CN113555430A - 一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的hemt器件及制备方法 - Google Patents
一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的hemt器件及制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件及制备方法，该HEMT器件包括衬底层(1)；插入层(2)，位于所述衬底层(1)上；缓冲层(3)，位于所述插入层(2)上；源电极(4)，位于所述缓冲层(3)的一端；漏电极(5)，位于所述缓冲层(3)的另一端；势垒层(6)，位于所述缓冲层(3)上，且位于所述源电极(4)和所述漏电极(5)之间；钝化层(7)，覆盖在所述源电极(4)、所述漏电极(5)和所述势垒层(6)上；栅电极(8)，位于所述势垒层(6)的表面和所述钝化层(7)的表面，其中，所述栅电极(8)的栅脚(81)贯穿所述钝化层(7)，且所述栅脚(81)采用沿栅宽方向栅长渐变的渐变栅结构。该HEMT器件的线性度得到了改善，实现了高线性HEMT器件，满足了高频、高线性的应用需求。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件及制备方法。
背景技术
随着无线基站、卫星通讯、雷达应用等的迅速发展，现代无线通信系统需要更高的瞬时带宽、数据传输速度以及频率效率，这对功率放大器提出了更高的要求。而GaN基HEMT器件具有高击穿电压、大电流密度、低导通电阻等优异性能，因此成为雷达探测、卫星通讯以及5G通信等领域功率放大器的理想射频功率器件。然而随着集成度不断提高，器件尺寸不断缩小。在栅长不断减小的过程中，由于传统平面结构的GaN基HEMT器件受短沟道效应、栅极漏电以及源极驱动电阻Rs等的显著影响，跨导曲线的平坦度变差，线性度恶化，器件产生更加严重的非线性特性，使得功率放大器存在很严重的非线性问题，导致高输入功率时输出功率饱和、信号失真和传输速率低下。
为了减小功放的非线性失真，功率回退法、反馈技术、预失真技术以及前馈技术等电路级线性化技术得到广泛应用。这些方法可以在一定程度上改善系统的线性度，但随之而来的是更复杂的电路系统，更大的面积以及更高的能量损耗。而HEMT器件作为功放的核心器件，其非线性特性的改善可以在一定程度上可以极大地缓解功率放大器的非线性失真问题，所以从HEMT器件非线性特性的内在物理机理出发，从器件级层面改善功放的线性度，成为一种新的研究热点。
基于上述原因，许多研究者相继提出了多种器件级线性化技术来改善晶体管的非线性特性。
2015年，Tao Gao，Ruimin Xu等人通过利用非线性铁电材料Pb(Zr0.25Ti0.48)作为栅电介质，显著提高了GaN基MIS-HEMTs固有线性度，和传统的线性电介质栅MIS-HEMTs的单峰跨导曲线相比，在PZT栅MIS-HEMTs跨导-电压曲线观察到明显的双峰特征，使得栅压摆幅相对于总的偏置范围显著提高。基于自洽计算，结果表明跨导-电压曲线的第二个峰是在大的电流条件下由电介质的非线性极化特性产生。
2017年，Kai Zhang等人提出了一种新型AlGaN/GaN鳍式场效应晶体管(FinField-Effect Transistor，FinFET)，通过对栅下及Access区域的势垒进行刻蚀，该结构实现了平坦度较好的的跨导(Gm)轮廓。当归一化为有效沟道宽度时，制备的FinFET的电流密度是常规平面器件的1.45倍，并且其功率密度在8GHz时达到11.3W/mm，是常规平面器件的1.66倍，同时由于较低的源极电阻(RS)，其跨导平坦度得到极大提高，器件线性特性明显改善。
目前，现有技术中改善器件线性度的方法主要有三种：1、利用双沟道结构改善器件线性度；2、利用鳍(Fin)结构改善器件线性度；3、利用缓变势垒结构改善器件线性度。
对于利用双沟道结构改善线性度，由于双沟道结构在栅压逐渐增加的过程中两个沟道逐步开启，使得跨导曲线较为平缓，并且由于两个沟道的二维电子气密度和迁移率均与单沟道相当，理论上材料电导将随沟道数目线性增加，大幅提高器件的电流驱动能力，在肖特基栅之外的区域，材料面电阻的减小也有利于减小器件导通电阻，在较大的漏极电流下仍保持较高的跨导和截止频率，器件的线性度得到明显改善。但是由于该结构会导致栅对下沟道的控制能力减弱，产生短沟道效应，因此不适合毫米波应用。
对于利用鳍(Fin)结构改善器件线性度，该种技术的的核心是在栅下源漏间的Access区域对势垒层刻蚀形成纳米线沟道结构。由公式：gm＝gm */(1+Rsgm *)，其中gm *为本征跨导，可知当源极电阻Rs变化时，器件跨导也随之变化。对于Fin HEMT而言，随着漏极电流的增大，其源极电阻Rs相比于常规器件变化缓慢，因此跨导曲线较为平缓。但该种方法在Fin结构的刻蚀过程中，会带来较大的刻蚀损伤，引入严重的界面态问题，更重要的是刻蚀会使得AlGaN/GaN异质结界面处的晶格应力释放，使得2DEG浓度减少，器件饱和电流降低，严重影响器件的工作特性。此外，Fin结构形成的寄生电容也限制了其在高频下的引用。
对于利用缓变势垒结构改善器件线性度，通过AlxGa1-xN势垒层中沿厚度方向Al组分的渐变改变异质结的压电极化和自发极化的强度，降低了二维电子气的限域性，由三维电子气(3DEG)代替二维电子气(2DEG)，当增加栅偏置时，耗尽层宽度减小，电荷密度基本保持不变，所以其电子饱和速度几乎不变，在更高的栅偏置下跨导下降缓慢，从而实现了跨导轮廓平坦化。但是该方法生长的势垒层一般较厚，而在RF器件的设计中，考虑到短沟道效应，较厚的势垒层对于器件频率特性的改善带来极大的阻碍，故渐变势垒层技术并不适合用于制作RF高线性器件。
综上，现有器件级线性化技术无法满足高频、高线性的应用需求，如何实现高线性度的HEMT器件仍是目前亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件，包括：
衬底层；
插入层，位于衬底层上；
缓冲层，位于插入层上；
源电极，位于缓冲层的一端；
漏电极，位于缓冲层的另一端；
势垒层，位于缓冲层上，且位于源电极和漏电极之间；
钝化层，覆盖在源电极、漏电极和势垒层上；
栅电极，位于势垒层的表面和钝化层的表面，其中，栅电极的栅脚贯穿钝化层，且栅脚采用沿栅宽方向栅长渐变的渐变栅结构。
在本发明的一个实施例中，沿栅宽方向，栅脚的栅长由两端向中间递增。
在本发明的一个实施例中，沿栅宽方向，栅脚的栅长由两端向中间递减。
在本发明的一个实施例中，还包括：绝缘层，位于栅电极与势垒层之间、栅电极与钝化层之间以及钝化层的表面。
在本发明的一个实施例中，绝缘层的厚度为2～10nm。
在本发明的一个实施例中，还包括：金属互联层，贯穿钝化层且位于源电极、漏电极上。
本发明的另一个实施例提供了一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的制备方法，包括步骤：
S1、获取外延基片，外延基片包括依次层叠的衬底层、插入层、缓冲层和势垒层；
S2、在缓冲层上的一端制备源电极，在缓冲层上的另一端制备漏电极；
S3、在势垒层、源电极和漏电极上生长钝化层；
S4、刻蚀钝化层，形成贯穿钝化层的渐变栅槽；
S5、在渐变栅槽中和钝化层的表面制作栅电极，其中，栅电极的栅脚位于渐变栅槽中，形成沿栅宽方向栅长渐变的结构。
在本发明的一个实施例中，沿栅宽方向，渐变栅槽的宽度由两端向中间逐渐变化。
在本发明的一个实施例中，步骤S4之后还包括步骤：
在渐变栅槽的底部和侧面、钝化层的表面生长绝缘层。
在本发明的一个实施例中，步骤S5之后还包括步骤：
在钝化层中制备源电极和漏电极的互联金属，形成金属互联层。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明的HEMT器件中，栅电极的栅脚采用沿栅宽方向栅长渐变的结构，不同的栅长对沟道的控制能力不同，可以形成不同的阈值电压，将不同栅长的器件并联，形成沿栅宽方向上渐变栅长的结构，从而实现器件多阈值耦合，在栅压偏置逐渐增大的过程中，不同阈值的器件逐步开启，使得并联器件的跨导在较高栅压下下降缓慢，高阶跨导减小，跨导轮廓的平坦度得到极大提升，器件线性度得到进一步改善，实现了高线性HEMT器件，满足了高频、高线性的应用需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的横截面俯视图；
图4为本发明实施例提供的另一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的横截面俯视图；
图5为本发明实施例提供的一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的制备方法的流程示意图；
图6a-图6i为本发明实施例提供的一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的制备方法的过程示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
本实施例的目的在于针对现有器件级线性化技术的不足，提出一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的高线性度HEMT器件，以实现高线性GaN HEMT器件，满足高频、高线性的应用需求。
请参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的结构示意图，图2为本发明实施例提供的另一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的结构示意图，在图1和图2中，x方向为栅长方向，y为栅宽方向。
该HEMT器件包括：衬底层1、插入层2、缓冲层3、源电极4、漏电极5、势垒层6、钝化层7、栅电极8和金属互联层10。
具体地，衬底层1的材料包括蓝宝石、SiC或Si中的一种或多种。插入层2位于衬底层1上，其材料可以为AlN。缓冲层3位于插入层2上，其材料可以为GaN。源电极4位于缓冲层3的一端，漏电极5位于缓冲层3的另一端；源电极4和漏电极5的材料采用欧姆金属，由下向上依次为Ti/Al/Ni/Au。势垒层6位于缓冲层3上，且势垒层6位于源电极4和漏电极5之间；势垒层6的材料可以为AlGaN、InAlN、AlN中的一种或多种。钝化层7覆盖在源电极4、漏电极5和势垒层6上；钝化层7的材料采用SiN，其厚度为20～120nm例如：20nm、60nm或120nm。栅电极8位于势垒层6的表面和钝化层7的表面，其中，栅电极8的栅脚81贯穿钝化层7，从而栅脚81位于势垒层6的表面，且栅脚81采用沿栅宽方向栅长渐变的渐变栅结构。金属互联层10贯穿钝化层7且位于源电极4和漏电极5上。
本实施例中，沿栅宽方向逐渐改变栅脚81的栅长，从而形成沿栅宽方向栅长渐变的渐变栅结构。具体地，栅脚81可以采用沿栅宽方向栅长逐渐增大的结构，也可以采用沿栅宽方向栅长逐渐减小的结构，也可以采用沿栅宽方向栅长由两端向中间递增的结构，也可以采用沿栅宽方向栅长由两端向中间递减的结构，也可以采用多段渐变栅进行周期性或者非周期性排列形成的渐变栅结构，本实施例对渐变栅的结构不做进一步限制，其满足沿栅宽方向栅长逐渐变化的条件即可。
请参见图3和图4，图3为本发明实施例提供的一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的横截面俯视图(不含钝化层)，图4为本发明实施例提供的另一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的横截面俯视图(不含钝化层)。图3中，沿栅宽方向，栅脚81的栅长由两端向中间递增，且栅脚81的最宽处位于栅脚81的中间位置处；图4中，沿栅宽方向，栅脚81的栅长由两端向中间递减，且栅脚81的最窄处位于栅脚81中间位置处。
在一个具体实施例中，栅电极8设置在钝化层7上靠近源电极4的一端，这样可以增大栅漏间距，从而提高器件击穿电压。
上述HEMT器件利用渐变栅实现多阈值调制技术达到了高线性度的目的，利用渐变栅实现多阈值调制技术包括以下几个方面：
1、根据多阈值调制技术的思想，当多个不同阈值电压的器件在栅宽方向并联时，当栅压偏置逐渐增大的过程中，不同阈值的器件逐步开启，使得并联器件的跨导在较高栅压下下降缓慢，高阶跨导减小，跨导轮廓的平坦度得到极大提升，器件线性得到进一步改善。
2、基于多阈值调制技术，利用沿栅宽方向的栅长渐变，同时不同栅长对沟道的控制能力不同的特性，即不同的栅长形成不同的阈值电压，按照特定需求将以上的器件并联，形成沿栅宽方向上渐变栅长结构，从而实现器件多阈值耦合，使器件沿栅宽方向逐步开启。
3、通过改变栅宽方向上栅长最大值和最小值例如栅长在40nm～500nm之间变化、栅长渐变方向例如由两端向中间递增或递减、多个渐变栅的排列周期等参数，提供不同栅控能力和阈值电压的耦合，从而实现对HEMT器件跨导曲线形状和峰值的调节。
综上，本实施例的HEMT器件，其栅电极的栅脚采用沿栅宽方向栅长渐变的结构，不同的栅长对沟道的控制能力不同，可以形成不同的阈值电压，将不同栅长的器件并联，形成沿栅宽方向上渐变栅长的结构，从而实现器件多阈值耦合，在栅压偏置逐渐增大的过程中，不同阈值的器件逐步开启，使得并联器件的跨导在较高栅压下下降缓慢，高阶跨导减小，跨导轮廓的平坦度得到极大提升，器件线性度得到进一步改善，实现了高线性HEMT器件，满足了高频、高线性的应用需求。
实施例二
在实施例一的基础上，请参见图5和图6a-图6i，图5为本发明实施例提供的一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的制备方法的流程示意图，图6a-图6i为本发明实施例提供的一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的制备方法的过程示意图。
该制备方法包括步骤：
S1、获取外延基片，外延基片包括依次层叠的衬底层1、插入层2、缓冲层3和势垒层6，请参见图6a。
本实施例中，采用由下而上依次包括衬底层1、AlN插入层2、GaN缓冲层3、AlGaN势垒层6的外延基片作为初始材料。具体地，可以在衬底层1上依次生长AlN插入层2、GaN缓冲层3和AlGaN势垒层6，形成外延基片，也可以采用购买的外延基片。
S2、在缓冲层3上的一端制备源电极4，在缓冲层3上的另一端制备漏电极5，请参见图6b。
S21、在AlGaN势垒层6上光刻源电极区域和漏电极区域。
首先，将外延基片放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，在AlGaN势垒层6上进行剥离胶的涂胶，其甩胶转速为2000转/min，甩胶时间为40sec，甩胶厚度为0.35μm，并将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
接着，在剥离胶上进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为5000转/min，甩胶时间为20sec，甩胶厚度为0.77μm，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min。
最后，将完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中进行曝光，并将完成曝光的样品放入显影液中移除光刻胶和剥离胶，再对其进行超纯水冲洗和氮气吹后形成源电极区域和漏电极区域。
S22、在源电极区域和漏电极区域内的AlGaN势垒层6上以及源电极区域和漏电极区域外的光刻胶上蒸发源电极4和漏电极5。
首先，将有源电极4和漏电极5光刻图形的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，其处理的时间为5min。
然后，将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr之后，在源电极区域和漏电极区域内的AlGaN势垒层6上以及源电极区域和漏电极区域外的光刻胶上蒸发欧姆金属，形成源电极4和漏电极5，该欧姆金属是由下向上依次为Ti/Al/Ni/Au。
最后，对完成欧姆金属蒸发的样品进行剥离，以移除源电极4和漏电极5外的欧姆金属、光刻胶和剥离胶，再用超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
S23、将完成欧姆金属蒸发和剥离的样品放入快速热退火炉中进行退火处理，以使源电极4和漏电极5内AlGaN势垒层6上的欧姆金属下沉至GaN缓冲层3，从而形成欧姆金属与异质结沟道之间的欧姆接触，其退火的工艺条件为：退火气氛为N2，退火温度为830℃，退火时间为30s。
S3、在AlGaN势垒层6上光刻有源区的电隔离区域，利用离子注入工艺制作器件有源区的电学隔离。
S31、在AlGaN势垒层上光刻电隔离区域。
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为1500转/mim，甩胶时间为50sec，并将样品放在100℃的热板上烘烤2min。
最后，将样品放入光刻机中对电隔离区域内的光刻胶进行曝光，再将完成曝光后的样品放入显影液中以移除电隔离区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
S32、在AlGaN势垒层6上的电隔离区域进行外协离子注入。
具体地，外协离子注入的区域位于源电极4的外侧以及漏电极5的外侧，通过外协离子注入，将AlGaN势垒层6与GaN缓冲层3形成的沟道隔离。
S33、进行外协离子注入隔离后去胶。
首先，采用等离子体去胶壳，等离子体去胶机的功率为200W，等离子体气体流量为50sccm，去胶时间为10min，之后破真空旋转片子180°，继续去胶10min。
然后，将样品依次放入60℃的丙酮中加热至少15min、常温丙酮中在超声强度为2.3下超声15min，直至胶丝全部掉落；接着，将样品依次放入水浴加热约60℃的剥离液处理15min、常温丙酮中在超声强度为2下超声处理、异丙醇中在超声强度为2下超声2min，并用超纯水冲洗2min；之后，更换超纯水，在超声强度为2下超声2min，再次更换超纯水，在超声强度为2下超声2min，并用超纯水冲洗2min，然后用N2吹干。
最后，等离子体去残胶，等离子体去胶机的功率为200W，等离子体气体流量为50sccm，去胶时间为5min，之后破真空旋转片子180°，继续去胶5min。
S4、在有源区的势垒层6、源电极4和漏电极5上生长钝化层7。请参见图6c。
S41、对完成有源区电隔离的样品进行表面清洗。
首先，将样品放入丙酮溶液中超声清洗3mim，其超声强度为3.0。
然后，将样品放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min。
接着，将样品依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min，其超声强度为3.0。
最后，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
S42、在源电极4、漏电极5和有源区的AlGaN势垒层6上，利用PECVD工艺生长钝化层7。
具体地，本实施例中，钝化层7的材料采用SiN，厚度为60nm；其生长的工艺条件为：采用NH3和SiH4作为反应气体，衬底温度为250℃，反应腔室压力为600mTorr，RF功率为22W。
S5、刻蚀钝化层7，形成贯穿钝化层7的渐变栅槽71，请参见图6d和图6e。
S51、在SiN钝化层上光刻渐变栅槽区域。
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为4000转/mim，并将样品放在150℃的热板上烘烤1min。
接着，将样品放入光刻机中进行曝光。
最后，将完成曝光后的样品放入显影液中60sec并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干，形成渐变栅槽区域。
S52、对渐变栅槽区域内的SiN钝化层7进行刻蚀，形成渐变栅槽71。
具体的，利用ICP刻蚀工艺移除渐变栅槽区域内的SiN钝化层7，其刻蚀的条件为：反应气体为CF4和O2，反应腔室压力为10mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W，刻蚀的深度为60nm直至AlGaN势垒层6，从而形成渐变栅槽71。
本实施例中，沿栅宽方向，渐变栅槽71的宽度逐渐变化；具体地，渐变栅槽71的宽度可以沿栅宽方向逐渐增大，也可以沿栅宽方向逐渐减小，也可以由两端向中间递减，也可以由两端向中间递增，也可以采用多段渐变的栅槽进行周期性排列或者非周期型排列形成，本实施例不对渐变栅槽71的结构不做进一步限制，其满足沿栅宽方向宽度逐渐变化的条件即可。
在图6d中，沿栅宽方向，渐变栅槽71的宽度由两端向中间递增，且最宽处位于渐变栅槽71的中间位置处；图6e中，沿栅宽方向，渐变栅槽71的宽度由两端向中间递减，且最窄处位于渐变栅槽71的中间位置处。
S6、在渐变栅槽71中和钝化层7的表面制作栅电极8，请参见图6f和6g所示。
S61、在AlGaN势垒层6上光刻栅电极区域。
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，在SiN钝化层上进行剥离胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为2000转/min，甩胶时间为40sec，甩胶厚度为0.35μm，并将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
接着，在剥离胶上进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为5000转/min，甩胶时间为30sec，甩胶厚度为0.77μm，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min。
之后，将完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中对栅电极区域内的光刻胶进行曝光。
最后，将完成曝光的样品放入显影液中移除栅电极区域内的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
S62、在栅电极区域内的AlGaN势垒层6上和栅电极区域外的光刻胶上蒸发栅电极8。
首先，将有栅电极光刻图形的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，其处理的时间为5min。
然后，将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr之后，在栅电极区域内的AlGaN势垒层6和栅电极区域外的光刻胶上蒸发栅金属，该栅金属是由下向上依次由Ni、Au和Ni三层金属组成的金属堆栈结构。
最后，对完成栅金属蒸发的样品进行剥离，以移除栅电极区域外的栅金属、光刻胶和剥离胶，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干后形成栅电极8。
具体地，栅电极8的栅脚81位于渐变栅槽71中，从而栅脚81形成与渐变栅槽71形状一致的渐变栅脚。
S7、在钝化层7中制备源电极4和漏电极5的互联金属，形成金属互联层10，请参见图6h和6i。
S71、在SiN钝化层7上光刻金属互联开孔区，并利用ICP工艺刻蚀掉互联开孔区的SiN钝化层7。
S711、在SiN钝化层7上光刻金属互联开孔区。
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，首先在500rad的低速条件下甩胶5sec，然后在3500rad的高速条件下甩胶30sec；并将样品放在90℃的热板上烘烤1min。
接着，将样品放入光刻机中对金属互联开孔区域内的光刻胶进行曝光。
最后，将完成曝光后的样品放入显影液中以移除互联开孔区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
S712、利用ICP刻蚀工艺在反应气体为CF4和O2，反应腔室压力为10mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W的条件下，移除互联开孔区域内的60nm厚的SiN钝化层7。
S72、在金属互联开孔区的源电极4和漏电极5以及未开孔刻蚀的SiN钝化层7上光刻金属互联层区域，并利用电子束蒸发工艺制作金属互联层10。
S721、在金属互联开孔区的源电极4和漏电极5以及未开孔刻蚀的SiN钝化层7上光刻金属互联层。
首先，将完成金属互联开孔刻蚀的样品放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，在金属互联开孔区的源电极4和漏电极5以及未开孔刻蚀的SiN钝化层7上进行剥离胶的涂胶和甩胶，甩胶条件为：首先在低速500rad下甩胶5sec，然后在高速2000rad下甩胶40sec，甩胶厚度为0.35μm，并将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
接着，在剥离胶上进行光刻胶的涂胶和甩胶，甩胶条件为：首先在低速500rad下甩胶5sec，然后在高速5000rad下甩胶30sec，其甩胶厚度为0.59μm，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min。
最后，将完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中对金属互连区域内的光刻胶进行曝光，再将完成曝光的样品放入显影液中移除金属互联区域内的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
S722、在金属互连区域内的源电极4和漏电极5、SiN钝化层7以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发金属互连层10。
首先，将有金属互连区域的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，其处理的时间为5min。
然后，将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr之后，再在金属互连区域内的电极和SiN钝化层7以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发互联金属，形成金属互联层10，该金属互联层10采用由下向上依次由Ti和Au两层组成的金属堆栈结构，以引出电极。
最后，对完成互联金属蒸发的样品进行剥离，以移除金属互联区层以外的金属、光刻胶和剥离胶，并用超纯水冲洗样品并用氮气吹干，形成金属互联层10，完成器件制作。
实施例三
在实施例一和实施例二的基础上，请参见图7，图7为本发明实施例提供的另一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的结构示意图，该HEMT器件包括：衬底层1、插入层2、缓冲层3、源电极4、漏电极5、势垒层6、钝化层7、栅电极8、绝缘层9和金属互联层10。
具体地，衬底层1、插入层2、缓冲层3、源电极4、漏电极5、势垒层6、钝化层7、栅电极8、金属互联层10的结构请参见实施例一，本实施例不再赘述。
绝缘层9位于栅电极8与势垒层6之间、栅电极8与钝化层7之间以及钝化层7的表面。也就是说，绝缘层9覆盖在渐变栅槽71中以及源漏之间的钝化层7的表面。具体地，绝缘层9的厚度较薄，可以为2～10nm；绝缘层的材料选用高K或低K的介质，包括但不限于Al2O3、HfO2、HfZrO、AlN。
本实施例在渐变栅槽71中和钝化层7覆盖一层较薄的绝缘层9，可以增加栅控能力，减小栅极漏电，实现较低频率下的高线性HEMT器件。
实施例四
在实施例一、实施例二、实施例三的基础上，请参见图8，图8为本发明实施例提供的另一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的制备方法的流程示意图，该制备方法包括步骤：
S1、获取外延基片，外延基片包括依次层叠的衬底层1、插入层2、缓冲层3和势垒层6。
S2、在缓冲层3上的一端制备源电极4，在缓冲层3上的另一端制备漏电极5。
S3、在AlGaN势垒层6上光刻有源区的电隔离区域，利用离子注入工艺制作器件有源区的电学隔离。
S4、在有源区的势垒层6、源电极4和漏电极5上生长钝化层7。
S5、刻蚀钝化层7，形成贯穿钝化层7的渐变栅槽71。
S6、在渐变栅槽71的底部和侧面、钝化层7的表面生长绝缘层9。
S7、在渐变栅槽71中和钝化层7的表面制作栅电极8。
S8、在钝化层7中制备源电极4和漏电极5的互联金属，形成金属互联层10。
具体地，步骤S1～S5、S7～S8的具体操作步骤请参见实施例二，本实施例不再赘述。
步骤S6利用ALD工艺进行制备绝缘层9，具体包括以下步骤：
S61、对完成渐变栅槽71刻蚀的样品进行表面清洗。
首先，将样品放入丙酮溶液中超声清洗3mim，其超声强度为3.0。
然后，将样品放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min。
接着，将样品依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min，其超声强度为3.0。
最后，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
S62、将完成表面清洗的样品放入等离子增强原子层沉积PEALD设备中，对凹槽61内底部的薄AlGaN势垒层6、凹槽6内侧壁上的AlGaN势垒层6、未进行凹槽刻蚀的较厚的栅下AlGaN势垒层6以及栅槽71外的SiN钝化层7表面进行原位预处理，其处理的工艺条件为：反应气体为NH3和N2混合气体，衬底温度为300℃，RF功率设置为200W，处理时间为5min。
S63、在渐变栅槽71的底部和侧面、钝化层7的表面利用PEALD设备沉积厚度为2nm的绝缘层9，绝缘层10的材料采用Al3O2；其沉积的工艺条件为：采用NH3和TMA作为反应前驱体源，衬底温度为300℃，RF功率设置为50W，反应腔室压力为0.3Torr。
S64、将完成绝缘层10生长的样品放入快速热退火炉中进行退火处理，其退火的工艺条件为：退火气体为N2，退火温度为500℃，退火时间为5min。
本实施例在渐变栅槽71中和钝化层7覆盖一层较薄的绝缘层9，可以增加栅控能力，减小栅极漏电，实现较低频率下的高线性HEMT器件。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件，其特征在于，包括：
衬底层(1)；
插入层(2)，位于所述衬底层(1)上；
缓冲层(3)，位于所述插入层(2)上；
源电极(4)，位于所述缓冲层(3)的一端；
漏电极(5)，位于所述缓冲层(3)的另一端；
势垒层(6)，位于所述缓冲层(3)上，且位于所述源电极(4)和所述漏电极(5)之间；
钝化层(7)，覆盖在所述源电极(4)、所述漏电极(5)和所述势垒层(6)上；
栅电极(8)，位于所述势垒层(6)的表面和所述钝化层(7)的表面，其中，所述栅电极(8)的栅脚(81)贯穿所述钝化层(7)，且所述栅脚(81)采用沿栅宽方向栅长渐变的渐变栅结构。
2.根据权利要求1所述的通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件，其特征在于，沿所述栅宽方向，所述栅脚(81)的栅长由两端向中间递增。
3.根据权利要求1所述的通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件，其特征在于，沿所述栅宽方向，所述栅脚(81)的栅长由两端向中间递减。
4.根据权利要求1所述的通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件，其特征在于，还包括：绝缘层(9)，位于所述栅电极(8)与所述势垒层(6)之间、所述栅电极(8)与所述钝化层(7)之间以及所述钝化层(7)的表面。
5.根据权利要求4所述的通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件，其特征在于，所述绝缘层(9)的厚度为2～10nm。
6.根据权利要求1所述的通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件，其特征在于，还包括：金属互联层(10)，贯穿所述钝化层(7)且位于所述源电极(4)、所述漏电极(5)上。
7.一种通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1、获取外延基片，所述外延基片包括依次层叠的衬底层(1)、插入层(2)、缓冲层(3)和势垒层(6)；
S2、在所述缓冲层(3)上的一端制备源电极(4)，在所述缓冲层(3)上的另一端制备漏电极(5)；
S3、在所述势垒层(6)、所述源电极(4)和所述漏电极(5)上生长钝化层(7)；
S4、刻蚀所述钝化层(7)，形成贯穿所述钝化层(7)的渐变栅槽(71)；
S5、在所述渐变栅槽(71)中和所述钝化层(7)的表面制作栅电极(8)，其中，所述栅电极(8)的栅脚(81)位于所述渐变栅槽(71)中，形成沿栅宽方向栅长渐变的结构。
8.根据权利要求1所述的通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的制备方法，其特征在于，沿所述栅宽方向，所述渐变栅槽(71)的宽度由两端向中间逐渐变化。
9.根据权利要求1所述的通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的制备方法，其特征在于，步骤S4之后还包括步骤：
在所述渐变栅槽(71)的底部和侧面、所述钝化层(7)的表面生长绝缘层(9)。
10.根据权利要求1所述的通过渐变栅实现多阈值调制技术的HEMT器件的制备方法，其特征在于，步骤S5之后还包括步骤：
在所述钝化层(7)中制备所述源电极(4)和所述漏电极(5)的互联金属，形成金属互联层(10)。
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