高電子遷移率晶體管器件及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高電子遷移率晶體管器件及其制造方法，所述高電子遷移率晶體管器件包括：襯底；位于所述襯底上的緩沖層；位于所述緩沖層上的溝道層，所述溝道層提供載流子運(yùn)動(dòng)的溝道；位于所述溝道層上的勢壘層，所述勢壘層向溝道層中供應(yīng)載流子并阻擋溝道層中的載流子流向勢壘層；位于所述勢壘層上的源極、漏極和柵極，所述柵極位于源極和漏極之間；所述柵極下方溝道層內(nèi)的載流子濃度沿柵寬方向?yàn)榉枪潭ㄖ?，且為非單調(diào)變化。本發(fā)明使用溝槽刻蝕技術(shù)或離子注入技術(shù)，控制柵極下方溝道層內(nèi)載流子濃度按照需求變化，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線的平坦化，從而達(dá)到改善高電子遷移率晶體管器件線性度的目的。
【專利說明】
高電子遷移率晶體管器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種高電子迀移率晶體管器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高電子迀移率晶體管由于具有禁帶寬度大、電子飽和漂移速度高、擊穿場強(qiáng)高、導(dǎo)熱性能好等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為目前的研究熱點(diǎn)。在無線通信領(lǐng)域，使用高電子迀移率晶體管制作的功放可以輸出更高的功率、達(dá)到更高的效率，從而提高通信范圍、降低能耗。
[0003]在高輸出功率時(shí)，高電子迀移率晶體管的傳輸函數(shù)變?yōu)榉蔷€性，輸出功率不再隨著輸入功率的增大而增大，使得通信系統(tǒng)中出現(xiàn)交調(diào)失真。這主要是由于高電子迀移率晶體管電流和電壓的截?cái)?，以及高電子迀移率晶體管轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)和結(jié)電容隨著輸入功率的變化而變化。產(chǎn)生信號失真問題是因?yàn)楣Ψ牌骷€性度差，大功率輸出時(shí)增益更容易壓縮。
[0004]對于寬帶功放，由線性度差引起的交調(diào)失真是一件很嚴(yán)重的問題。消除交調(diào)失真最簡單和最通用的方法是讓功率放大器工作在遠(yuǎn)小于PldB(增益壓縮IdB時(shí)對應(yīng)的功率)的狀態(tài)，這種方法的代價(jià)是犧牲PAE(Power Added Efficiency，功率附加效率)。
[0005]現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中使用的基站發(fā)射機(jī)對HPA的線性度和效率提出了嚴(yán)格的需求，在系統(tǒng)級應(yīng)用中，有很多方法可改善線性度和效率。功率放大器的高線性特性可以通過以下幾個(gè)方式獲得:使用高線性度器件、使用預(yù)失真技術(shù)或消除技術(shù)、優(yōu)化輸入和輸出匹配等。
[0006]提高器件線性度的方法可分為雙載流子溝道、漸變摻雜載流子供應(yīng)層等幾種，其目的都是使高電子迀移率晶體管轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線變平緩。在現(xiàn)有技術(shù)中，高電子迀移率晶體管的器件結(jié)構(gòu)如圖1A-1C所示，包括襯底5、位于襯底上的半導(dǎo)體層8和位于半導(dǎo)體層8上的源極6、漏極I和柵極7。襯底5上的半導(dǎo)體層8包括溝道層3、勢皇層2、緩沖層3。沿柵寬方向(G-G’方向)，溝道層3中的載流子濃度如圖2所示，為固定值，高電子迀移率器件的轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線如圖3所示，轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)達(dá)到峰值后立即下降。
[0007]通常，轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線平坦的高電子迀移率晶體管的線性度比線性轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)的高電子迀移率晶體管的線性度要好。
[0008]目前，一種提高晶體管線性度的方法為:控制柵極下方沿柵寬方向溝道層內(nèi)載流子濃度單調(diào)變化(單調(diào)遞增或單調(diào)遞減)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線的平坦化，從而達(dá)到改善晶體管器件線性度的目的。但是對于單指柵寬大于或等于ΙΟΟμπι的晶體管，如果沿柵寬方向載流子濃度單調(diào)變化，那么晶體管工作時(shí)，沿柵寬方向的邊緣處溝道承受的電流最大，其溫度最高，熱量不易散發(fā)，導(dǎo)致晶體管更易失效。
[0009]鑒于上述技術(shù)問題，有必要提供一種高線性度、高可靠性的高電子迀移率晶體管器件及其制造方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]基于轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線平坦化的想法，本發(fā)明的目的在于提供一種高電子迀移率晶體管器件及其制造方法，通過改變柵極下溝道層中載流子濃度的變化使得轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線平坦化，達(dá)到提高器件線性度和可靠性的目的。
[0011 ]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施方式提供的技術(shù)方案如下:
[0012]—種高電子迀移率晶體管器件，所述高電子迀移率晶體管器件包括:
[0013]襯底；
[0014]位于所述襯底上的緩沖層；
[0015]位于所述緩沖層上的溝道層，所述溝道層提供載流子運(yùn)動(dòng)的溝道；
[0016]位于所述溝道層上的勢皇層，所述勢皇層向溝道層中供應(yīng)載流子并阻擋溝道層中的載流子流向勢皇層；
[0017]位于所述勢皇層上的源極、漏極和柵極，所述柵極位于源極和漏極之間；
[0018]所述柵極下方溝道層內(nèi)的載流子濃度沿柵寬方向?yàn)榉枪潭ㄖ担覟榉菃握{(diào)變化。
[0019]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述高電子迀移率晶體管器件為多柵指結(jié)構(gòu)，且單個(gè)柵指寬度大于或等于ΙΟΟμπι。
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述柵極下方溝道層內(nèi)的載流子濃度沿柵寬方向?yàn)橹芷谛宰兓?br>[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述柵極下方溝道層內(nèi)沿柵寬方向注入有劑量不同的離子。
[0022]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述柵極下方的勢皇層上沿柵寬方向形成有深度不同的溝槽。
[0023]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的勢皇層上含有GaN蓋帽層。
[0024]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述溝道層為非摻雜、η型摻雜或η型局部摻雜。
[0025]相應(yīng)地，一種高電子迀移率晶體管器件的制造方法，所述制造方法包括:
[0026]S1、提供一襯底；
[0027]S2、在所述襯底上形成緩沖層；
[0028]S3、在所述緩沖層上形成溝道層；
[0029]S4、在所述溝道層上形成勢皇層；
[0030]S5、在所述勢皇層上形成源極和漏極；
[0031]S6、在所述勢皇層上曝光柵極區(qū)域，并改變柵極區(qū)域內(nèi)的載流子濃度為非固定值，且為非單調(diào)變化；
[0032]S7、在所述柵極區(qū)域上形成柵極。
[0033]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S6具體為:
[0034]在勢皇層上形成光刻膠層；
[0035]使用具有疏密點(diǎn)陣的掩膜版對勢皇層上的光刻膠層進(jìn)行光刻并顯影，然后進(jìn)行刻蝕，得到不同刻蝕深度的勢皇層。
[0036]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S6具體為:
[0037]在勢皇層上形成光刻膠層；
[0038]使用具有疏密點(diǎn)陣的掩膜版對勢皇層上的光刻膠層進(jìn)行光刻并顯影，然后進(jìn)行離子注入，得到不同離子注入劑量的勢皇層。
[0039]本發(fā)明的有益效果是:
[0040]使用溝槽刻蝕技術(shù)或離子注入技術(shù)，控制柵極下方溝道層內(nèi)載流子濃度按照需求變化，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線的平坦化，從而達(dá)到改善高電子迀移率晶體管器件線性度的目的；
[0041]相比沿柵寬方向溝道層內(nèi)載流子濃度單調(diào)變化(單調(diào)遞增或單調(diào)遞減)的晶體管，沿柵寬方向溝道層內(nèi)載流子濃度非單調(diào)變化的晶體管可靠性更高；
[0042]高線性度的高電子迀移率晶體管可改善功放管的交調(diào)失真，適合運(yùn)用到通信系統(tǒng)中。
【附圖說明】
[0043]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0044]圖1A為現(xiàn)有技術(shù)中高電子迀移率晶體管器件的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0045]圖1B為現(xiàn)有技術(shù)中高電子迀移率晶體管器件在G-G’截面處的左視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0046]圖1C為現(xiàn)有技術(shù)中高電子迀移率晶體管器件的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中高電子迀移率晶體管器件沿G-G’方向載流子濃度的變化圖。
[0048]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中高電子迀移率晶體管器件的轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線示意圖。
[0049]圖4A-4G為本發(fā)明第一實(shí)施方式中高電子迀移率晶體管器件制造方法的具體步驟示意圖，其中，圖4G為本發(fā)明第一實(shí)施方式中高電子迀移率晶體管器件的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0050]圖5為本發(fā)明第一實(shí)施方式的高電子迀移率晶體管器件沿G-G’方向載流子濃度的變化圖。
[0051]圖6為本發(fā)明第一實(shí)施方式的高電子迀移率晶體管器件的轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線示意圖。
[0052]圖7A-7E為本發(fā)明第二實(shí)施方式中高電子迀移率晶體管器件制造方法的具體步驟示意圖，其中，圖7E為本發(fā)明第二實(shí)施方式中高電子迀移率晶體管器件的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0053]圖8為本發(fā)明第二實(shí)施方式的高電子迀移率晶體管器件沿G-G，方向載流子濃度的變化圖。
[0054]圖9為本發(fā)明第二實(shí)施方式的高電子迀移率晶體管器件的轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0055]以下將結(jié)合附圖所示的【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。但這些實(shí)施方式并不限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)這些實(shí)施方式所作出的結(jié)構(gòu)、方法、或功能上的變換均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0056]此外，在不同的實(shí)施方式中可能使用重復(fù)的標(biāo)號或標(biāo)示。這些重復(fù)僅為了簡單清楚地?cái)⑹霰景l(fā)明，不代表所討論的不同實(shí)施方式或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。
[0057]正如【背景技術(shù)】中所言，提高高電子迀移率晶體管的線性度，需要提高轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線的平坦度。然而現(xiàn)有技術(shù)中，晶體管沿柵寬方向載流子濃度單調(diào)變化，那么晶體管工作時(shí)，沿柵寬方向的邊緣處溝道承受的電流最大，其溫度最高，導(dǎo)致晶體管更易失效。
[0058]因此，本發(fā)明在解決上述線性跨導(dǎo)導(dǎo)致的功放管線性度變差的問題同時(shí)，提出了一種高可靠性的高電子迀移率晶體管器件和制造方法。通過挖槽或離子注入技術(shù)，控制柵極下方范圍內(nèi)的載流子濃度，從而使跨導(dǎo)曲線變平坦，高電子迀移率晶體管器件可等效為多個(gè)不同閾值電壓晶體管器件的并聯(lián)，達(dá)到提高線性度的目的?？刂茤艠O下方范圍內(nèi)的載流子濃度非單調(diào)變化，達(dá)到更易散熱的目的，實(shí)現(xiàn)高可靠性。
[0059]本發(fā)明公開了一種高電子迀移率晶體管器件，高電子迀移率晶體管器件包括:
[0060]襯底；
[0061]位于襯底上的緩沖層；
[0062]位于緩沖層上的溝道層，溝道層提供載流子運(yùn)動(dòng)的溝道；
[0063]位于溝道層上的勢皇層，勢皇層向溝道層中供應(yīng)載流子并阻擋溝道層中的載流子流向勢皇層；
[0064]位于勢皇層上的源極、漏極和柵極，柵極位于源極和漏極之間；
[0065]柵極下方溝道層內(nèi)的載流子濃度沿柵寬方向?yàn)榉枪潭ㄖ?，且為非單調(diào)變化。
[0066]本發(fā)明還公開了一種高電子迀移率晶體管器件的制造方法，制造方法包括:
[0067]S1、提供一襯底；
[0068]S2、在襯底上形成緩沖層；
[0069]S3、在緩沖層上形成溝道層；
[0070]S4、在溝道層上形成勢皇層；
[0071]S5、在勢皇層上形成源極和漏極；
[0072]S6、在勢皇層上曝光柵極區(qū)域，并改變柵極區(qū)域內(nèi)的載流子濃度為非固定值，且為非單調(diào)變化；
[0073]S7、在柵極區(qū)域上形成柵極。
[0074]下面，將通過【具體實(shí)施方式】，對本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)介紹。
[0075]第一實(shí)施方式:
[0076]參圖4G所示，本發(fā)明第一實(shí)施方式中的高電子迀移率晶體管器件包括襯底5、在襯底上形成的半導(dǎo)體層8，以及在半導(dǎo)體層8上形成的源極6、漏極I和柵極7。
[0077]其中，襯底5可以為為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、鈮酸鋰、絕緣襯底硅、氮化鎵或氮化鋁中的一種或多種。
[0078]半導(dǎo)體層8從襯底5方向依次包括:
[0079]緩沖層4:即起到粘合接下來需要生長的半導(dǎo)體材料層的作用，又可以保護(hù)襯底5不被一些金屬離子侵入。在本實(shí)施方式中，該緩沖層4為鋁含量可控的氮化鎵層(Al)GaN;
[0080]溝道層3:該溝道層3和位于上方的勢皇層2—起形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，該溝道層3提供載流子運(yùn)動(dòng)的溝道。在本實(shí)施方式中，溝道層3為非故意摻雜的GaN;
[0081]勢皇層2:勢皇層2起到勢皇的作用，阻擋溝道層3中的載流子流向勢皇層2。在本實(shí)施方式中，勢皇層2為非故意摻雜的AlGaN。
[0082]通常，溝道層3的禁帶寬度小于勢皇層2的禁帶寬度，在勢皇層2和溝道層3的界面產(chǎn)生能帶彎折，在界面處形成只能二維移動(dòng)的載流子層，即二維電子氣。
[0083]進(jìn)一步地，在其他實(shí)施方式中，勢皇層2上還可形成有GaN蓋帽層。
[0084]進(jìn)一步地，在其他實(shí)施方式中，溝道層3可為非摻雜、η型摻雜或η型局部摻雜的GaN、AlxGai—xN、InxAl1-XN 或 AlN 中的一種或多種;勢皇層 2 可為 AlxGai—xN、InxAlpxN 或 AlN 中的一種或多種。
[0085]在勢皇層2之上為源極6和漏極I，源極6和漏極I與勢皇層2形成金屬半導(dǎo)體接觸，該金屬半導(dǎo)體接觸的材質(zhì)可以為金屬N1、T1、Al、Au等金屬中的一種或多種的組合;源極6和漏極I之間的勢皇層2之上為柵極7，柵極7與勢皇層2形成另一金屬半導(dǎo)體接觸。在本實(shí)施方式中，源極6和漏極I的金屬半導(dǎo)體接觸為歐姆接觸，柵極7的金屬半導(dǎo)體接觸為肖特基接觸。
[0086]本實(shí)施方式中，沿柵寬方向(即圖4D中的G-G’方向)，溝道層3內(nèi)的載流子濃度為非固定值，且為非單調(diào)變化。由于載流子濃度不固定，且為非單調(diào)變化，高電子迀移率晶體管器件可等效為多個(gè)不同閾值電壓晶體管器件的并聯(lián)，其跨導(dǎo)曲線因此變得平坦，且更利于散熱，從而達(dá)到提高器件線性度、提高可靠性的目的。
[0087]參圖4A至4G所示為本發(fā)明第一實(shí)施方式中的高電子迀移率晶體管器件制造方法的具體步驟示意圖。該制造方法包括如下步驟:
[0088]Sll:首先，如圖4A所示，在襯底5上先后形成緩沖層4、溝道層3、勢皇層2，從而形成半導(dǎo)體層8。
[0089]其中，襯底5可以為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、鈮酸鋰、絕緣襯底硅、氮化鎵或氮化鋁中的一種或多種；
[0090]緩沖層4:即起到粘合接下來需要生長的半導(dǎo)體材料層的作用，又可以保護(hù)襯底5不被一些金屬離子侵入。在本實(shí)施方式中，該緩沖層4為鋁含量可控的氮化鎵層(Al)GaN;[0091 ]溝道層3:該溝道層3和位于上方的勢皇層2—起形成異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，該溝道層3提供載流子運(yùn)動(dòng)的溝道。在本實(shí)施方式中，溝道層3為非故意摻雜的GaN;
[0092]勢皇層2:勢皇層2起到勢皇的作用，阻擋溝道層3中的載流子流向勢皇層2。在本實(shí)施方式中，勢皇層2為非故意摻雜的AlGaN。
[0093]通常，溝道層3的禁帶寬度小于勢皇層2的禁帶寬度，在勢皇層2和溝道層3的界面產(chǎn)生能帶彎折，在界面處形成只能二維移動(dòng)的載流子層，即二維電子氣。
[0094]S12:如圖4B所示，在勢皇層2上形成源極6和漏極I。
[0095]源極6和漏極I的制作包括淀積多層金屬，最常見的情況為Ti/Al/Ni/Au(自底向上)，在4層金屬淀積后需要快速熱退火(RTA)工藝形成歐姆特性。RTA工藝的意義在于，一方面在金屬半導(dǎo)體界面形成低電阻氮化物，另一方面使得金屬間相互擴(kuò)散，發(fā)生固相界面反應(yīng)形成一系列低電阻、低功函數(shù)且熱穩(wěn)定的金屬間合金。
[0096]S13:如圖4C所示，在晶圓表面涂抹光刻膠9用于下一步工藝。
[0097]S14:如圖4D所示，非均勻曝光柵極區(qū)域10。
[0098]使用光刻膠做光刻工藝，使用特殊設(shè)計(jì)的掩膜版對柵極區(qū)域10進(jìn)行光刻，此掩膜版通過調(diào)整遮光點(diǎn)陣的疏密程度，形成柵極區(qū)域10非均勻曝光設(shè)計(jì)，顯影后形成厚度非均勻變化的光刻膠層。
[0099]S15:如圖4E所示，在柵極區(qū)域10進(jìn)行溝槽刻蝕。
[0100]在該步驟中，刻蝕工藝可采用濕法刻蝕或者干法刻蝕，刻蝕深度可控，根據(jù)設(shè)計(jì)刻蝕深度控制刻蝕工藝時(shí)間。由于不同曝光區(qū)域光刻膠殘余量不同，因此刻蝕勢皇層2的刻蝕速率也就不同，如此一來，可以形成不同刻蝕深度的區(qū)域，相應(yīng)的，其下方溝道層中的載流子濃度也就非固定值，而是隨刻蝕深度的變化而變化。
[0101]通過優(yōu)化光刻膠9和勢皇層2的刻蝕選擇比(如1:1)，在勢皇層2上形成符合要求的溝槽，如圖4E所示。
[0102]S16:如圖4F所示，最后在柵極區(qū)域10淀積柵極金屬，形成柵極7。
[0103]淀積金屬的方法主要有真空蒸發(fā)，磁控濺射等。Ni/Au金屬體系是目前高電子迀移率晶體管器件肖特基柵最常用的金屬。
[0104]優(yōu)選地，本實(shí)施方式中的柵極金屬層為T型柵極。
[0105]針對本實(shí)施方式所形成的高電子迀移率晶體管器件，其沿G-G’方向載流子濃度分布如圖5所示，載流子濃度的變化與勢皇層2的刻蝕深度變化有關(guān)。通過優(yōu)化勢皇層2刻蝕深度的變化，可達(dá)到所需的載流子濃度變化。
[0106]本實(shí)施方式中高電子迀移率晶體管器件為多柵指結(jié)構(gòu)，且單個(gè)柵指寬度大于或等于ΙΟΟμπι。對于柵寬大于或等于ΙΟΟμπι的器件，如果沿柵寬方向載流子濃度單調(diào)變化(單調(diào)遞增或單調(diào)遞減)，那么器件工作時(shí)，沿柵寬方向邊緣處溝道承受的電流最大，溫度最高，器件更易失效。為解決上述問題，本實(shí)施方式中沿柵寬方向溝槽的刻蝕深度為周期性變化，相應(yīng)的柵極下方溝道層內(nèi)的載流子濃度沿柵寬方向?yàn)橹芷谛宰兓?，這樣的分布使得沿柵寬方向電流分布分散，更易散熱，器件可靠性更高。
[0107]針對本實(shí)施方式中的高電子迀移率晶體管器件，其轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)的仿真結(jié)果如圖6所示，與圖3相比，可見轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)相比現(xiàn)有技術(shù)變得平坦。
[0108]第二實(shí)施方式:
[0109]參圖7Ε所示，在本發(fā)明的第二實(shí)施方式中的高電子迀移率晶體管器件包括同樣包括:
[0110]襯底5;
[0111]位于襯底上的緩沖層4;
[0112]位于緩沖層上的溝道層3;
[0113]位于溝道層上的勢皇層2;
[0114]位于勢皇層上的源極6、漏極I和柵極7，柵極7位于源極6和漏極I之間。
[0115]與第一實(shí)施方式不同的是，本實(shí)施方式中勢皇層2上不存在沿柵寬方向周期性變化的溝槽(參圖4Ε所示)，而是在勢皇層上的柵極區(qū)域通過離子注入，使得離子注入劑量沿柵寬方向周期性變化(參圖7D所示)。
[0116]如圖7Α至7Ε所示，本實(shí)施方式中的制造方法包括如下步驟:
[0117]S21:首先，如圖7Α所示，在襯底5上先后形成緩沖層4、溝道層3、勢皇層2，從而形成半導(dǎo)體層8。
[0118]S22:如圖7Β所示，在勢皇層2上形成源極6和漏極I。
[0119]S23:如圖7C所示，在晶圓表面涂抹光刻膠用于下一步工藝。
[0120]S24:如圖7D所示，非均勻曝光柵極區(qū)域10。
[0121]S21?S24的制造方法與第一實(shí)施方式中Sll?S14的制造方法相同，在此就不在贅述。
[0122]S25:如圖7Ε所示，離子注入柵極區(qū)域I O。
[0123]在本實(shí)施方式中，使用氟離子等進(jìn)行離子注入工藝。氟離子具有很強(qiáng)的電負(fù)性，可耗盡部分溝道層3內(nèi)的載流子，改變高電子迀移率器件的閾值電壓。
[0124]S26:如圖7F所示，在柵極區(qū)域10淀積金屬，形成柵極7。該工藝步驟與實(shí)施方式一中S16相同，此處也不再進(jìn)行贅述。
[0125]針對本實(shí)施方式所形成的高電子迀移率晶體管器件，其沿G-G’方向載流子濃度分布如圖8所示，載流子濃度的變化與離子注入劑量有關(guān)。通過優(yōu)化離子注入劑量的變化，可達(dá)到所需的載流子濃度變化。
[0126]針對本實(shí)施方式中的高電子迀移率晶體管器件，其轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)的仿真結(jié)果如圖9所示，與圖3相比，可見轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)相比現(xiàn)有技術(shù)變得平坦。
[0127]本實(shí)施方式中高電子迀移率晶體管器件為多柵指結(jié)構(gòu)，且單個(gè)柵指寬度大于或等于ΙΟΟμπι。對于柵寬大于或等于ΙΟΟμπι的器件，如果沿柵寬方向載流子濃度單調(diào)變化(單調(diào)遞增或單調(diào)遞減)，那么器件工作時(shí)，沿柵寬方向邊緣處溝道承受的電流最大，溫度最高，器件更易失效。為解決上述問題，本實(shí)施方式中沿柵寬方向離子注入濃度為周期性變化，相應(yīng)的柵極下方溝道層內(nèi)的載流子濃度沿柵寬方向?yàn)橹芷谛宰兓?，這樣的分布使得沿柵寬方向電流分布分散，更易散熱，器件可靠性更高。
[0128]由以上技術(shù)方案可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0129]使用溝槽刻蝕技術(shù)或離子注入技術(shù)，控制柵極下方溝道層內(nèi)載流子濃度按照需求變化，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)移跨導(dǎo)曲線的平坦化，從而達(dá)到改善高電子迀移率晶體管器件線性度的目的；
[0130]相比沿柵寬方向溝道層內(nèi)載流子濃度單調(diào)變化(單調(diào)遞增或單調(diào)遞減)的晶體管，沿柵寬方向溝道層內(nèi)載流子濃度非單調(diào)變化的晶體管可靠性更高；
[0131]高線性度的高電子迀移率晶體管可改善功放管的交調(diào)失真，適合運(yùn)用到通信系統(tǒng)中。
[0132]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施方式的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施方式看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0133]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實(shí)施方式加以描述，但并非每個(gè)實(shí)施方式僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施方式中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高電子迀移率晶體管器件，所述高電子迀移率晶體管器件包括: 襯底； 位于所述襯底上的緩沖層； 位于所述緩沖層上的溝道層，所述溝道層提供載流子運(yùn)動(dòng)的溝道； 位于所述溝道層上的勢皇層，所述勢皇層向溝道層中供應(yīng)載流子并阻擋溝道層中的載流子流向勢皇層； 位于所述勢皇層上的源極、漏極和柵極，所述柵極位于源極和漏極之間； 其特征在于，所述柵極下方溝道層內(nèi)的載流子濃度沿柵寬方向?yàn)榉枪潭ㄖ?，且為非單調(diào)變化。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電子迀移率晶體管器件，其特征在于，所述高電子迀移率晶體管器件為多柵指結(jié)構(gòu)，且單個(gè)柵指寬度大于或等于ΙΟΟμπι。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電子迀移率晶體管器件，其特征在于，所述柵極下方溝道層內(nèi)的載流子濃度沿柵寬方向?yàn)橹芷谛宰兓?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電子迀移率晶體管器件，其特征在于，所述柵極下方溝道層內(nèi)沿柵寬方向注入有劑量不同的離子。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電子迀移率晶體管器件，其特征在于，所述柵極下方的勢皇層上沿柵寬方向形成有深度不同的溝槽。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高電子迀移率晶體管器件，其特征在于，所述溝道層為非摻雜、η型摻雜或η型局部摻雜。7.—種高電子迀移率晶體管器件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括: 51、提供一襯底； 52、在所述襯底上形成緩沖層； 53、在所述緩沖層上形成溝道層； 54、在所述溝道層上形成勢皇層； 55、在所述勢皇層上形成源極和漏極； 56、在所述勢皇層上曝光柵極區(qū)域，并改變柵極區(qū)域內(nèi)的載流子濃度為非固定值，且為非單調(diào)變化； 57、在所述柵極區(qū)域上形成柵極。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步驟S6具體為: 在勢皇層上形成光刻膠層； 使用具有疏密點(diǎn)陣的掩膜版對勢皇層上的光刻膠層進(jìn)行光刻并顯影，然后進(jìn)行刻蝕，得到不同刻蝕深度的勢皇層。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述步驟S6具體為: 在勢皇層上形成光刻膠層； 使用具有疏密點(diǎn)陣的掩膜版對勢皇層上的光刻膠層進(jìn)行光刻并顯影，然后進(jìn)行離子注入，得到不同離子注入劑量的勢皇層。
【文檔編號】H01L21/335GK105895686SQ201610040764
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月21日
【發(fā)明人】尹成功, 裴軼, 吳傳佳
【申請人】蘇州能訊高能半導(dǎo)體有限公司