CN114242587A - 具有空气隙结构的GaN HEMT器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有空气隙结构的GaN HEMT器件及其制备方法，属于半导体技术领域，制备方法包括在衬底的上表面形成源极和漏极；在所述衬底、所述源极和所述漏极所形成的上表面依次形成第一介质层和第二介质层；在所述第二介质层的上表面形成光刻胶层，并裸露出栅区域；去除所述栅区域对应的部分所述第二介质层，得到第二裸露区；去除所述栅区域对应的部分所述第一介质层，得到第一裸露区，且所述第一裸露区的覆盖范围大于所述第二裸露区；在所述光刻胶层的上表面形成栅金属层，以使所述栅金属层在所述栅区域、所述第二裸露区和所述第一裸露区形成具有空气隙的栅极；去除所述栅极以外的所述光刻胶层和所述栅金属层，得到空腔栅结构。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，更具体地说，是涉及一种具有空气隙结构的GaNHEMT器件及其制备方法。
背景技术
GaN即氮化镓，HEMT(英文全称为：High Electron Mobility Transistor，中文名称为高电子迁移率晶体管)，属于异质结场效应晶体管，又称为调制掺杂场效应晶体管、二维电子气场效应晶体管、选择掺杂异质结晶体管等。GaN HEMT器件具备宽禁带、高电子饱和漂移速度等优点，在雷达、航空航天、通讯、功率电子等军民领域都具有广阔的应用场景，随着5G时代的到来，GaN HEMT器件在通讯领域展现出优异的性能。
传统的GaN HEMT器件在制备栅结构时，通常先沉积一层氮化硅，然后做一次光刻定义栅根，接着干法刻蚀氮化硅形成栅根氮化硅结构，最后做一次光刻定义栅帽，但是，这种制备方法容易导致光刻对位偏斜的问题，影响批产成品率，同时，也会导致栅结构的寄生电容变大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有空气隙结构的GaN HEMT器件及其制备方法，旨在解决传统的制备方法容易导致光刻对位偏斜的问题，影响批产成品率，同时，也会导致栅结构的寄生电容变大。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
在第一方面，本发明提供一种具有空气隙结构的GaN HEMT器件的制备方法，包括以下步骤：
在衬底的上表面形成源极和漏极；
在所述衬底、所述源极和所述漏极所形成的上表面依次形成第一介质层和第二介质层；
在所述第二介质层的上表面形成光刻胶层，并裸露出栅区域；
去除所述栅区域对应的部分所述第二介质层，得到第二裸露区；
去除所述栅区域对应的部分所述第一介质层，得到第一裸露区，且所述第一裸露区的覆盖范围大于所述第二裸露区；
在所述光刻胶层的上表面形成栅金属层，以使所述栅金属层在所述栅区域、所述第二裸露区和所述第一裸露区形成具有空气隙的栅极；
去除所述栅极以外的所述光刻胶层和所述栅金属层，得到空腔栅结构。
在一种可能的实现方式中，所述在衬底的上表面形成源极和漏极，包括：
在衬底的上表面采用光刻-蒸发-剥离的方式制作欧姆接触的源极和漏极。
在一种可能的实现方式中，所述第一介质层和所述第二介质层采用不同的介质种类，且所述第一介质层和所述第二介质层存在腐蚀速率差。
在一种可能的实现方式中，所述在所述衬底、所述源极和所述漏极所形成的上表面依次形成第一介质层和第二介质层，包括：
在所述衬底、所述源极和所述漏极所形成的上表面沉积第一介质层；
在所述第一介质层的上表面旋涂第二介质层。
在一种可能的实现方式中，所述去除所述栅区域对应的部分所述第二介质层，得到第二裸露区，包括：
采用自对准干法刻蚀的方式去除所述栅区域对应的部分所述第二介质层，直至所述第一介质层的上表面，得到第二裸露区。
在一种可能的实现方式中，所述去除所述栅区域对应的部分所述第一介质层，得到第一裸露区，且所述第一裸露区的覆盖范围大于所述第二裸露区，包括：
采用湿法腐蚀的方式去除所述栅区域对应的部分所述第一介质层，直至所述衬底的上表面，得到第一裸露区，且所述第一裸露区的覆盖范围大于所述第二裸露区。
在一种可能的实现方式中，所述在所述第二介质层的上表面形成光刻胶层，并裸露出栅区域，包括：
在所述第二介质层的上表面涂覆光刻胶层；
在预设位置进行曝光显影，得到栅区域。
在一种可能的实现方式中，在所述光刻胶层的上表面形成栅金属层，以使所述栅金属层在所述栅区域、所述第二裸露区和所述第一裸露区形成具有空气隙的栅极，包括：
使用电子束蒸发台在所述光刻胶层的上表面沉积栅金属层，使得所述栅金属层沉积在所述栅区域、所述第二裸露区和所述第一裸露区形成的腔体中，得到具有空气隙的栅极。
在一种可能的实现方式中，所述去除所述栅极以外的所述光刻胶层和所述栅金属层，得到空腔栅结构，包括：
使用有机溶剂将所述光刻胶层剥离干净，在剥离的过程中，所述栅金属层一同分离，得到空腔栅结构。
本发明提供的具有空气隙结构的GaN HEMT器件的制备方法至少具有以下技术效果：与传统技术相比，本发明提供的具有空气隙结构的GaN HEMT器件的制备方法，在制作完源极和漏极的衬底上表面依次形成第一介质层和第二介质层，在第二介质层的上表面形成光刻胶层，在光刻之后露出栅区域，依次地去除对应的第二介质层和第一介质层，第一裸露区的覆盖范围大于第二裸露区，能够得到空气隙，然后在自对准的光刻胶层基础上形成栅金属层，最后去除栅极以外的光刻胶层和栅金属层，得到具有自对准空腔栅结构的GaNHEMT器件，解决了栅根和栅帽对位偏斜的问题，提升了生产流片的成品率，有效地减少了GaN HEMT器件的寄生电容，提升了GaN HEMT器件的频率特性和批产成品率。
在第二方面，本发明还提供一种具有空气隙结构的GaN HEMT器件，采用如上任一实现方式所述的制备方法制成。
本发明提供的具有空气隙结构的GaN HEMT器件采用如上任一实现方式所述的制备方法制成，二者技术效果相同，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的具有空气隙结构的GaN HEMT器件的制备方法的流程图；
图2为本发明一实施例对应图1所示步骤S100的结构示意图；
图3为本发明一实施例对应图1所示步骤S200的结构示意图；
图4为本发明一实施例对应图1所示步骤S300的结构示意图；
图5为本发明一实施例对应图1所示步骤S400的结构示意图；
图6为本发明一实施例对应图1所示步骤S500的结构示意图；
图7为本发明一实施例对应图1所示步骤S600的结构示意图；
图8为本发明一实施例对应图1所示步骤S700的结构示意图。
附图标记说明：
100、GaN HEMT器件 110、衬底 120、源极
130、漏极 140、第一介质层 150、第二介质层
160、光刻胶层 170、栅金属层 180、栅极
141、第一裸露区 151、第二裸露区 161、栅区域
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“形成于”另一个元件，对于形成方式不做限制，满足工艺要求即可。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
请一并参阅图1至图8，现对本发明实施例提供的具有空气隙结构的GaN HEMT器件100及其制备方法进行说明。
请参阅图1，本发明实施例提供了一种具有空气隙结构的GaN HEMT器件100的制备方法，包括以下步骤：
S100、在衬底的上表面形成源极和漏极。
如图2所示，可以理解的是，衬底110为具有氮化镓外延结构的晶圆，满足高电子迁移率晶体管的制备要求。
S200、在衬底、源极和漏极所形成的上表面依次形成第一介质层和第二介质层。
如图3所示，在衬底110除源极120和漏极130以外的上表面、源极120的上表面和漏极130的上表面依次地形成第一介质层140和第二介质层150。
S300、在第二介质层的上表面形成光刻胶层，并裸露出栅区域。
如图4所示，先在第二介质层150的上表面形成整层的光刻胶层160，然后根据预设位置去除部分光刻胶层160，得到栅区域161。
S400、去除栅区域对应的部分第二介质层，得到第二裸露区。
如图5所示，根据预设形状去除栅区域161对应的部分第二介质层150，得到第二裸露区151。
S500、去除栅区域对应的部分第一介质层，得到第一裸露区，且第一裸露区的覆盖范围大于第二裸露区。
如图6所示，根据预设形状去除栅区域161对应的部分第一介质层140，得到第一裸露区141，第一裸露区141在衬底110上的覆盖范围大于第二裸露区151，使得在后续制备栅极180时，能够形成空气隙。
S600、在光刻胶层的上表面形成栅金属层，以使栅金属层在栅区域、第二裸露区和第一裸露区形成具有空气隙的栅极。
如图7所示，在光刻胶层160的上表面形成栅金属层170时，由于栅区域161、第二裸露区151和第一裸露区141围合成腔体，使得栅金属层170沉积在该腔体中，得到具有空气隙的栅极180。
S700、去除栅极以外的光刻胶层和栅金属层，得到空腔栅结构。
如图8所示，去除栅极180以外的光刻胶层160和栅金属层170，得到自对准的空腔栅结构。
本发明实施例提供的具有空气隙结构的GaN HEMT器件100的制备方法至少具有以下技术效果：与传统技术相比，本发明实施例提供的具有空气隙结构的GaN HEMT器件100的制备方法，在制作完源极120和漏极130的衬底110上表面依次形成第一介质层140和第二介质层150，在第二介质层150的上表面形成光刻胶层160，在光刻之后露出栅区域161，依次地去除对应的第二介质层150和第一介质层140，第一裸露区141的覆盖范围大于第二裸露区151，能够得到空气隙，然后在自对准的光刻胶层160基础上形成栅金属层170，最后去除栅极180以外的光刻胶层160和栅金属层170，得到具有自对准空腔栅结构的GaN HEMT器件100，解决了栅根和栅帽对位偏斜的问题，提升了生产流片的成品率，有效地减少了GaNHEMT器件100的寄生电容，提升了GaN HEMT器件100的频率特性和批产成品率。
在一些可能的实施方式中，在衬底110的上表面形成源极120和漏极130，包括：在衬底110的上表面采用光刻-蒸发-剥离的方式制作欧姆接触的源极120和漏极130。具体而言，依次地采用光刻工艺、金属蒸发工艺和剥离工艺，控制退火温度和退火时间，得到欧姆接触的源极120和漏极130。当然，还可以采用其他方式，对此不做限制。
在一些可能的实施方式中，第一介质层140和第二介质层150采用不同的介质种类，且第一介质层140和第二介质层150存在腐蚀速率差。例如，第一介质层140和第二介质层150采用SiO2/SiN，BCB/SiO2，BCB/SiN，PI/SiO2，PI/SiN等。由于第一介质层140和第二介质层150存在腐蚀速率差，因此，在通过腐蚀的方式去除第一介质层140和第二介质层150的过程中，能够形成预设形状，不会出现全都不腐蚀或全腐蚀的情况。示例性地，第一介质层140为SiO2，第二介质层150为BCB。
基于上述腐蚀速率差的描述，在一个具体的实施方式中，在衬底110、源极120和漏极130所形成的上表面依次形成第一介质层140和第二介质层150，包括：在衬底110、源极120和漏极130所形成的上表面沉积第一介质层140；在第一介质层140的上表面旋涂第二介质层150。可以理解的是，第一介质层140和第二介质层150的厚度根据预设尺寸进行设计，例如，第一介质层140的厚度为50nm-100nm，第二介质层150的厚度在0.5μm以下。通过沉积和旋涂的方式分别形成第一介质层140和第二介质层150，其中，可以使用PECVD进行沉积。当然，还可以采用其他方式，对此不做限制。
基于上述腐蚀速率差的描述，在一个具体的实施方式中，去除栅区域161对应的部分第二介质层150，得到第二裸露区151，包括：采用自对准干法刻蚀的方式去除栅区域161对应的部分第二介质层150，直至第一介质层140的上表面，得到第二裸露区151。
本实施方式中，采用干法刻蚀的方式将栅区域161对应的栅根处的第二介质层150刻蚀干净，终止在第一介质层140的上表面，得到用于容置部分栅根的第二裸露区151，有益于实现自对准空腔栅结构。
基于上述腐蚀速率差的描述，在一个具体的实施方式中，去除栅区域161对应的部分第一介质层140，得到第一裸露区141，且第一裸露区141的覆盖范围大于第二裸露区151，包括：采用湿法腐蚀的方式去除栅区域161对应的部分第一介质层140，直至衬底110的上表面，得到第一裸露区141，且第一裸露区141的覆盖范围大于第二裸露区151。
本实施方式中，采用湿法腐蚀的方式将第二裸露区151下方的第一介质层140进行过腐蚀，一方面可以保证第二裸露区151内的刻蚀生产物被去除干净，另一方面可以保证在栅根附近形成空腔，也就是空气隙，从而进一步地降低寄生电容。
此外，在其他实施方式中，可以采用其他去除方式去除第一介质层140和第二介质层150，并不局限于此。
在一些可能的实施方式中，在第二介质层150的上表面形成光刻胶层160，并裸露出栅区域161，包括：在第二介质层150的上表面涂覆光刻胶层160；在预设位置进行曝光显影，得到栅区域161。可以理解的是，通过在预设位置进行曝光显影，能够得到预设位置的栅区域161，保证空腔栅结构的自对准效果。
在一些可能的实施方式中，在光刻胶层160的上表面形成栅金属层170，以使栅金属层170在栅区域161、第二裸露区151和第一裸露区141形成具有空气隙的栅极180，包括：使用电子束蒸发台在光刻胶层160的上表面沉积栅金属层170，使得栅金属层170沉积在栅区域161、第二裸露区151和第一裸露区141形成的腔体中，得到具有空气隙的栅极180。
具体而言，采用沉积的方式形成栅金属层170，在整个沉积的过程中，基于栅区域161、第二裸露区151和第一裸露区141围合形成的腔体，使得金属直接沉积在该腔体中，得到具有空气隙的栅极180，栅极180的形状为T型栅。
在一些可能的实施方式中，去除栅极180以外的光刻胶层160和栅金属层170，得到空腔栅结构，包括：使用有机溶剂将光刻胶层160剥离干净，在剥离的过程中，栅金属层170一同分离，得到空腔栅结构。
具体而言，根据光刻胶层160的材料，可以选择对应的有机溶剂，确保光刻胶层160能够被完全地剥离，在剥离过程中，由于栅金属层170形成于光刻胶层160的上表面，当光刻胶层160在溶解过程中，栅金属层170也随之从器件中分离出来。
基于同一发明构思，请参阅图8，本发明实施例还提供了一种具有空气隙结构的GaN HEMT器件100，采用如上任一实现方式所述的制备方法制成。
具体而言，GaN HEMT器件100包括衬底110；形成于衬底110上表面的源极120和漏极130；依次形成于衬底110、源极120和漏极130上表面的第一介质层140和第二介质层150，其中，第一介质层140具有第一裸露区141，第二介质层150具有覆盖范围小于第一裸露区141的第二裸露区151；以及形成于第二介质层150的上表面且部分位于第一裸露区141和第二裸露区151的栅极180。第一裸露区141的覆盖范围大于第二裸露区151，栅极180的栅根部分位于第一裸露区141内，形成空气隙，进一步地降低寄生电容。
本发明实施例提供的具有空气隙结构的GaN HEMT器件100采用如上任一实现方式所述的制备方法制成，二者技术效果相同，在此不再赘述。
可以理解的是，上述实施例中的各部分可以进行自由地组合或删减以形成不同的组合实施例，在此不再赘述各个组合实施例的具体内容，在此说明之后，可以认为本发明说明书已经记载了各个组合实施例，能够支持不同的组合实施例。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.具有空气隙结构的GaN HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在衬底的上表面形成源极和漏极；
在所述衬底、所述源极和所述漏极所形成的上表面依次形成第一介质层和第二介质层；
在所述第二介质层的上表面形成光刻胶层，并裸露出栅区域；
去除所述栅区域对应的部分所述第二介质层，得到第二裸露区；
去除所述栅区域对应的部分所述第一介质层，得到第一裸露区，且所述第一裸露区的覆盖范围大于所述第二裸露区；
在所述光刻胶层的上表面形成栅金属层，以使所述栅金属层在所述栅区域、所述第二裸露区和所述第一裸露区形成具有空气隙的栅极；
去除所述栅极以外的所述光刻胶层和所述栅金属层，得到空腔栅结构。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在衬底的上表面形成源极和漏极，包括：
在衬底的上表面采用光刻-蒸发-剥离的方式制作欧姆接触的源极和漏极。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一介质层和所述第二介质层采用不同的介质种类，且所述第一介质层和所述第二介质层存在腐蚀速率差。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底、所述源极和所述漏极所形成的上表面依次形成第一介质层和第二介质层，包括：
在所述衬底、所述源极和所述漏极所形成的上表面沉积第一介质层；
在所述第一介质层的上表面旋涂第二介质层。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述去除所述栅区域对应的部分所述第二介质层，得到第二裸露区，包括：
采用自对准干法刻蚀的方式去除所述栅区域对应的部分所述第二介质层，直至所述第一介质层的上表面，得到第二裸露区。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述去除所述栅区域对应的部分所述第一介质层，得到第一裸露区，且所述第一裸露区的覆盖范围大于所述第二裸露区，包括：
采用湿法腐蚀的方式去除所述栅区域对应的部分所述第一介质层，直至所述衬底的上表面，得到第一裸露区，且所述第一裸露区的覆盖范围大于所述第二裸露区。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述第二介质层的上表面形成光刻胶层，并裸露出栅区域，包括：
在所述第二介质层的上表面涂覆光刻胶层；
在预设位置进行曝光显影，得到栅区域。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述光刻胶层的上表面形成栅金属层，以使所述栅金属层在所述栅区域、所述第二裸露区和所述第一裸露区形成具有空气隙的栅极，包括：
使用电子束蒸发台在所述光刻胶层的上表面沉积栅金属层，使得所述栅金属层沉积在所述栅区域、所述第二裸露区和所述第一裸露区形成的腔体中，得到具有空气隙的栅极。
9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述去除所述栅极以外的所述光刻胶层和所述栅金属层，得到空腔栅结构，包括：
使用有机溶剂将所述光刻胶层剥离干净，在剥离的过程中，所述栅金属层一同分离，得到空腔栅结构。
10.具有空气隙结构的GaN HEMT器件，其特征在于，采用如权利要求1至9任一项所述的制备方法制成。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202111489158.6A CN114242587A (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 具有空气隙结构的GaN HEMT器件及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111489158.6A CN114242587A (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 具有空气隙结构的GaN HEMT器件及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN114242587A true CN114242587A (zh) | 2022-03-25 |
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ID=80753858
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202111489158.6A Pending CN114242587A (zh) | 2021-12-07 | 2021-12-07 | 具有空气隙结构的GaN HEMT器件及其制备方法 |
Country Status (1)
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2021
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