本發(fā)明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種基于自對準工藝的ganhemt器件及其制造方法。

背景技術：

gan作為第三代寬禁帶半導體材料的典型代表之一，與傳統(tǒng)的半導體材料si、gaas相比，具有禁帶寬度寬、擊穿電場大、電子飽和漂移速度高、介電常數(shù)小以及良好的化學穩(wěn)定性等特點。特別是基于gan材料的algan/gan異質(zhì)結(jié)高電子遷移率晶體管(hemt)結(jié)構(gòu)具有更高的電子遷移率(高于1800cm²v^-1s^-1)和二維電子氣(2deg)面密度(約10¹³cm^-2)，使得基于gan材料器件在射頻領域和電力電子領域都具有非常明顯的優(yōu)勢。

柵長是ganhemt器件的一個關鍵參數(shù)，其直接關系到射頻器件的截止頻率和開關器件的開關速率、導通損耗。而在亞微米以下的柵長結(jié)構(gòu)往往需要借助先進的光刻設備，甚至是電子束設備進行制備，這不僅增加了設備投入、器件制作的成本，同時也降低了制作效率。

技術實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于自對準工藝的ganhemt器件，該器件具有線寬更窄的柵凹槽。本發(fā)明的另一目的在于提供一種基于自對準工藝的ganhemt器件的制造方法，其利用各項同性的介質(zhì)淀積和各項異性的刻蝕方法，形成在光刻基礎上形成的柵長更短的柵，實現(xiàn)亞微米以下尺寸的柵，突破光刻設備的關鍵尺寸限制，并且工藝簡單可控。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種基于自對準工藝的ganhemt器件，所述ganhemt器件的柵凹槽側(cè)壁上保留有第二介質(zhì)層。

進一步，所述第二介質(zhì)層為sio2層。

一種基于自對準工藝的ganhemt器件的制造方法，所述方法包括如下步驟：

1)在襯底材料上依次生長aln成核層、gan緩沖層、gan溝道層和algan勢壘層；

2)將步驟1)制備的產(chǎn)品進行清洗，然后通過光刻、剝離的方法在源、漏淀積歐姆接觸金屬，并進行快速熱退火形成歐姆接觸；

3)在表面淀積鈍化介質(zhì)層，在所述鈍化介質(zhì)層上，利用光刻、刻蝕方法形成微米級的柵凹槽；然后通過原子層淀積方法各項同性的淀積第二介質(zhì)層，再用感應耦合等離子體方法各項異性的刻蝕，刻蝕掉柵凹槽底部和臺面上的第二介質(zhì)層，保留凹槽側(cè)壁的第二介質(zhì)層；

4)用光刻、蒸發(fā)、剝離工藝制作柵金屬；

5)柵金屬完成后淀積第三介質(zhì)層進行鈍化保護，然后再進行一次刻孔，并淀積金屬做上源場板；

6)最后再進行第四介質(zhì)層淀積，二次刻孔，并在源、漏、柵電極壓塊金屬加厚，并形成介質(zhì)橋的互連。

進一步，步驟1)中所述aln成核層的厚度為20-100nm；gan緩沖層的厚度為1-4μm；gan溝道層的厚度為50-500nm；algan勢壘層的厚度為10-50nm。

進一步，步驟4)中在柵金屬淀積前，用等離子體處理修復步驟3)制備的產(chǎn)品表面的n缺陷。

進一步，所述第三介質(zhì)層為sio2，所述第四介質(zhì)層可以為sio2或sin。

本發(fā)明具有以下有益技術效果：

在柵金屬工藝中，在鈍化介質(zhì)上刻蝕一定寬度的凹槽直到algan勢壘層表面，在凹槽中淀積金屬作為柵金屬。凹槽的寬度即為器件的柵長。一般情況下，往往由于設備的限制和器件設計對柵長的要求，直接用光刻、刻蝕的方法無法達到要求的柵長。本方法通過在第一次刻蝕出的凹槽基礎上，再用一次或多次的各項同性介質(zhì)淀積和各項異性刻蝕的方法，形成寬度達到要求的凹槽，淀積金屬后即形成細柵長的柵金屬。

在鈍化介質(zhì)上，先利用一般的光刻、刻蝕方法形成微米級的柵凹槽。然后通過原子層淀積(ald)方法各項同性的淀積第二介質(zhì)層，再用感應耦合等離子體(icp)方法各項異性的刻蝕，刻蝕掉凹槽底部和臺面上的第二介質(zhì)層，保留凹槽側(cè)壁的第二介質(zhì)。如此，即得到了線寬更窄的柵凹槽。最終的凹槽寬度為第一次凹槽寬度減去2倍第二介質(zhì)層厚度。對深寬比比較小的柵凹槽，用一次生長刻蝕即可得到所需的線寬更小的柵凹槽。而對于深寬比比較大的柵凹槽，可以用多次的生長、刻蝕，再生長、刻蝕的方法得到最終需要線寬的柵凹槽。

附圖說明

圖1為本發(fā)明ganhemt器件材料結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明ganhemt器件制備過程中完成源、漏歐姆接觸后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明ganhemt器件制備過程中完成柵凹槽后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明ganhemt器件制備過程中完成柵金屬后的器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明ganhemt器件制備過程中完成源場板后的器件結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面，參考附圖，對本發(fā)明進行更全面的說明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應理解為局限于這里敘述的示例性實施例。而是，提供這些實施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達給本領域的普通技術人員。

本發(fā)明提供了一種基于自對準工藝的ganhemt器件的柵凹槽側(cè)壁上保留有第二介質(zhì)層；該第二介質(zhì)層為sio2層。

此外，本發(fā)明還提供了一種基于自對準工藝的ganhemt器件的制造方法，所述方法包括如下步驟：

步驟1：如圖1所示，在襯底材料1上依次生長aln成核層2、gan緩沖層3、gan溝道層4和algan勢壘層5；aln成核層2的厚度為20-100nm；gan緩沖層3的厚度為1-4μm；gan溝道層4的厚度為50-500nm；algan勢壘層5的厚度為10-50nm。

如圖2至圖5為器件制作過程中原胞的截面圖。

步驟2：如圖2所示，將步驟1)制備的產(chǎn)品進行清洗，然后通過光刻、剝離的方法在源、漏淀積歐姆接觸金屬，并進行快速熱退火形成歐姆接觸6；

步驟3：如圖3所示，在表面淀積鈍化介質(zhì)層7，在鈍化介質(zhì)層7上，利用光刻、刻蝕方法形成微米級的柵凹槽8；然后通過原子層淀積方法各項同性的淀積第二介質(zhì)層，再用感應耦合等離子體方法各項異性的刻蝕，刻蝕掉柵凹槽底部和臺面上的第二介質(zhì)層，保留凹槽側(cè)壁的第二介質(zhì)層9；如此，即得到了線寬更窄的柵凹槽。對深寬比比較小的柵凹槽，用一次生長刻蝕即可得到所需的線寬更小的柵凹槽。最終的凹槽寬度為第一次凹槽寬度減去2倍第二介質(zhì)層厚度。而對于深寬比比較大的柵凹槽，可以用多次的生長、刻蝕，再生長、刻蝕的方法得到最終需要的線寬。

步驟4：如圖4所示，用光刻、蒸發(fā)、剝離工藝制作柵金屬10；

步驟5：如圖5所示，柵金屬10完成后淀積第三介質(zhì)層進行鈍化保護，然后再進行一次刻孔，并淀積金屬做上源場板11；

6)最后再進行第四介質(zhì)層淀積，二次刻孔，并在源、漏、柵電極壓塊金屬加厚，并形成介質(zhì)橋的互連。

第二介質(zhì)層可以是一種或多種介質(zhì)，第二介質(zhì)層可以是與第一介質(zhì)層相同的介質(zhì)，也可以是不同的介質(zhì)。優(yōu)選的，第一介質(zhì)選擇與gan接觸性能比較好，具有較小界面態(tài)的介質(zhì)，如可以是sin等，第二介質(zhì)選擇比較致密、擊穿場強高，同時介電常數(shù)更小的介質(zhì)，如sio2等，即可以減少柵電容，也可以增加介質(zhì)勢壘。

對于無場板結(jié)構(gòu)的柵，柵凹槽完成后，淀積柵金屬，確保柵金屬均勻的填充凹槽。再用cmp的方法得到平整的柵金屬。對于有場板結(jié)構(gòu)的柵，柵金屬也可以用光刻剝離的方法形成。最后得到柵長在亞微米以下的細柵結(jié)構(gòu)，并且柵金屬側(cè)壁的第二介質(zhì)層，即可以減少柵電容，同時由于更高的禁帶寬度和擊穿場強可以減少柵金屬與介質(zhì)間電子的隧穿，增加柵的可靠性。

本發(fā)明的ganhemt器件，可以是基于sic、si、藍寶石和gan等各種襯底上，并發(fā)明的方法和結(jié)構(gòu)并不受限于襯底。第三介質(zhì)層為sio2，所述第四介質(zhì)層可以為sio2或sin。

上面所述只是為了說明本發(fā)明，應該理解為本發(fā)明并不局限于以上實施例，符合本發(fā)明思想的各種變通形式均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。