一種真空空洞柵結構贗配高電子遷移率晶體管制作方法
【專利說明】
[0001 ] 技術領域:
本發明涉及一種二代及三代半導體高迀移率場效應晶體管的柵制備方法。屬于半導體技術領域。在微波毫米波應用中，通過合適的工藝手段形成柵金屬介質空洞以減小柵寄生電容是提高器件高頻性能的有效手段。本發明提出的柵介質空洞形成方法可以通過調整介質空洞的尺寸，使得柵寄生電容減小更可控的優點，對于提高微波毫米波器件相關性能頗具應用價值。
[0002]【背景技術】:
化合物半導體材料相比傳統的硅材料，具有迀移率高、禁帶寬度大等特點，因此廣泛用于高頻、微波等領域。隨著化合物半導體器件的發展，無線通信市場、航天、軍用武器裝備等領域對于微波晶體管的性能也提出更高的要求。為了實現更高的增益、更低的噪聲、更快的工作速度，各國在化合物半導體研發領域都投入的大量的精力。
[0003]對于微波毫米波器件，提升頻率特性的主要手段之一是減小器件柵長以減小溝道電子的渡越時間達到提升頻率特性的目的。目前國內外先進GaAs、InP、GaN器件的柵長已經縮小到lOOnm以內的水平，而隨之帶來的柵電阻的增加又成為制約小尺寸器件性能提升的重要因素之一，為了解決柵電阻增加的問題，通常采取增加柵帽尺寸的方法，也即所謂的T型柵、Y型柵或者蘑菇柵。
[0004]而這種通過增加柵帽尺寸以達到減小柵阻的技術手段仍稱不上是一種完美的解決方案，因為大尺寸柵帽所引入的寄生電容會導致器件頻率特性的下降。尤其是對于小柵長器件來說，其本征電容小、寄生電容相對較大，寄生電容成為影響器件頻率特性的主要因素，所以對于微波毫米波器件，提升頻率特性的核心在于減小柵寄生電容。
[0005]—種常用的減小介電常數影響的方法是裸柵工藝，即在柵金屬蒸發前不生長柵介質，在材料上直接通過電子束直寫或深紫外曝光得到想要的膠型，柵金屬蒸發后，將膠型轉化為柵型，剝離得到金屬柵，之后生長一層各向同性的介質包裹，完成柵鈍化。裸柵工藝本身有一定的不足，包括:由于沒有介質支撐，柵剝離時容易造成倒柵，而且在柵鈍化前，柵勢皇金屬直接暴露在空氣中，會影響柵勢皇的肖特基接觸。
[0006]在柵帽金屬下形成介質空洞是減小柵寄生電容的另一常用手段，因為相比于SiNx介質電容，同樣尺寸的真空(空氣)介質電容值約為前者的1/7。通常在T型柵金屬成型后，利用各向同性強的干法刻蝕將輔助成型的介質去除，再利用各向異性強的方法生長保護介質，由于各方向生長速率不同而形成封堵空洞。該工藝的問題在于干法刻蝕輔助成型介質的步驟會對器件的表面帶來損傷，同時利用各向異性方法生長形成的真空孔洞通常尺寸很小，對于柵寄生電容的減小也比較有限;且其形狀大小難以控制，這就會造成片內和片間的離散。
[0007]因此尋求一種大尺寸可控介質空洞的工藝方法，對于提高器件尤其是小柵長器件的頻率特性具有重要意義。
[0008]
【發明內容】
:
本發明提出的是一種真空空洞柵結構贗配高電子迀移率晶體管制作方法，目的在于解決現有技術所存在的上述缺陷。
[0009]為使形成的介質空洞可控，在半導體表面依次生長五層介質，自下而上分別為致密-最致密-疏松-最致密-致密的介質層，介質層所采用的介質包括但不限于SiNx、S1x和S1Nx 等。
[0010]在利用干法(濕法)的方法刻蝕(腐蝕)介質的時候，由于中間的介質較為疏松，則會自動形成空洞，且其上下兩層更致密的介質層也能保護最外面介質層的形貌，同時調整各層介質的厚度，也會使得形成的介質孔洞更規則也更可控，最終既避免了沒有介質承托造成的柵剝離時的倒柵，同時也可以減小柵寄生電容，達到提升器件的頻率特性的目的。[0011 ]本發明的技術解決方案:一種真空空洞柵結構贗配高電子迀移率晶體管制作方法，包括以下工藝步驟:
1)在襯底上采用MBE的方法依次形成緩沖層、溝道層、勢皇層、低摻雜GaAs層和高摻雜GaAs 層；
2)在高摻雜GaAs層上形成兩個歐姆接觸區分別作為贗配高電子迀移率晶體管的源電極和漏電極，并在兩個歐姆接觸區之間利用干法刻蝕或者濕法腐蝕的方法去除高摻雜GaAs層以形成一個寬槽；
3)在兩個歐姆接觸電極之間的表面淀積五層介質層，淀積方法包括等離子體增強化學汽相淀積、電子束蒸發；
4)利用干法刻蝕或濕法腐蝕形成介質窗口及空洞，通過調整刻蝕程序或五層介質的厚度比例得到需要尺寸的介質空洞；
5)以介質窗口為掩膜，利用濕法腐蝕或者干法刻蝕窗口處的低摻雜GaAs層，形成細槽；
6)可選擇電子束蒸發柵電極金屬；
7)在化合物半導體外延層上形成兩個歐姆接觸區分別作為晶體管的源電極和漏電極。
[0012]本發明的優點:在三層致密-疏松-致密的柵介質之間插入薄層的S1-Ο層，形成五層介質結構，通過調整干法(濕法)刻蝕(腐蝕)條件，形成合適的側蝕深度，同時也可調整各介質層厚度比例，用以控制側蝕的高度，進而控制形成介質空洞的尺寸，其中中間疏松介質的厚度決定真空空洞的縱向尺寸，兩側最致密介質起到支撐以及保證真空空洞完整性的作用。在柵蒸發剝離后，T型柵的柵帽下方會形成一個尺寸可控的介質空洞，使得柵寄生電容減小和頻率特性提升變得可控。
[0013]【附圖說明】:
圖1是普通GaAs贗配高電子迀移率晶體管的示意圖；
圖2是本發明提出的可控真空介質空洞的GaAs贗配高電子迀移率晶體管的示意圖；
圖3是GaAs外延結構示意圖；
圖4源漏蒸發后示意圖；
圖5—次挖槽工藝流程圖；
圖6柵介質生長完成后示意圖；
圖7柵介質刻蝕工藝流程圖；
圖8柵挖槽工藝流程圖；
圖9柵蒸發工藝流程圖；
圖10棚.金屬剝尚后不意圖。
【具體實施方式】
[0014]—種真空空洞柵結構贗配高電子迀移率晶體管制作方法，包括以下工藝步驟:
1)在襯底上采用MBE的方法依次形成緩沖層、溝道層、勢皇層、低摻雜GaAs層和高摻雜GaAs 層；
2)在高摻雜GaAs層上形成兩個歐姆接觸區分別作為贗配高電子迀移率晶體管的源電極和漏電極，并在兩個歐姆接觸區之間利用干法刻蝕或者濕法腐蝕的方法去除高摻雜GaAs層以形成一個寬槽；
3)在兩個歐姆接觸電極之間的表面淀積五層介質層，淀積方法包括等離子體增強化學汽相淀積、電子束蒸發；
4)利用干法刻蝕或濕法腐蝕形成介質窗口及空洞，通過調整刻蝕程序或五層介質的厚度比例得到需要尺寸的介質空洞；
5)以介質窗口為掩膜，利用濕法腐蝕或者干法刻蝕窗口處的低摻雜GaAs層，形成細槽；
6)可選擇電子束蒸發柵電極金屬；
7)在化合物半導體外延層上形成兩個歐姆接觸區分別作為晶體管的源電極和漏電極。
[0015]所述的緩沖層采用AlGaAs，溝道層是生長InGaAs，勢皇層是生長AlGaAs，勢皇層上生長低摻雜GaAs層和高摻雜GaAs層。
[0016]所述的5層介質層，最外兩層為致密介質層，最中間為疏松介質層，其余兩層為最致密介質層，介質材料包括SiNx、S1x和S1Nx等材料，各層厚度根據設計需要而定。
[0017]所述5層介質層，自上而下開有介質窗口，其中中間疏松介質層上形成真空空洞。5層介質層中各介質層的厚度根據實際需求所定。
[0018]所述細槽位于寬槽內，且處于介質窗口下方。
[0019]形成的介質空洞位于柵電極金屬下方，柵剝離后生長介質鈍化。<