專利名稱：凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件，特別是基于in-v族化合物半導(dǎo)體材 料異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件，可用作微波、毫米波通訊 系統(tǒng)以及雷達系統(tǒng)的基本器件。
背景技術(shù)：
業(yè)內(nèi)周知，由m族元素和v族元素所組成的半導(dǎo)體材料，即m-v族化合物半導(dǎo)體材
料，如氮化鎵(GaN)基、砷化鎵(GaAs)基、磷化銦(InP)基等半導(dǎo)體材料，它們的禁帶寬度
往往差異較大，因此人們通常利用這些m-v族化合物半導(dǎo)體材料形成各種異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。 由于在異質(zhì)結(jié)中異質(zhì)結(jié)界面兩側(cè)的m-v族化合物半導(dǎo)體材料的禁帶寬度存在較大的差 異，使得這些異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)具有一個共同特點，即在異質(zhì)結(jié)界面附近產(chǎn)生一個量子勢井。
對于山ni-v族化合物半導(dǎo)體材料所組成的異質(zhì)結(jié)，人們通過對材料進行摻雜，或者利用 材料的極化效應(yīng)等特性，可以在量子勢井中產(chǎn)生高濃度的二維電子氣，這種二維電子氣 由大量的電荷載流子構(gòu)成。另外由于這種二維電子氣被束縛在量子勢井中，實現(xiàn)了載流 子與電離雜質(zhì)在空間上的分離，減少了電離雜質(zhì)對載流子的庫侖力作用，消除了電離散 射中心的影響，從而大大提高了載流子的遷移率。這種高濃度二維電子氣和高載流子遷 移率，使得ni-v族化合物半導(dǎo)體材料異質(zhì)結(jié)具有良好的電特性。
基于in-v族化合物半導(dǎo)體材料異質(zhì)結(jié)制作而成的高電子遷移率器件，繼承了ni-v族 化合物半導(dǎo)體材料異質(zhì)結(jié)的優(yōu)點，如高載流子濃度、高載流子遷移率、高工作頻率、大 功率及耐高溫等，可以廣泛應(yīng)用于微波、毫米波通訊系統(tǒng)和雷達系統(tǒng)等領(lǐng)域，因此高電
子遷移率器件自從誕生之日起便成為眾多研究者研究的熱點。1980年，Takashi Mimum 等人報道成功研制出了第一只AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管，也是一種高電子遷移 率器<牛，參見A new field-effect transistor with selectively doped GaAs/n-AlxGai.xAs heterostructures, Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 19, No. 5, pp, L225-L227, May 1980。 1993年，Khan等人報道成功研制出了第一只AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶 體管，也是一種高電子遷移率器件，參見High electron mobility transistor based on a GaN-AlxGa卜xN heteroj腿tion, Applied Physics Letters, Vol. 63, No. 9, pp. 1214-1215, August 1993。隨著對器件研究的深入，人們對基于III-V族化合物半導(dǎo)體材料異質(zhì)結(jié)的高 電子遷移率器件的研究不斷取得新的突破。然而，高電子遷移率器件工作時勢壘層耗盡 區(qū)中的電場線的分布并不均勻，柵極靠近漏極一側(cè)的邊緣往往收集大部分的電場線，因此該處的電場相當高。此處的高電場會使得柵極泄漏電流增大，容易導(dǎo)致器件發(fā)生雪崩 擊穿，使其實際擊穿電壓偏小，從而導(dǎo)致該類器件的高擊穿電壓和大功率等優(yōu)勢不能充 分發(fā)揮。另外，器件的柵極泄露電流增大會導(dǎo)致其可靠性變差。
為了提高高電子遷移率器件的擊穿電壓，充分發(fā)揮其輸出功率高的優(yōu)勢，同時增強 器件的可靠性，有研究者采用場板結(jié)構(gòu)對其進行了改進，其結(jié)構(gòu)如圖l所示。該結(jié)構(gòu)的基 本原理是利用場板增加了耗盡區(qū)的面積，提高了耗盡區(qū)可以承擔(dān)的漏源電壓，從而增 大了器件的擊穿電壓；同時，利用場板對勢壘層耗盡區(qū)中電場線的分布進行調(diào)制，減小 了柵極泄露電流。在高電子遷移率器件中采用場板結(jié)構(gòu)，會在場板下方形成新的耗盡區(qū)， 即高阻區(qū)，增加了柵極與漏極之間勢壘層中耗盡區(qū)的面積，使得耗盡區(qū)可以承擔(dān)更大的 漏源電壓，從而增大了器件的擊穿電壓。在高電子遷移率器件中采用場板結(jié)構(gòu)，可以將 部分原本收集在柵極靠近漏極一側(cè)的邊緣的電場線收集到場板上，尤其是場板靠近漏極 一側(cè)的邊緣，結(jié)果在柵極靠近漏極一側(cè)的邊緣和場板靠近漏極一側(cè)的邊緣分別出現(xiàn)一個 電場峰值，從而減少了柵極靠近漏極一側(cè)的邊緣所收集的電場線，降低了該處的電場，
減小了柵極泄露電流。1998年，K. Asano等人報道了采用柵場板結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶 體管，也是一種柵場板高電子遷移率器件，獲得了較高的器件擊穿電壓和較好的功率性 能，參見Novel high power AlGaAs-GaAs HFET with a field-modulating plate operated at 35V drain voltage, International Electron Devices Meeting Technical Digest, pp. 59-62, December 1998。此外，為了進一步減小柵場板高電子遷移率器件的柵極泄漏電流，提高器件柵極 的偏置，增加器件的飽和輸出電流，同時提高器件的線性度，改善器件的大信號和小信 號微波功率性能，獲得穩(wěn)定的高輸出功率， 一些研究者提出采用凹槽絕緣柵型柵場板高 電子遷移率器件，如T. Nakayama等人于2006年報道的凹槽絕緣柵型柵場板場效應(yīng)晶體 管，參見CW 140 W recessed-gate AlGaN GaN MISFET with field-modulating plate, Electronics Letters, Vol. 42, No. 8, pp. 489-490, April 2006。然而，由于單層?xùn)艌霭褰Y(jié)構(gòu)提高 高電子遷移率器件的擊穿電壓的能力是有限度的，所以采用單層?xùn)艌霭宓母唠娮舆w移率 器件的輸出功率也是有限的。2001年，Karmalkar等人報道對柵場板高電子遷移率晶體管 進行仿真，提出了存在一個最優(yōu)化的場板尺寸結(jié)構(gòu)，使得器件的擊穿電壓達到最大值， 參見Enhancement of breakdown voltage in AlGaN/GaN high electron mobility transistors using a field plate, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 48, No.8， pp. 1515-1521, August 2001。因此為了獲得更高的擊穿電壓， 一些研究者采用了各種復(fù)雜的場板結(jié)構(gòu)， 而堆層場板結(jié)構(gòu)是目前提高高電子遷移率器件擊穿電壓最為有效的一種結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu) 通過增加堆層場板的個數(shù)可以持續(xù)地增加器件的擊穿電壓，如Xing等人于2004年報道的采用雙層?xùn)艌霭宓腁lGaN/GaN高電子遷移率晶體管，獲得了相當高的擊穿電壓，參見 High breakdown voltage AlGaN-GaN HEMTs achieved by multiple field plates, IEEE Electron Device Letters, Vol. 25, No. 4, pp. 161-163, April 2004。但是采用堆層場板結(jié)構(gòu)的高電子遷 移率器件的制作工藝比較復(fù)雜，每增加一層場板都需要多加光刻、淀積金屬、淀積絕緣 介質(zhì)材料、剝離、清洗等工藝步驟，而且要使各層場板下面所淀積的絕緣介質(zhì)材料具有 合適的厚度，必須進行繁瑣的工藝調(diào)試，因此大大增加了器件制造的難度，降低了器件 的成品率。而且還存在一個值得人們關(guān)注的問題，即所有采用柵場板結(jié)構(gòu)的高電子遷移 率器件都會在柵場板與二維電子氣溝道之間產(chǎn)生附加電容，該附加電容會疊加進器件的 柵極與漏極之間的反饋電容中，使得器件的反饋電容增加，導(dǎo)致器件的功率特性和頻率 特性均有一定的衰減。另外，器件的反饋電容增加，會減弱器件輸入與輸出之間的隔離， 造成其不穩(wěn)定性大大增加。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述己有技術(shù)的不足，提供一種制造工藝簡單、可靠性好、 穩(wěn)定性強和擊穿電壓高的凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件，以改善器件的頻 率特性，實現(xiàn)高輸出功率和高成品率。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的器件結(jié)構(gòu)采用任何III-V族化合物半導(dǎo)體材料組合而
成的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)自下而上包括襯底、過渡層、勢壘層、源極、漏極、絕緣介 質(zhì)層、絕緣槽柵、鈍化層、柵場板和保護層，勢壘層上開有凹槽，絕緣槽柵位于凹槽上 部的絕緣介質(zhì)層上，柵場板位于鈍化層的上面，絕緣槽柵與柵場板電氣連接，其中，鈍
化層上淀積有n個浮空場板，ri21，與柵場板構(gòu)成復(fù)合柵場板結(jié)構(gòu)。
所述的每個浮空場板大小相同，相互獨立，且與柵場板同位于鈍化層的上面。 所述的柵場板與其最鄰近的浮空場板之間的距離為0.07~3.6pm，相鄰兩浮空場板之
間的間距按照浮空場板排列自柵場板到漏極方向的個數(shù)依次遞增。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的制作凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件的
方法，包括如下過程
在襯底上外延m-v族化合物半導(dǎo)體材料的過渡層作為器件的工作區(qū)； 在過渡層上淀積m-v族化合物半導(dǎo)體材料的勢壘層；
在勢壘層上第一次制作掩膜，并在勢壘層上的兩端淀積金屬，再在N2氣氛中進行快 速熱退火，分別制作源極和漏極；
在勢壘層上第二次制作掩膜，利用該掩膜在源極和漏極之間的勢壘層刻蝕出凹槽；在源極和漏極的上部，以及源極和漏極之間的勢壘層上淀積絕緣介質(zhì)層；
在絕緣介質(zhì)層上制作掩膜，利用該掩膜在凹槽上部的絕緣介質(zhì)層上淀積金屬，制作 絕緣槽柵；
分別在絕緣槽柵的上部、絕緣槽柵與源極之間的絕緣介質(zhì)層上部，和絕緣槽柵與漏 極之間的絕緣介質(zhì)層上部淀積鈍化層；
在鈍化層上制作掩膜，利用該掩膜在源極與漏極之間的鈍化層上淀積兩層或三層金 屬層的組合，同時制作厚度為0.15 7.5pm的柵場板和n個浮空場板，nd，并將柵場板 與絕緣槽柵電氣連接； .
在柵場板及各浮空場板的外圍區(qū)域淀積保護層。
本發(fā)明器件與采用傳統(tǒng)柵場板的凹槽絕緣柵型高電子遷移率器件比較具有以下優(yōu)
點
1. 進一歩提高了器件的擊穿電壓。
本發(fā)明由于采用浮空場板結(jié)構(gòu)，使器件在處于工作狀態(tài)尤其是處于關(guān)態(tài)的工作狀態(tài) 時，在柵場板與其最鄰近的浮空場板之間，以及在各個浮空場板彼此之間都存在電容耦 合作用，于是電勢從柵場板到最靠近漏極一側(cè)的浮空場板逐漸升高，從而大大增加了絕 緣槽柵與漏極之間勢壘層中的耗盡區(qū)，即高阻區(qū)的面積，使得此耗盡區(qū)能夠承擔(dān)更大的 漏源龜壓，從而大大提高了器件的擊穿電壓。
2. 進一步減小了柵極泄漏電流，增強了器件的可靠性。
本發(fā)明由于采用浮空場板結(jié)構(gòu)，使器件勢壘層耗盡區(qū)中電場線的分布得到了更強的 調(diào)制，器件中絕緣槽柵靠近漏極一側(cè)的邊緣、柵場板與其最鄰近的浮空場板之間、各個 浮空場板彼此之間以及最靠近漏極的浮空場板的靠近漏極一側(cè)的邊緣都會產(chǎn)生一個電場 峰值，而且通過調(diào)整柵場板與其最鄰近的浮空場板之間的距離以及各個浮空場板彼此之
間的距離，可以使得上述各個電場峰值相等且小于m-v族化合物半導(dǎo)體材料的擊穿電 場，從而最大限度地減少了絕緣槽柵靠近漏極一側(cè)的邊緣所收集的電場線，有效地降低 了該處的電場，大大減小了柵極泄露電流，使得器件的可靠性得到了顯著增強。
3. 改善了器件的頻率特性，增強了器件的穩(wěn)定性。
本發(fā)明由于采用浮空場板結(jié)構(gòu)， 一方面使柵場板與其最鄰近的浮空場板之間以及各 浮空場板彼此之間均產(chǎn)生了一個耦合介質(zhì)電容，另一方面使柵場板和每個浮空場板與絕 緣介質(zhì)層上表面之間分別產(chǎn)生一個介質(zhì)電容，這些耦合介質(zhì)電容與介質(zhì)電容組成了一個電容網(wǎng)絡(luò)，其等效電容遠小于傳統(tǒng)柵場板所產(chǎn)生的電容，所以與采用傳統(tǒng)柵場板的凹槽 絕緣柵型高電子遷移率器件相比，本發(fā)明器件的反饋電容大大減小，頻率特性得到了顯 著改善，同時本發(fā)明器件輸入與輸出之間的隔離得到了顯著加強，器件的穩(wěn)定性得到了 進一步增強。
4.工藝簡單，易于實現(xiàn)，成品率高。
本發(fā)明器件結(jié)構(gòu)中由于柵場板和各浮空場板位于同一層鈍化層上，且只有一層，因 此只需要一步工藝便可以同時實現(xiàn)柵場板與各浮空場板的制作，避免了傳統(tǒng)的堆層場板 結(jié)構(gòu)所帶來的工藝復(fù)雜化問題，大大提高了器件的成品率。
仿真結(jié)果表明，本發(fā)明器件的擊穿電壓遠遠大于采用傳統(tǒng)柵場板的凹槽絕緣柵型高 電子遷移率器件的擊穿電壓。
以下結(jié)合附圖和實施例進一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容和效果。
圖1是采用傳統(tǒng)柵場板的高電子遷移率器件的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是本發(fā)明凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件的結(jié)構(gòu)圖； 圖3是本發(fā)明凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件的制作流程圖； 圖4是采用傳統(tǒng)柵場板的凹槽絕緣柵型高電子遷移率器件的部分等效電容圖； 圖5是本發(fā)明凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件的部分等效電容圖； 圖6是對傳統(tǒng)器件及本發(fā)明器件仿真所得的勢壘層中電場曲線圖； 圖7是對傳統(tǒng)器件及本發(fā)明器件仿真所得的擊穿曲線圖。
具體實施例方式
參照圖2，本發(fā)明凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件是基于m-v族化合物
半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)自下而上為襯底l、過渡層2、勢壘層3、絕緣介質(zhì)層7、 鈍化層9與保護層12。其中，勢壘層3上的兩端分別為源極4和漏極5，源極4和漏極5 之間刻蝕有凹槽6，該凹槽的深度D小于勢壘層的厚度。絕緣介質(zhì)層7位于源極4和漏 極5的上部，以及源極4和漏極5之間的勢壘層3上。絕緣槽柵8位于凹槽6上部的絕 緣介質(zhì)層7上，并與凹槽6兩端的間距分別為Rl與R2，Rl與R2長度相等且均為0 2.5pm。 鈍化層9位于絕緣槽柵的上部、絕緣槽柵與源極之間的絕緣介質(zhì)層上部，和絕緣槽柵與 漏極之間的絕緣介質(zhì)層上部。在鈍化層9上制作有柵場板10及n個浮空場板11， n2l， 構(gòu)成復(fù)合柵場板結(jié)構(gòu)。這些浮空場板與柵場板位于同一層鈍化層上，第一個浮空場板與柵場板之間的距離S1為0.07pm 3.6pm，相鄰兩浮空場板之間的間距不同，即按照浮空 場板個數(shù)自柵場板到漏極方向逐漸增大，且相鄰兩浮空場板之間的間距均大于S1。各浮 空場板11的大小相同，沿著平行于柵場板寬度的方向放置，不與任何電極或者金屬接觸， 處于相互獨立的浮空狀態(tài)。柵場板的有效長度LO為0.2pm 8nm，每個浮空場板的長度 Ll均為0.2阿 8阿，且每個浮空場板的長度與柵場板的有效長度相同。保護層12位于 柵場板10和n個浮空場板11的外圍區(qū)域。柵場板10與絕緣槽柵8電氣連接。
上述器件的襯底1可以為藍寶石、碳化硅、硅或其它外延襯底材料；過渡層2由若 干層相同或不同的ni-V族化合物半導(dǎo)體材料組成，其厚度為l~5^im;勢壘層3由若干層 相同或不同的m-V族化合物半導(dǎo)體材料組成，其厚度為10 50nm;絕緣介質(zhì)層7可以為 Si02、 SiN、 A1203、 Sc203、 Hf02、 Ti02或其它絕緣介質(zhì)材料，其厚度為1 100nm;鈍化 層9可以為Si02、 SiN、 A1203、 Sc203、 Hf02、 Ti02或其它絕緣介質(zhì)材料，其厚度為 0.05~0.6拜;保護層12可以是Si02、 SiN、 A1203、 Sc203、 Hf02、 Ti02或其它絕緣介質(zhì) 材料，其厚度為0.2~7.8pm;柵場板lO及n個浮空場板11采用兩層或三層金屬層的組合， 論l,其厚度為0.15 7.5nm。
參照圖3，本發(fā)明制作凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件的過程如下
步驟l，在襯底1上外延過渡層2作為器件的工作區(qū)，如圖3a。
選擇一襯底l，該襯底材料可以為藍寶石、碳化硅、硅或其它外延襯底材料，并在其 上外延厚度為1 5pm的III-V族化合物半導(dǎo)體材料過渡層2作為器件的工作區(qū)，該過渡層 材料由若干層相同或不同的III-V族化合物半導(dǎo)體材料組成，如僅由GaN材料組成，或 自下而上由A1N和GaN兩層材料組成，或僅由GaAs材料組成。外延過渡層的方法采用 金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)或分子束外延技術(shù)或氫化物氣相外延技術(shù)或其它可以用于 外延過渡層的技術(shù)。
步驟2，在過渡層2上淀積勢壘層3，如圖3b。
在過渡層2上淀積厚度為10~50nm的勢壘層3，該勢壘層材料由若干層相同或不同 的m-V族化合物半導(dǎo)體材料組成，如僅由AlxGa卜xN材料組成，或自下而上由AlxGai.xN 和GaN兩層材料組成，或僅由AlxGa,.xAs材料組成，0<X<1， X表示Al組分的含量。 淀積勢壘層的方法采用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)或分子束外延技術(shù)或氫化物氣相外 延技術(shù)或其它可以用于淀積勢壘層的技術(shù)。
步驟3，在勢壘層3上分別制作源極4和漏極5，如圖3c。
在勢壘層3上第一次制作掩膜，并分別在勢壘層上的兩端淀積金屬，再在N2氣氛中進行快速熱退火，制作源極4和漏極5，其中所淀積的金屬采用Ti/Al/Mo/Au組合，或采 用其它金屬組合，金屬厚度為0.01 0.04nm/0.03 0.16nm/0.02~0.12|am /0.06 0.15nm。淀
積金屬的方法采用電子束蒸發(fā)技術(shù)或濺射技術(shù)或其它可以用于淀積金屬的技術(shù)。 步驟4，在勢壘層3上刻蝕出凹槽6，如圖3d。
在勢壘層3上第二次制作掩膜，在源極4和漏極5之間的勢壘層上刻蝕出凹槽6，該 凹槽深度D小于勢壘層的厚度?？涛g凹槽的方法采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)或感應(yīng)耦合等離 子體技術(shù)或反應(yīng)離子刻蝕-感應(yīng)耦合等離子體技術(shù)或其它可以用于刻蝕凹槽的技術(shù)。
步驟5，淀積絕緣介質(zhì)層7，如圖3e。'
在源極4和漏極5的上部，以及源極4和漏極5之間的勢壘層3上淀積絕緣介質(zhì)層7， 該絕緣介質(zhì)層材料可以采用Si02、 SiN、 A1203、 Sc203、 Hf02、 Ti02或其它絕緣介質(zhì)材料， 其厚度為1 100nm。淀積絕緣介質(zhì)層的方法采用化學(xué)氣相淀積技術(shù)或蒸發(fā)技術(shù)或原子層 淀積技術(shù)或濺射技術(shù)或分子束外延技術(shù)或其它可以用于淀積絕緣介質(zhì)層的技術(shù)。
步驟6，在絕緣介質(zhì)層7上制作絕緣槽柵8，如圖3f。
在絕緣介質(zhì)層7上制作掩膜，利用該掩膜在凹槽6上部的絕緣介質(zhì)層上淀積金屬， 制作絕緣槽柵8，其中所淀積的金屬采用Ni/Au金屬組合，或采用其它金屬組合，金屬厚 度為0.01 0.04nm/0.08~0.4pm，該絕緣槽柵8與凹槽6兩端的間距分別為Rl與R2， Rl 與R2長度相等且均為0~2.5pm。淀積金屬的方法采用電子束蒸發(fā)技術(shù)或濺射技術(shù)或其它 可以用于淀積金屬的技術(shù)。
步驟7，淀積鈍化層9，如圖3g。
在絕緣槽柵的上部、絕緣槽柵與源極之間的絕緣介質(zhì)層上，和絕緣槽柵與漏極之間 的絕緣介質(zhì)層上淀積鈍化層9，該鈍化層材料可以采用SK)2、 SiN、 A1203、 Sc203、 Hf02、 Ti02或其它絕緣介質(zhì)材料，其厚度為0.05~0.6pm。淀積鈍化層的方法采用化學(xué)氣相淀積 技術(shù)或蒸發(fā)技術(shù)或原子層淀積技術(shù)或濺射技術(shù)或分子束外延技術(shù)或其它可以用于淀積鈍 化層的技術(shù)。
步驟8，制作柵場板10及各浮空場板11，如圖3h。
在鈍化層9上制作掩膜，該掩膜是按照柵場板10與其最鄰近的浮空場板之間的距離 為0.07|iim 3.6nm，且相鄰兩浮空場板之間的間距按照浮空場板排列自柵場板到漏極方向 的個數(shù)依次遞增的位置關(guān)系設(shè)置。利用該掩膜在鈍化層上淀積金屬厚度均為0.15~7.5|Lmi 的柵場板10及n個浮空場板11， ri21。該柵場板及各浮空場板的淀積均采用兩層或三層的金屬層組合，且下層金屬厚度要小于上層金屬厚度。對于兩層金屬組合采用Ti/Au，或 Ni/Au或Pt/Au，厚度均為0.03-1.5nm/0.12 6nm;對于三層金屬組合采用Ti/Mo/Au或 Ti/Ni/Au或Ti/Pt/Au，厚度均為0.02~0.5|mi/0.04~l|am/0.09~6|Lim。柵場板的有效長度L0 為0.2 8^m，每個浮空場板的長度Ll均為0.2 8nm，且每個浮空場板的長度與柵場板的 有效長度相同。淀積金屬的方法采用電子束蒸發(fā)技術(shù)或濺射技術(shù)或其它可以用于淀積金 屬的技術(shù)。
完成柵場板10及n個浮空場板11的制作后，將柵場板10與絕緣槽柵8電氣連接。 步驟9，淀積保護層12，如圖3i。
在柵場板10和n個浮空場板11的外圍區(qū)域淀積保護層12，其中保護層材料可以采 用Si02、 SiN、 A1203、 Sc203、 Hf02、 1102.或其它絕緣介質(zhì)材料，其厚度為0.2~7.8|am。
淀積保護層的方法采用化學(xué)氣相淀積技術(shù)或蒸發(fā)技術(shù)或原子層淀積技術(shù)或濺射技術(shù)或分 子束外延技術(shù)或其它可以用于淀積保護層的技術(shù)。
根據(jù)以上所述的器件結(jié)構(gòu)和制作方法，本發(fā)明給出以下六種實施例，但并不限于這 些實施例。
實施例一
制作襯底為藍寶石，絕緣介質(zhì)層為Si02，鈍化層為SiN，保護層為SiN，柵場板和各 浮空場板為Ti/Au金屬組合的高電子遷移率器件，其過程是
1. 使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在藍寶石襯底1上外延厚度為lnm的未摻雜過 渡層2，該過渡層自下而上由厚度為24nm的A1N材料和厚度為0.976pm的GaN材料構(gòu) 成。外延下層A1N材料采用的工藝條件為溫度為570°C，壓力為80Torr，氫氣流量為 4300sccm，氨氣流量為4300sccm，鋁源流量為25pmol/min;外延上層GaN材料采用的 工藝條件為溫度為980°C，壓力為80Torr，氫氣流量為4300sccm，氨氣流量為4300sccm， 鎵源流量為120|_imol/min。
2. 使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在GaN過渡層2上淀積厚度為50nm的未摻雜 勢壘層3，該勢壘層自下而上由厚度為48nm、鋁組分為0.15的Alo.15Gaa85N材料和厚度 為2nm的GaN材料構(gòu)成。淀積下層Alo.15Gao.85N材料采用的工藝條件為溫度為1010°C， 壓力為80Torr，氫氣流量為4300sccm，氨氣流量為4300sccm，鎵源流量為16nmol/min， 鋁源流量為3pmol/min;淀積上層GaN材料采用的工藝條件為溫度為1010°C，壓力為 80Torr，氫氣流量為4300sccm，氨氣流量為4300sccm，鎵源流量為2nmol/min。
3. 在勢壘層3上制作掩膜，并使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在其兩端淀積金屬，再在N2氣氛中進行快速熱退火，制作源極4和漏極5，其中所淀積的金屬為Ti/Al/Mo/An金屬組合， 金屬層厚度為0.01|im/0.03nm/0.02^im/0.06^m。淀積金屬采用的工藝條件為真空度小于 1.8x10—3Pa，功率范圍為200~1800W，蒸發(fā)速率小于3A/s;快速熱退火采用的工藝條件為 溫度為880。C，時間為45s。
4. 在勢壘層3上制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在源極4和漏極5之間的勢壘層上 刻蝕出凹槽6，該凹槽深度D為30nm?？涛g凹槽采用的工藝條件為反應(yīng)氣體(312的流 量為5sccm，壓力為10mT，功率為100 W。
5. 使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極4和漏極5的上部，以及源極4和漏極5之間的勢壘層 3上淀積Si02作為絕緣介質(zhì)層7，該絕緣介質(zhì)層厚度為lnm。淀積絕緣介質(zhì)層采用的工 藝條件為真空度小于1.2xl0,a，功率小于50W，蒸發(fā)速率小于2A/s。
6. 在Si02絕緣介質(zhì)層7上制作掩膜，并使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在凹槽6上部的絕緣介 質(zhì)層上淀積金屬，制作絕緣槽柵8，其中所淀積的金屬釆用Ni/Au金屬組合，金屬厚度為 0.01pm/0.08(am，該絕緣槽柵8與凹槽6兩端的間距分別為Rl與R2， Rl與R2長度均為 Opm。淀積金屬采用的工藝條件為真空度小于1.2xlO—3Pa，功率范圍為200~700W，蒸 發(fā)速率小于2A/s。
7. 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)分別在絕緣槽柵的上部、絕緣槽柵與源極之間 的絕緣介質(zhì)層上，和絕緣槽柵與漏極之間的絕緣介質(zhì)層上淀積SiN作為鈍化層9，該鈍 化層厚度為0.05pm。淀積鈍化層采用的工藝條件為氣體為NH3、 N2及SiH4，氣體流量 分別為2.5sccm、900sccm和200sccm，溫度、RF功率和壓力分別為300。C、25W和900mT。
8. 在SiN鈍化層9上制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與漏極之間的鈍化層上 淀積厚度為0.03^n/0.12pm的Ti/Au金屬組合，以制作柵場板10及一個浮空場板11，該 柵場板的有效長度LO和浮空場板的長度Ll均為0.2pm，柵場板與浮空場板之間的距離 Sl為0.07|im。淀積金屬采用的工藝條件為真空度小于1.8xl(T3Pa，功率范圍為 200~700W，蒸發(fā)速率小于3A/s。將柵場板10與絕緣槽柵8電氣連接。
9. 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)分別在柵場板IO和浮空場板11的外圍區(qū)域淀 積厚度為0.2pm的SiN，以制作保護層12。淀積保護層采用的工藝條件為氣體為NH3、 N2&SiH4，氣體流量分別為2.5sccm、 900sccm和200sccm，溫度、RF功率和壓力分別 為300。C、 25W禾口 900mT。
實施例二
制作襯底為碳化硅，絕緣介質(zhì)層為SiN，鈍化層為Si02，保護層為Si02，柵場板和各浮空場板為Ni/Au金屬組合的高電子遷移率器件，其過程是-
1. 使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在碳化硅襯底1上外延厚度為2pm的未摻雜過 渡層2，該過渡層自下而上由厚度為60nm的A1N材料和厚度為1.94pm的GaN材料構(gòu)成。 外延下層A1N材料采用的工藝條件為溫度為1030°C，壓力為85Torr，氫氣流量為 4卯0sccm，氨氣流量為4900sccm，鋁源流量為14nmol/min;外延上層GaN材料采用的 工藝條件為溫度為1030。C，壓力為85Torr，氫氣流量為4900sccm,氨氣流量為4900sccm， 鎵源流量為170nmol/min。
2. 使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在GaN過渡層2上淀積厚度為25nm，且鋁組 分為0.3的未摻雜Ala3Gaa7N勢壘層3。采用的工藝條件為溫度為1000。C，壓力為85Torr， 氫氣流量為4900sccm，氨氣流量為4900sccm，鎵源流量為18(amol/min，鋁源流量為 8|amol/min。
3. 在AlQ.3Gaa7N勢壘層3上制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在其兩端淀積金屬，再 在N2氣氛中進行快速熱退火，制作源極4和漏極5，其中所淀積的金屬為Ti/Al/Mo/Au 金屬組合，金屬層厚度為0.02(am/0.12nm/0.07nm/0.07pm。淀積金屬采用的工藝條件為 真空度小于1.8xl(T3Pa，功率范圍為200 1800W，蒸發(fā)速率小于3A/s;快速熱退火采用 的工藝條件為溫度為880。C，時間為45s。
4. 在AlQ.3Gao.7N勢壘層3上制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在源極4和漏極5之 間的勢壘層上刻蝕出凹槽6，該凹槽深度D為10nm?？涛g凹槽采用的工藝條件為反應(yīng) 氣體Cl2的流量為5sccm，壓力為10mT，功率為100 W。
5. 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)在源極4和漏極5的上部，以及源極4和漏極 5之間的勢壘層3上淀積SiN作為絕緣介質(zhì)層7，該絕緣介質(zhì)層厚度為25nm。淀積絕緣 介質(zhì)層采用的工藝條件為氣體為NH3、 N2及SiH4，氣體流量分別為2.5sccm、 900sccm 和200sccm，溫度、RF功率和壓力分別為300°C、 25W和900mT。
6. 在SiN絕緣介質(zhì)層7上制作掩膜，并使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在凹槽6上部的絕緣介 質(zhì)層上淀積金屬，制作絕緣槽柵8，其中所淀積的金屬采用Ni/Au金屬組合，金屬厚度為 0.02nm/0.3nm，該絕緣槽柵8與凹槽6兩端的間距分別為Rl與R2， Rl與R2長度均為 0.54m。淀積金屬采用的工藝條件為真空度小于1.2xlO—3Pa，功率范圍為200~700W， 蒸發(fā)速率小于2A/s。
7. 使用電子束蒸發(fā)技術(shù)分別在絕緣槽柵的上部、絕緣槽柵與源極之間的絕緣介質(zhì)層 上，和絕緣槽柵與漏極之間的絕緣介質(zhì)層上淀積Si02作為鈍化層9，該鈍化層厚度為0.3prn。淀積鈍化層采用的工藝條件為真空度小于1.2x10—3Pa，功率小于50W，蒸發(fā)速 率小于2A/s。
8. 在Si02鈍化層9上制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與漏極之間的鈍化層上 淀積厚度為0.5^im/1.5iam的Ni/Au金屬組合，以制作柵場板10及兩個浮空場板11，該柵 場板的有效長度L0和各浮空場板的長度Ll均為1.6pm，柵場板與第一個浮空場板之間 的距離Sl為0.9pm，柵場板與第二個浮空場板之間的距離S2為4.3pm。淀積金屬采用 的工藝條件為真空度小于1.8xl0,a，功率范圍為200~700W，蒸發(fā)速率小于3A/s。將 柵場板10與絕緣槽柵8電氣連接。
9. 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)分別在柵場板IO和兩個浮空場板11的外圍區(qū) 域淀積厚度為2.2pm的Si02，以制作保護層12。淀積保護層采用的工藝條件為氣體為 N20及SiH4，氣體流量分別為800sccm和150sccm，溫度、RF功率和壓力分別為250°C、 25W和lOOOmT。
實施例三
制作襯底為硅，絕緣介質(zhì)層為A1203，鈍化層為SiN，保護層為SiN，柵場板和各浮 空場板為Pt/Au金屬組合的高電子遷移率器件，其過程是
1. 使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在硅襯底1上外延厚度為5pm的未摻雜過渡層 2，該過渡層自下而上由厚度為130nm的A1N材料和厚度為4.87pm的GaN材料構(gòu)成。 外延下層A1N材料采用的工藝條件為溫度為870°C，壓力為90Torr，氫氣流量為 5000sccm，氨氣流量為5000sccm，鋁源流量為40nmol/min;外延上層GaN材料采用的 工藝條件為溫度為106(TC，壓力為90Torr，氫氣流量為5000sccm，氨氣流量為5000sccm， 鎵源流量為170)amol/min。
2. 使用金屬有機物化學(xué)氣相淀積技術(shù)在GaN過渡層2上淀積厚度為10mn，且鋁組 分為0.5的未摻雜Alo.5Gao.5N勢壘層3。采用的工藝條件為溫度為1000。C，壓力為90Torr， 氫氣流量為5000sccm，氨氣流量為5000sccm,鎵源流量為12pmol/min，鋁源流量為 12[imol/min。
3. 在Ala5Gaa5N勢壘層3上制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在其兩端淀積金屬，再 在N2氣氛中進行快速熱退火，制作源極4和漏極5，其中所淀積的金屬為Ti/Al/Mo/Au 金屬組合，金屬層厚度為0.04(am/0.16nm/0:12nm/0.15nm。淀積金屬采用的工藝條件為 真空度小于1.8xl(T3Pa，功率范圍為200~1800W，蒸發(fā)速率小于3A/s;快速熱退火采用 的工藝條件為溫度為880。C，時間為45s。4. 在AlQ.5GaQ.5N勢壘層3上制作掩膜，使用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)在源極4和漏極5之 間的勢壘層上刻蝕出凹槽6，該凹槽深度D為2nm。刻蝕凹槽采用的工藝條件為反應(yīng) 氣體Cl2的流量為5sccm，壓力為10mT，功率為100 W。
5. 使用原子層淀積技術(shù)在源極4和漏極5的上部，以及源極4和漏極5之間的勢壘層 3上淀積Al203作為絕緣介質(zhì)層7，該絕緣介質(zhì)層厚度為100nm。淀積絕緣介質(zhì)層采用的 工藝條件為以TMA和H20為反應(yīng)源，載氣為N2，載氣流量為200sccm，襯底溫度為 3(KTC，氣壓為700Pa。
6. 在A1203絕緣介質(zhì)層7上制作掩膜，并使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在凹槽6上部的絕緣介 質(zhì)層上淀積金屬，制作絕緣槽柵8，其中所淀積的金屬采用Ni/Au金屬組合，金屬厚度為 0.04pm/0.4^im，該絕緣槽柵8與凹槽6兩端的間距分別為Rl與R2， Rl與R2長度均為 2.5|am。淀積金屬采用的工藝條件為真空度小于1.2xlO—3Pa，功率范圍為200 700W， 蒸發(fā)速率小于2A/s。
7. 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)分別在絕緣槽柵的上部、絕緣槽柵與源極之間 的絕緣介質(zhì)層上，和絕緣槽柵與漏極之間的絕緣介質(zhì)層上淀積SiN作為鈍化層9，該鈍 化層厚度為0.6pm。淀積鈍化層采用的工藝條件為氣體為NEb、 N2及SiH4，氣體流量 分別為2.5sccm、900sccm和200sccm，溫度、RF功率和壓力分別為30(TC、25W和卯OmT。
8. 在 SiN鈍化層9上制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與漏極之間的鈍化層上 淀積厚度為1.5pm/6^im的Pt/Au金屬組合，以制作柵場板10及三個浮空場板11，該柵 場板的有效長度LO與各浮空場板的長度Ll均為8pm，柵場板與第一個浮空場板之間的 距離Sl為3.6pm，柵場板與第二個浮空場板之間的距離S2為19pm，柵場板與第三個浮 空場板之間的距離S3為42nm。淀積金屬采用的工藝條件為真空度小于1.8x10—3Pa， 功率范圍為200~1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s。將柵場板10與絕緣槽柵8電氣連接。
9. 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)分別在柵場板IO和三個浮空場板11的外圍區(qū) 域淀積厚度為7.8pm的SiN，以制作保護層12。淀積保護層采用的工藝條件為氣體為 NH3、 N2及SiH4，氣體流量分別為2.5sccm、 900sccm和200sccm，溫度、RF功率和壓 力分別為300。C 、 25W和900mT。
實施例四
制作襯底為藍寶石，絕緣介質(zhì)層為Si02，鈍化層為SiN，保護層為八1203，柵場板和 各浮空場板為Ti/Mo/An金屬組合的高電子遷移率器件，其過程是
l.與實施例一的過程1相同；2. 與實施例一的過程2相同；
3. 與實施例一的過程3相同；
4. 與實施例一的過程4相同；
5. 與實施例一的過程5相同；
6. 與實施例一的過程6相同；
7. 與實施例一的過程7相同；
8. 在SiN鈍化層9上制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與漏極之間的鈍化層上 淀積厚度為0.02nm/0.04^im/0.09pm的Ti/Mo/Au金屬組合，以制作柵場板10及四個浮空 場板11，該柵場板的有效長度L0和各浮空場板的長度Ll均為0.2pm,柵場板與第一個 浮空場板之間的距離Sl為0.07pm，柵場板與第二個浮空場板之間的距離S2為0.4pm， 柵場板與第三個浮空場板之間的距離S3為0.88pm，柵場板與第四個浮空場板之間的距 離S4為1.65pm。淀積金屬采用的工藝條件為真空度小于1.8xl(r3Pa，功率范圍為 200-1800W,蒸發(fā)速率小于3A/s。將柵場板10與絕緣槽柵8電氣連接。
9. 使用原子層淀積技術(shù)分別在柵場板10和四個浮空場板11的外圍區(qū)域淀積厚度為 0.2^un的A1203，以制作保護層12。淀積保護層采用的工藝條件為以TMA和H20為反 應(yīng)源，載氣為N2，載氣流量為200sccm，襯底溫度為300。C，氣壓為700Pa。
實施例五
制作襯底為碳化硅，絕緣介質(zhì)層為SiN，鈍化層為Si02，保護層為SiN，柵場板和各 浮空場板為Ti/Ni/Au金屬組合的高電子遷移率器件，其過程是
1. 與實施例二的過程1相同；
2. 與實施例二的過程2相同；
3. 與實施例二的過程3相同；
4. 與實施例二的過程4相同；
5. 與實施例二的過程5相同；
6. 與實施例二的過程6相同；
7. 與實施例二的過程7相同；
8. 在Si02鈍化層9上制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與漏極之間的鈍化層上 淀積厚度為0.2^im/0.8^mi/2nm的Ti/Ni/Au金屬組合，以制作柵場板10及兩個浮空場板 11，該柵場板的有效長度L0與各浮空場板的長度L1均為lpm，柵場板與第一浮空場板之間的距離Sl為1.4pm，柵場板與第二浮空場板之間的距離S2為5.2|mi。淀積金屬采 用的工藝條件為真空度小于1.8xl(T3Pa，功率范圍為200 700W，蒸發(fā)速率小于3A/s。 將柵場板10與絕緣槽柵8電氣連接。
9.使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)分別在柵場板IO和兩個浮空場板11的外圍區(qū) 域淀積厚度為3.6pm的SiN，以制作保護層12。淀積保護層采用的工藝條件為氣體為 NH3、 N2&SiH4，氣體流量分別為2.5sccm、 900sccm和200sccm，溫度、RF功率和壓 力分別為300°C、 25W和900mT。
實施例六
制作襯底為硅，絕緣介質(zhì)層為Ab03，鈍化層為SiN，保護層為Si02，柵場板和各浮 空場板為Ti/Pt/Au金屬組合的高電子遷移率器件，其過程是
1. 與實施例三的過程l相同；
2. 與實施例三的過程2相同；
3. 與實施例三的過程3相同；
4. 與實施例三的過程4相同；
5. 與實施例三的過程5相同；
6. 與實施例三的過程6相同；
7. 與實施例三的過程7相同；
8. 在SiN鈍化層9上制作掩膜，使用電子束蒸發(fā)技術(shù)在源極與漏極之間的鈍化層上 淀積厚度為0.5|Lim/lpm/6pm的Ti/Pt/Au金屬組合，以制作柵場板10及三個浮空場板11， 該柵場板的有效長度L0與各浮空場板的長度Ll均為8pm，柵場板與第一個浮空場板之 間的距離Sl為3.6pm，柵場板與第二個浮空場板之間的距離S2為19^m，柵場板與第三 個浮空場板之間的距離S3為42pm。淀積金屬采用的工藝條件為真空度小于1.8xl(T3Pa， 功率范圍為200~1000W，蒸發(fā)速率小于3A/s。將柵場板10與絕緣槽柵8電氣連接。
9. 使用等離子體增強化學(xué)氣相淀積技術(shù)分別在柵場板IO和三個浮空場板11的外圍區(qū) 域淀積厚度為7.8pm的Si02，以制作保護層12。淀積保護層采用的工藝條件為氣體為 N20及SiH4，氣體流量分別為800sccm和150sccm，溫度、RF功率和壓力分別為250°C、 25W和1000mT。
本發(fā)明的效果可通過圖4、圖5、圖6和圖7進一步說明。
在圖4中，柵場板與絕緣介質(zhì)層上表面之間產(chǎn)生了一個介質(zhì)電容Cf，勢壘層中所產(chǎn)生的勢壘電容為Cb，絕緣介質(zhì)層中所產(chǎn)生的介質(zhì)電容為Ci，因此圖4所示的采用傳統(tǒng)柵 場板的凹槽絕緣柵型高電子遷移率器件的柵場板與二維電子氣溝道之間所產(chǎn)生的附加電 容為Cf串聯(lián)Ci串聯(lián)Cb所得的等效電容。在器件實際工作時，場板與二維電子氣溝道 之間所產(chǎn)生的附加電容會疊加進器件的柵極與漏極之間的反饋電容中，使得器件的反饋 電容增加，因此該附加電容越大則器件的功率特性和頻率特性衰減越大。
在圖5中，柵場板與絕緣介質(zhì)層上表面之間產(chǎn)生了一個介質(zhì)電容CfO, n個浮空場板
與絕緣介質(zhì)層上表面之間所產(chǎn)生的介質(zhì)電容分別為Cfl、 CG.....Cfn;在柵場板到漏極
的方向上，柵場板與其最鄰近的浮空場板之間所產(chǎn)生的耦合介質(zhì)電容以及相鄰兩浮空場 板之間所產(chǎn)生的耦合介質(zhì)電容依次為Ccl、 Cc2、 ...、 Ccn，這些電容構(gòu)成了n個兀形電 容網(wǎng)絡(luò)，這些兀形電容網(wǎng)絡(luò)的總等效電容為Cf (圖中未畫出)。勢壘層中所產(chǎn)生的勢壘 電容為Cb，絕緣介質(zhì)層中所產(chǎn)生的介質(zhì)電容為Ci，因此本發(fā)明器件的柵場板及各浮空場 板與二維電子氣溝道之間所產(chǎn)生的附加電容為Cf串聯(lián)Ci串聯(lián)Cb所得的等效電容。
比較圖4與圖5，在本發(fā)明器件中從絕緣槽柵到最后一個浮空場板之間的距離，即 L0+Sn+Ll與傳統(tǒng)柵場板的有效長度LO相同的情況下，本發(fā)明器件中的附加電容遠小于 傳統(tǒng)柵場板器件中的附加電容，表明本發(fā)明器件的頻率特性優(yōu)于采用傳統(tǒng)柵場板的凹槽 絕緣柵型高電子遷移率器件，同時表明本發(fā)明器件加強了輸入與輸出之間的隔離，增強 了穩(wěn)定性。
圖6給出了采用Ala33Ga().67N/GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)時，采用傳統(tǒng)柵場板的凹槽絕緣柵型 高電子遷移率器件與本發(fā)明采用兩個浮空場板的器件在Ala33Ga().67N勢壘層中的電場仿 真圖，由該圖可以看出，采用傳統(tǒng)柵場板的凹槽絕緣柵型高電子遷移率器件在勢壘層中 的電場曲線只形成了 2個近似相等的電場峰值，其在勢壘層中的電場曲線所覆蓋的面積 很小，而本發(fā)明器件在勢壘層中的電場曲線形成了 4個近似相等的電場峰值，使得本發(fā) 明器件在勢壘層中的電場曲線所覆蓋的面積大大增加，由于在勢壘層中的電場曲線所覆 蓋的面積近似等于器件的擊穿電壓，說明本發(fā)明器件的擊穿電壓遠遠大于采用傳統(tǒng)柵場 板的凹槽絕緣柵型高電子遷移率器件的擊穿電壓。
圖7給出了采用AlQ.33Ga().67N/GaN異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)時，采用傳統(tǒng)柵場板的凹槽絕緣柵型 高電子遷移率器件與本發(fā)明采用兩個浮空場板的器件的擊穿仿真圖，由該圖可以看出， 采用傳統(tǒng)柵場板的凹槽絕緣柵型高電子遷移率器件的擊穿曲線中發(fā)生擊穿，即漏極電流 迅速增加時的漏源電壓大約在750V，而本發(fā)明器件的擊穿曲線中發(fā)生擊穿時的漏源電壓 大約在1600V，證明本發(fā)明器件的擊穿電壓遠遠大于采用傳統(tǒng)柵場板的凹槽絕緣柵型高電子遷移率器件的擊穿電壓，該圖7的結(jié)論與附圖6的結(jié)論相一致。
對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，能夠在不背離本發(fā)明 的原理和范圍的情況下，根據(jù)本發(fā)明的方法進行形式和細節(jié)上的各種修正和改變，但是 這些基于本發(fā)明的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件，包括襯底(1)、過渡層(2)、勢壘層(3)、源極(4)、漏極(5)、絕緣介質(zhì)層(7)、絕緣槽柵(8)、鈍化層(9)、柵場板(10)和保護層(12)，勢壘層(3)上開有凹槽(6)，絕緣槽柵(8)位于凹槽(6)上部的絕緣介質(zhì)層(7)上，柵場板(10)位于鈍化層(9)的上面，絕緣槽柵(8)與柵場板(10)電氣連接，其特征在于，鈍化層(9)上淀積有n個浮空場板(11)，n≥1，與柵場板構(gòu)成復(fù)合柵場板結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電子遷移率器件，其特征在于每個浮空場板大小相同，相 互獨立，且與柵場板(10)同位于鈍化層(9)的上面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高電子遷移率器件，其特征在于柵場板與其最鄰近的浮 空場板之間的距離為0.07~3.6^m,相鄰兩浮空場板之間的間距按照浮空場板排列自柵場 板到漏極方向的個數(shù)依次遞增。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高電子遷移率器件，其特征在于每個浮空場板的總厚度 與柵場板的厚度相同，該厚度為0.15~7.5nm，每個浮空場板的長度與柵場板的有效長度 相同，該長度為0.2~8|am。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電子遷移率器件，其特征在于凹槽(6)的深度D小于勢 壘層的厚度，絕緣槽柵(8)與凹槽(6)兩端的間距分別為Rl與R2， Rl與R2長度相 等且均為0~2.5|im。
6. —種制作凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件的方法，包括如下過程在襯底(i)上外延ni-v族化合物半導(dǎo)體材料的過渡層(2)作為器件的工作區(qū)；在過渡層(2)上淀積III-V族化合物半導(dǎo)體材料的勢壘層(3);在勢壘層(3)上第一次制作掩膜，并在勢壘層(3)上的兩端淀積金屬，再在N2氣 氛中進行快速熱退火，分別制作源極(4)和漏極(5);在勢壘層(3)上第二次制作掩膜，利用該掩膜在源極(4)和漏極(5)之間的勢壘 層刻蝕出凹槽(6);在源極(4)和漏極(5)的上部，以及源極(4)和漏極(5)之間的勢壘層(3)上 淀積絕緣介質(zhì)層(7);在絕緣介質(zhì)層(7)上制作掩膜，利用該掩膜在凹槽(6)上部的絕緣介質(zhì)層上淀積 金屬，制作絕緣槽柵(8);分別在絕緣槽柵的上部、絕緣槽柵與源極之間的絕緣介質(zhì)層上部，和絕緣槽柵與漏 極之間的絕緣介質(zhì)層上部淀積鈍化層(9);在鈍化層(9)上制作掩膜，利用該掩膜在源極與漏極之間的鈍化層上淀積兩層或三 層金屬層的組合，同時制作厚度為0.15 7.5pm的柵場板(10)和n個浮空場板(11)， n21，并將柵場板(10)與絕緣槽柵(8)電氣連接；在柵場板(10)及各浮空場板(11)的外圍區(qū)域淀積保護層(12)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在絕緣介質(zhì)層(7)上制作掩膜，是按照 絕緣槽柵(8)與凹槽(6) —端的間距R1等于另一端的間距R2的分布關(guān)系設(shè)置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于在鈍化層(9)上制作掩膜，是按照柵場 板(10)與其最鄰近的浮空場板之間的距離為0.07 3.6pm，且相鄰兩浮空場板之間的間 距按照浮空場板排列自柵場板到漏極方向的個數(shù)依次遞增的位置關(guān)系設(shè)置。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于三層金屬組合采用Ti/Mo/Au或Ti/Ni/Au 或Ti/Pt/Au，其厚度均為0.02~0.5pm/0.04~lpm/0.09~6|im。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于兩層金屬組合采用Ti/Au或Ni/Au或 Pt/Au，其厚度均為0,03 1.5nm/0.12 6nm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種凹槽絕緣柵型復(fù)合柵場板高電子遷移率器件，該器件自下而上包括襯底、過渡層、勢壘層、源極、漏極、絕緣介質(zhì)層、絕緣槽柵、鈍化層、柵場板和保護層，勢壘層上開有凹槽，絕緣槽柵位于凹槽上部的絕緣介質(zhì)層上，柵場板位于鈍化層的上面，絕緣槽柵與柵場板電氣連接，其中，鈍化層上淀積有n個浮空場板。每個浮空場板大小相同，相互獨立，相鄰兩浮空場板之間的間距按照浮空場板排列自柵場板到漏極方向的個數(shù)依次遞增。n個浮空場板處于浮空狀態(tài)，并與柵場板在鈍化層上通過一次工藝完成。本發(fā)明具有工藝簡單、可靠性好、頻率特性好、穩(wěn)定性強和擊穿電壓高的優(yōu)點，可制作基于III-V族化合物半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的微波功率器件。
文檔編號H01L29/778GK101414633SQ200810232518
公開日2009年4月22日 申請日期2008年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月1日
發(fā)明者張進成, 翠 楊, 維 毛, 過潤秋, 躍 郝, 馬曉華 申請人:西安電子科技大學(xué)