,HEMT)被普遍認(rèn)為是最有發(fā)展前途的高速電子器件之一。由于具有超高速、低功耗、低噪聲的特點(diǎn)(尤其在低溫下)，能極大地滿足超高速計(jì)算機(jī)及信號(hào)處理、衛(wèi)星通信等用途上的特殊需求，故而HEMT器件受到廣泛的重視。作為新一代微波及毫米波器件，HEMT器件無論是在頻率、增益還是在效率方面都表現(xiàn)出無與倫比的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過10多年的發(fā)展，HEMT器件已經(jīng)具備了優(yōu)異的微波、毫米波特性，已成為2 100 GHz的衛(wèi)星通信、射電天文等領(lǐng)域中的微波毫米波低噪聲放大器的主要器件。同時(shí)，HEMT器件也是用來制作微波混頻器、振蕩器和寬帶行波放大器的核心部件。目前氮化鎵基的HEMT射頻功率器件大多采用后柵工藝制造，其制造的工藝流程主要包括:首先制造源、漏電極。光刻歐姆接觸窗口，利用電子束蒸發(fā)形成多層電極結(jié)構(gòu)，剝離工藝形成源、漏接觸，使用快速熱退火(RTA)設(shè)備，在9(KTC、30 Sec氬氣保護(hù)條件下形成良好的源、漏歐姆接觸。然后光刻出需刻蝕掉的區(qū)域，并使用反應(yīng)離子束刻蝕(RIE)設(shè)備，通入氯化硼，刻蝕臺(tái)階。最后再次利用光刻、電子束蒸發(fā)和剝離工藝形成肖特基勢(shì)壘柵金屬。但是隨著器件尺寸的縮小，這種后柵工藝的方法難以實(shí)現(xiàn)HEMT器件的柵極與源極、漏極位置的精確對(duì)準(zhǔn)，造成產(chǎn)品參數(shù)的漂移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種低寄生電阻高電子遷移率器件及其制備方法，以實(shí)現(xiàn)高電子遷移率器件的柵極與源極位置的自對(duì)準(zhǔn)，減小產(chǎn)品參數(shù)的漂移，增強(qiáng)高電子遷移率器件的電學(xué)性能。本發(fā)明提出的一種低寄生電阻高電子遷移率器件，包括:
在襯底上依次形成的氮化鎵鋁緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁隔離層；
以及，在所述氮化鎵鋁隔離層之上形成的柵介質(zhì)層；
在所述柵介質(zhì)層之上形成的柵極以及位于柵極之上的鈍化層；
在所述柵極的兩側(cè)形成的柵極側(cè)墻；
在所述氮化鎵溝道層之上，所述柵極的兩側(cè)形成的漏極和源極；
在所述柵介質(zhì)層之上，且介于漏極與靠近漏極一側(cè)的柵極側(cè)墻形成的絕緣介質(zhì)層；
覆蓋所述靠近漏極一側(cè)的柵極側(cè)墻形成的與所述源極相連的場(chǎng)板，且在器件的溝道長(zhǎng)度方向上，所述場(chǎng)板向所述絕緣介質(zhì)層以及位于柵極之上的鈍化層上延伸。本發(fā)明還提出了上述低寄生電阻高電子遷移率器件的制備方法，具體步驟如下: 在襯底上依次淀 積氮化鎵鋁緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁隔離層；進(jìn)行有源區(qū)光刻，用光刻膠作為刻蝕阻擋層，依次刻蝕氮化鎵鋁隔離層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁緩沖層以形成有源區(qū)，之后去膠；
在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上依次淀積第一層絕緣薄膜、第一層導(dǎo)電薄膜、第二層絕緣薄膜；
進(jìn)行光刻、顯影定義出器件的柵極的位置；
以光刻膠作為刻蝕阻擋層，依次刻蝕掉暴露出的第二層絕緣薄膜和第一層導(dǎo)電薄膜，之后去膠，未被刻掉的第一層導(dǎo)電薄膜、第二層絕緣薄膜形成器件的柵極以及位于柵極之上的鈍化層；
在所形成的結(jié)構(gòu)的 暴露表面上淀積第三層絕緣薄膜，并通過光刻工藝定義出器件的源極和漏極的位置，然后以光刻膠作為刻蝕阻擋層，刻蝕掉暴露出的第三層絕緣薄膜，并繼續(xù)刻蝕掉暴露出的第一層絕緣薄膜和氮化鎵鋁隔離層以露出所形成的氮化鎵溝道層，之后去膠，剩余的第三層絕緣薄膜形成位于柵極兩側(cè)的柵極側(cè)墻以及介于靠近漏極一側(cè)的柵極側(cè)墻與漏極之間的絕緣介質(zhì)層；
通過外延工藝生長(zhǎng)摻雜硅的氮化鎵或者氮化鎵鋁，在暴露出的氮化鎵溝道層之上形成器件的源極和漏極；
覆蓋靠近漏極一側(cè)的柵極側(cè)墻形成與源極相連的場(chǎng)板，且在器件的溝道長(zhǎng)度方向上，該場(chǎng)板向所形成的絕緣介質(zhì)層以及位于柵極之上的鈍化層上延伸。如上所述的低寄生電阻高電子遷移率器件的制備方法，所述的第一層絕緣薄膜為氧化硅、氮化硅、氧化鉿或者為三氧化二鋁，所述的第二層絕緣薄膜、第三層絕緣薄膜為氧化硅或者為氮化硅。如上所述的低寄生電阻高電子遷移率器件的制備方法，所述的第一層導(dǎo)電薄膜為含鉻、或者含鎳、或者含鎢的合金。本發(fā)明采用先柵工藝制備高電子遷移率器件，利用柵極側(cè)墻來實(shí)現(xiàn)柵極與源極位置的自對(duì)準(zhǔn)，減小了產(chǎn)品參數(shù)的漂移，同時(shí)，由于柵極被鈍化層保護(hù)，可以在柵極形成之后通過外延工藝來形成器件的源極與漏極，降低了源、漏寄生電阻，增強(qiáng)了高電子遷移率器件的電學(xué)性能。


圖1為本發(fā)明所公開的低寄生電阻高電子遷移率器件的一個(gè)實(shí)施例的剖面圖，其中，圖1a為該低寄生電阻高電子遷移率器件的俯視圖示意圖，圖1b為圖1a所示結(jié)構(gòu)沿AA方向的剖面圖。圖2至圖6為本發(fā)明所公開的低寄生電阻高電子遷移率器件的制備方法的一個(gè)實(shí)施例的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，在圖中，為了方便說明，放大或縮小了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實(shí)際尺寸。盡管這些圖并不能完全準(zhǔn)確的反映出器件的實(shí)際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成結(jié)構(gòu)之間的相互位置，特別是組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。
圖1為本發(fā)明所提出的低寄生電阻高電子遷移率器件的一個(gè)實(shí)施例，其中，圖la為該低寄生電阻高電子遷移率器件的俯視圖示意圖，圖1b為圖1a所示結(jié)構(gòu)沿AA方向的剖面圖。如圖1所示，襯底包括基底200和在基底200上形成的氮化鎵緩沖層201，在氮化鎵緩沖層201之上依次形成有氮化鎵鋁緩沖層202、氮化鎵溝道層203和氮化鎵鋁隔離層204。在氮化鎵鋁隔離層204之上形成有柵介質(zhì)層205，在柵介質(zhì)層205之上形成有器件的柵極206和位于柵極206之上的鈍化層207。在柵極206的兩側(cè)形成有柵極側(cè)墻208a。在氮化鎵溝道層203之上、柵極206的兩側(cè)分別形成的源極209和漏極210。在柵介質(zhì)層205之上，介于靠近漏極210 —側(cè)的柵極側(cè)墻208a與漏極210之間形成的絕緣介質(zhì)層208b，柵極側(cè)墻208a和介質(zhì)層208b可以由絕緣材料208同時(shí)形成，絕緣材料208可以為氧化硅或者為氮化硅。覆蓋靠近漏極210 —側(cè)的柵極側(cè)墻208a形成有與源極209相連的場(chǎng)板211，且在器件的溝道長(zhǎng)度方向上，場(chǎng)板211向鈍化層207和絕緣介質(zhì)層208b上延伸。在柵極206和漏極210之上還形成有分別用于將柵極206和漏極210與外部電極相連接的源極的接觸體212和漏極的接觸體213。以下所敘述的本發(fā)明所提出的低寄生電阻高電子遷移率器件的制備方法的一個(gè)實(shí)施例的工藝流程。首先，如圖2所示，在襯底上依次淀積形成厚度約為40納米的氮化鎵鋁緩沖層202、厚度約為40納米的氮化鎵溝道層203、厚度約為22納米的氮化鎵鋁隔離層204，然后在氮化鎵鋁隔離層204之上淀積一層光刻膠并掩膜、曝光、顯影定義出有源區(qū)的位置，然后以光刻膠作為刻蝕阻擋層依 次刻蝕掉暴露出的氮化鎵鋁隔離層204、氮化鎵溝道層203、氮化鎵鋁緩沖層202以形成有源區(qū)，然后剝除光刻膠。其中，圖2a為所形成結(jié)構(gòu)的俯視圖示意圖，圖2b為圖2a所示結(jié)構(gòu)沿AA方向的剖面圖。 本實(shí)施例中所述的襯底包括基底200和在基底200上形成的氮化鎵緩沖層201，基底200可以為硅、碳化硅或者為三氧化二鋁。接下來，在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上依次淀積形成第一層絕緣薄膜205、第一層導(dǎo)電薄膜和第二層絕緣薄膜，并在第二層絕緣薄膜之上淀積一層光刻膠并掩膜、曝光、顯影定義出器件的柵極位置，然后以光刻膠為刻蝕阻擋層依次刻蝕掉暴露的第二層絕緣薄膜和第一層導(dǎo)電薄膜,未被刻蝕掉的第一層導(dǎo)電薄膜和第二層絕緣薄膜分別形成器件的柵極206以及位于柵極之上的鈍化層207，剝除光刻膠后如圖3所示，其中圖3a為所形成結(jié)構(gòu)的俯視圖示意圖，圖3b為圖3a所示結(jié)構(gòu)沿AA方向的剖面圖。第一層絕緣薄膜205可以為氧化硅、氮化硅、氧化鉿或者為三氧化二鋁，作為器件的柵介質(zhì)層，其厚度優(yōu)選為8納米。柵極206可以為含鉻、或者含鎳、或者含鎢的合金，比如為鎳金合金、鉻鎢合金、鈀金合金、鉬金合金、鎳鉬金合金或者為鎳鈀金合金。鈍化層207可以為氧化硅或者為氮化硅。接下來，在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積形成第三層絕緣薄膜208，并在第三層絕緣薄膜208之上淀積一層光刻膠并掩膜、曝光、顯影定義出器件源極和漏極的位置，然后以光刻膠作為刻蝕阻擋層刻蝕掉暴露出的第三層絕緣薄膜208，并繼續(xù)刻蝕掉暴露出的第一層絕緣薄膜205和氮化鎵鋁隔離層204，以露出氮化鎵溝道層203。剩余的第三層絕緣薄膜208中，位于柵極206兩側(cè)的絕緣薄膜208可以形成器件的柵極側(cè)墻208a，位于柵極206與被定義的漏極之間的的絕緣薄膜208可以形成介于靠近漏極一側(cè)的柵極側(cè)墻208a和漏極之間的絕緣介質(zhì)層208b,位于鈍化層207之上的絕緣薄膜208的絕緣薄膜208c部分可以作為位于柵極206之上的鈍化層207的一部分，剝除光刻膠后如圖4所示，其中圖4a為所形成結(jié)構(gòu)的俯視圖示意圖，圖4b為圖4a所示結(jié)構(gòu)沿AA方向的剖面圖。如上所述，在對(duì)第三層絕緣薄膜208進(jìn)行刻蝕時(shí)，位于鈍化層207之上的作為位于柵極206之上的鈍化層207的一部分的絕緣薄膜208c部分也可以被刻蝕掉，如圖4c所示。接下來，通過外延工藝生長(zhǎng)摻雜硅的氮化鎵或者氮化鎵鋁，在氮化鎵溝道層203之上形成器件的源極209和漏極210，并去掉多晶氮化鎵，如圖5所示，其中圖5a為所形成結(jié)構(gòu)的俯視圖示意圖，圖5b為圖5a所示結(jié)構(gòu)沿AA方向的剖面圖。最后，在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積一層新的光刻膠并通過光刻工藝定義出器件場(chǎng)板、柵極、源極和漏極的位置，接著淀積第二層導(dǎo)電薄膜，第二層導(dǎo)電薄膜可以為鈦鋁合金、鎳鋁合金、鎳鉬合金或者為鎳金合金。然后通過業(yè)界所熟知的lift-off工藝去掉淀積在光刻膠之上的第二層導(dǎo)電薄膜，而保留沒有淀積在光刻膠之上的第二層導(dǎo)電薄膜，以在靠近漏極210 —側(cè)的柵極側(cè)墻之上形成器件的場(chǎng)板211，場(chǎng)板211與源極209相連，同時(shí)形成柵極206和漏極210與外部電極相連接的源極的接觸體212和漏極的接觸體213，如圖6所示。

如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實(shí)例。
權(quán)利要求
1.一種低寄生電阻高電子遷移率器件，包括: 在襯底上依次形成的氮化鎵鋁緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁隔離層； 以及，在所述氮化鎵鋁隔離層之上形成的柵介質(zhì)層； 其特征在于，還包括: 在所述柵介質(zhì)層之上形成的柵極以及位于柵極之上的鈍化層； 在所述柵極的兩側(cè)形成的柵極側(cè)墻； 在所述氮化鎵溝道層之上，所述柵極的兩側(cè)形成的漏極和源極； 在所述柵介質(zhì)層之上，且介于漏極與靠近漏極一側(cè)的柵極側(cè)墻之間形成的絕緣介質(zhì)層； 覆蓋所述靠近漏極一側(cè)的柵極側(cè)墻形成的與所述源極相連的場(chǎng)板，且在器件的溝道長(zhǎng)度方向上，所述場(chǎng)板向所述絕緣介質(zhì)層以及位于柵極之上的鈍化層上延伸。
2.一種如權(quán)利要求1所述的低寄生電阻高電子遷移率器件的制備方法，其特征在于，具體步驟如下: 在襯底上依次淀積氮化鎵鋁緩沖層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁隔離層； 進(jìn)行有源區(qū)光刻，用光刻膠作為刻蝕阻擋層，依次刻蝕氮化鎵鋁隔離層、氮化鎵溝道層、氮化鎵鋁緩沖層以形成有源區(qū)，之后去膠； 在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上依次淀積第一層絕緣薄膜、第一層導(dǎo)電薄膜、第二層絕緣薄膜； 進(jìn)行光刻、顯影定義出器件的柵極的位置； 以光刻膠作為刻蝕阻擋層，依次刻蝕掉暴露出的第二層絕緣薄膜和第一層導(dǎo)電薄膜，之后去膠，未被刻掉的第一層導(dǎo)電薄膜、第二層絕緣薄膜形成器件的柵極以及位于柵極之上的鈍化層； 在所形成的結(jié)構(gòu)的暴露表面上淀積第三層絕緣薄膜，并通過光刻工藝定義出器件的源極和漏極的位置，然后以光刻膠作為刻蝕阻擋層，刻蝕掉暴露出的第三層絕緣薄膜，并繼續(xù)刻蝕掉暴露出的第一層絕緣薄膜和氮化鎵鋁隔離層以露出所形成的氮化鎵溝道層，之后去膠，剩余的第三層絕緣薄膜形成位于柵極兩側(cè)的柵極側(cè)墻以及介于靠近漏極一側(cè)的柵極側(cè)墻與漏極之間的絕緣介質(zhì)層； 通過外延工藝生長(zhǎng)摻雜硅的氮化鎵或者氮化鎵鋁，在暴露出的氮化鎵溝道層之上形成器件的源極和漏極； 覆蓋靠近漏極一側(cè)的柵極側(cè)墻形成與源極相連的場(chǎng)板，且在器件的溝道長(zhǎng)度方向上，該場(chǎng)板向所形成的絕緣介質(zhì)層以及位于柵極之上的鈍化層上延伸。
3.如權(quán)利要求2所述的低寄生電阻高電子遷移率器件的制備方法，其特征在于，所述的第一層絕緣薄膜為氧化硅、氮化硅、氧化鉿或者為三氧化二鋁，所述的第二層絕緣薄膜、第三層絕緣薄膜為氧化硅或者為氮化硅。
4.如權(quán)利要求2所述的低寄生電阻高電子遷移率器件的制備方法，其特征在于，所述的第一層導(dǎo)電薄膜為含鉻、含鎳或者含鎢的合金。
全文摘要
本發(fā)明屬于高電子遷移率器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低寄生電阻高電子遷移率器件及其制備方法。本發(fā)明采用先柵工藝制造高電子遷移率器件，利用柵極側(cè)墻來實(shí)現(xiàn)柵極與源極位置的自對(duì)準(zhǔn)，減小了產(chǎn)品參數(shù)的漂移，同時(shí)，由于柵極被鈍化層保護(hù)，可以在柵極形成之后通過外延工藝來形成器件的源極與漏極，降低了源、漏寄生電阻，增強(qiáng)了高電子遷移率器件的電學(xué)性能。
文檔編號(hào)H01L21/28GK103219369SQ201310098550
公開日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月25日
發(fā)明者王鵬飛, 劉曉勇, 張衛(wèi) 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)