[发明专利]GaN HEMT射频器件及其栅极自对准制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体射频器件技术领域，具体涉及一种GaNHEMT(氮化镓高电子迁移率晶体管)射频器件及其栅极自对准制备方法。

背景技术

随着信息技术的发展，无线通信对射频微波晶体管性能的要求越来越高，传统的GaAs(砷化镓)射频器件因材料本身带宽较窄已逐渐难以满足部分高频大功率应用的要求。GaN(氮化镓)作为第三代半导体材料的代表，是当代半导体科学技术的研究前沿，其电子器件具有击穿场强大、截止频率高、功率密度大、热导率高等优点，是未来高频大功率及微波通讯领域的首选。目前GaN高频器件主要是指GaNHEMT，要保证GaNHEMT的高频性能，需要减小器件尺寸、降低欧姆接触电阻同时优化材料结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是目前GaNHEMT射频器件存在高频性能不佳的问题，提供一种GaNHEMT射频器件及其栅极自对准制备方法。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种GaNHEMT射频器件的栅极自对准制备方法，包括如下步骤：

步骤1，准备基础材料；该基础材料从下到上依次为SiC衬底层、AlGaN背势垒层、GaN沟道层、AlN插入层和InAlN势垒层；

步骤2，有源区台面隔离；对基础材料进行接触式光刻，再采用感应耦合等离子体进行刻蚀实现基础材料的有源区台面隔离；

步骤3，临时栅脚制作；电子束直写光刻后，采用等离子体增强化学气相沉积法生长非晶硅充当临时栅脚；

步骤4，栅脚边墙制作；采用等离子体增强化学气相沉积法在临时栅脚的表面生长一层SiN_x，之后采用反应离子刻蚀，通过控制刻蚀时间去除临时栅脚顶部及源漏区域的SiN_x，仅留下临时栅脚两侧的SiN_x边墙部分；

步骤5，二次外延区域刻蚀；以临时栅脚及两侧的SiN_x边墙为掩膜，对源漏二次外延区域进行感应耦合等离子体刻蚀；

步骤6，n⁺GaN二次外延；采用金属有机物化学气相沉积法在刻蚀出的源漏二次外延区域二次外延生长GaN，并剥离SiN_x边墙；

步骤7，源漏极欧姆接触制作；接触式光刻后，采用电子束蒸发制作源漏金属电极；

步骤8，表面平坦化；表面淀积SiO₂后旋涂光刻胶，采用干法刻蚀，通过调整刻蚀气体浓度保证气体对光刻胶及临时栅极的刻蚀速度相同，实现表面平坦化；

步骤9，临时栅脚保形移除；采用湿法腐蚀去掉临时栅脚；

步骤10，T形栅制作；采用接触式光刻在临时栅脚上方制作栅帽轮廓，并通过电子束蒸发得到T形的栅极金属，该栅极金属与InAlN势垒层形成肖特基接触。

上述步骤7中，欧姆接触金属自上而下依次为Ti、Al、Ni和Au；步骤10中，栅极金属自上而下依次为Pt和Au。

上述步骤2中，感应耦合等离子体刻蚀采用Cl₂:CH₄:He:Ar混合气体；步骤4中，反应离子刻蚀采用SF₆：CHF₃：He混合气体；步骤5中，感应耦合等离子体刻蚀采用Cl₂：BCl₃混合气体；步骤8中，采用CF₄：O₂，CF₄混合气体来刻蚀SiO₂，采用O₂用来刻蚀光刻胶。

上述步骤9中，采用KOH溶液腐蚀临时栅脚。

上述步骤3中，临时栅脚生长的温度采用75℃的低温。

上述步骤6中，金属有机物化学气相沉积法生长GaN的具体过程是将三甲基镓TMGa和NH₃分别作为Ga源和N源，同时引入反应室，H₂为载气，反应温度800-1000℃。