一种HEMT器件及其制备方法与流程

一种hemt器件及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体器件技术领域，具体而言，涉及一种hemt器件及其制备方法。


背景技术：

2.hemt（high electron mobility transistor，高电子迁移率晶体管）是一种异质结场效应晶体管，又称为调制掺杂场效应晶体管，它使用两种具有不同能隙的材料形成异质结，为载流子提供沟道。由于其能够工作于超高频、超高速领域，所以常用在功率电子及射频电路里。hemt器件的性能，可靠性及寿命均与其工作时候的沟道温度息息相关。获知hemt工作时的沟道温度，对于优化器件性能，设计散热结构，评估器件的可靠性及寿命都有着十分重要的意义。如果器件工作时沟道温度过高致使器件性能下降明显，寿命大打折扣。
3.目前采用红外成像或者是热电偶的方式去探测沟道温度。红外探测只能探测封装管壳表面的温度，而非芯片沟道温度，通过管壳温度来计算沟道温度，十分不精确，且红外设备价格昂贵，难以大规模使用；热电偶通过接触式的方式探测温度，也只能探测到封装管壳表面的温度，且受限于体积，无法得到高精度的温度分布情况。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种hemt器件及其制备方法，能够实现高精度、实时的沟道温度探测。
5.本发明的实施例是这样实现的：一种hemt器件，包括衬底以及在衬底上形成的异质结，异质结上设置有源极、漏极和栅极，源极和漏极之间用于形成导电沟道，源极和漏极通过导电沟道连接，栅极上沿垂直于导电沟道的方向设置有热敏电阻条，热敏电阻条与栅极之间通过第一绝缘层绝缘，热敏电阻条的两端用于外接电极以根据热敏电阻条的电阻反映导电沟道的温度。
6.作为一种可实施的方式，在热敏电阻条上设置第二绝缘层，第二绝缘层与第一绝缘层连接以钝化hemt器件。
7.作为一种可实施的方式，第二绝缘层的厚度在50
‑
1000nm之间。
8.作为一种可实施的方式，在源极和漏极之间形成二维电子气，二维电子气用于形成导电沟道。
9.作为一种可实施的方式，在异质结上的导电沟道的外周设置有隔离环，隔离环的厚度在50
‑
500nm之间。
10.作为一种可实施的方式，热敏电阻条呈z型，z型的竖直段与栅极在异质结上的投影重叠，z型的两端点分别引出以作为探测电极。
11.一种hemt器件的制备方法，包括：提供衬底，衬底上形成有异质结；在异质结上制备源极、漏极和栅极，源极和漏极之间用于形成导电沟道，源极和漏极通过导电沟道连接；在源极上沉积第一绝缘层，第一绝缘层铺满异质结的上表面；在第一绝缘层上沉积热敏电阻条，热敏电阻条呈z型，热敏电阻条与栅极在异质结上的投影重合，热敏电阻条的两端引
出探测电极，探测电极用于测试热敏电阻的电阻率以反映导电沟道的温度。
12.作为一种可实施的方式，在提供衬底，衬底上形成有异质结之后，制备方法还包括：对异质结四周的半导体材料进行刻蚀并填充绝缘材料，形成隔离环，隔离环深度在50
‑
500nm之间。
13.作为一种可实施的方式，在第一绝缘层上对应沉积热敏电阻条之后，hemt器件制备方法还包括：在热敏电阻条上沉积第二绝缘层，第二绝缘层铺满异质结的上表面；刻蚀第二绝缘层上对应热敏电阻条的两端形成刻蚀槽，以使热敏电阻条的两端外露。
14.作为一种可实施的方式，在刻蚀第二绝缘层上对应热敏电阻条的两端之后，hemt器件制备方法还包括：使用金属填充刻蚀槽，填充的金属与热敏电阻条的端部连接以形成探测电极。
15.本发明实施例的有益效果包括：本发明提供的hemt器件,包括衬底以及在衬底上形成的异质结，异质结上设置有源极、漏极和栅极，源极和漏极之间用于形成导电沟道，源极和漏极通过导电沟道连接，栅极上沿垂直于导电沟道的方向设置有热敏电阻条，热敏电阻条通过栅极设置于导电沟道上，而栅极使用金属制成，具有优良的导热性，从而使得热敏电阻条的温度与导电沟道的温度接近，热敏电阻条与栅极之间通过第一绝缘层绝缘，热敏电阻条的两端用于外接电极以根据热敏电阻条的电阻率反映导电沟道的温度，热敏电阻条两端的电极能够实时测试热敏电阻的电阻率，而热敏电阻条的电阻率与热敏电阻条的温度具有固定的关系，根据热敏电阻条的电阻率即可计算出热敏电阻的温度，本发明提供的hemt器件能够实现高精度、实时的沟道温度探测。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
17.图1为本发明实施例提供的一种hemt器件的结构示意图；图2为本发明实施例提供的一种hemt器件另一视角的结构示意图；图3为本发明实施例提供的一种hemt器件制备方法流程图之一；图4为本发明实施例提供的一种hemt器件制备方法流程图之二；图5为本发明实施例提供的一种hemt器件的状态一的结构示意图；图6为本发明实施例提供的一种hemt器件的状态二的结构示意图；图7为本发明实施例提供的一种hemt器件的状态三的结构示意图；图8为本发明实施例提供的一种hemt器件的状态三的另一视角结构示意图；图9为本发明实施例提供的一种hemt器件状态四的结构示意图；图10为本发明实施例提供的一种hemt器件状态五的结构示意图；图11为本发明实施例提供的一种hemt器件状态五另一视角的结构示意图；图12为本发明实施例提供的一种hemt器件状态六的结构图；图13为本发明实施例提供的一种hemt器件状态七的结构图。
18.图标：110
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衬底；120
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异质结；121
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隔离环；131
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源极；132
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漏极；133
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栅极；134
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导电沟道；140
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第一绝缘层；150
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热敏电阻条；151
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探测电极；160
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第二绝缘层；161
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刻蚀槽。
具体实施方式
19.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
20.应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区域分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
21.应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。
22.除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样定义。
23.由于hemt具有超高速、低功耗、低噪音的特点，极大地满足超高速计算机及信号处理、卫星通信等用途上的特殊需求，所以，hemt被认为是最有发展前途的高速电子器件之一。而hemt器件工作时的沟道温度与hemt器件的性能和可靠性有很大关系,获知hemt工作时的沟道温度，对于优化器件性能，设计散热结构，评估器件的可靠性及寿命都有着十分重要的意义。目前，hemt沟道温度的测量无法得到高精度的温度分布情况。
24.本发明提供了一种hemt器件，如图1、图2所示，包括衬底110以及在衬底110上形成的异质结120，异质结120上设置有源极131、漏极132和栅极133，源极131和漏极132之间用于形成导电沟道134，源极131和漏极132通过导电沟道134连接，栅极133上沿垂直于导电沟道134的方向设置有热敏电阻条150，热敏电阻条150与栅极133之间通过第一绝缘层140绝缘，热敏电阻条150的两端用于外接电极以根据热敏电阻条150的电阻率反映导电沟道134的温度。
25.热敏电阻是一种敏感元器件，不同的温度下表现出不同的电阻率，通过测试热敏电阻的电阻率，即可获知热敏电阻的温度，本发明利用热敏电阻的电阻率与温度的关系来
获知热敏电阻的温度，从而获知导电沟道134的温度，本发明将热敏电阻条150设置于栅极133上，栅极133设置于导电沟道134上，栅极133使用金属制成，具有优良的导热性，所以，热敏电阻条150的温度近似于导电沟道134的温度，通过获知热敏电阻条150的温度进而获知导电沟道134的温度。另外，本领域技术人员应当知晓，电流、电压与电阻具有一定的关系，而电阻率与温度具有一定的关系，在本发明的其他实施例中，也可通过测试热敏电阻条150的电流，获知导电沟道的温度。这里需要说明的是，通过测试电流或者电阻率对导电沟道134的温度进行测量，都是需要将电流或者电阻率的值进行换算得出沟道温度的，具体的换算过程由热敏电阻条150的长度、宽度和施加的电压等因素决定。
26.需要说明的是，本发明对于热敏电阻条150的热敏电阻的类别、热敏电阻的材料以及热敏电阻的宽度等参数不做具体限定，只要电阻率能够反映温度即可。
27.还需要说明的是，hemt器件不工作时，导电沟道134内部的电子
‑
空穴对的产生和复合处于热平衡状态，导电沟道134内不会产生电流，进而不会发热。本发明测试的导电沟道134温度均为hemt器件工作时的导电沟道134温度。
28.其中，第一绝缘层140设置于栅极133与热敏电阻条150之间，用于将热敏电阻条150与栅极133隔开，hemt器件工作时，栅极133会施加一定电压的偏置电压，使得hemt器件处于放大区，处于安全工作状态。而热敏电阻条150也能够导电，所以，在栅极133与热敏电阻条150之间设置第一绝缘层140，以将栅极133与热敏电阻条150隔开，避免热敏电阻条150与栅极133连通导致测试结果不准确，还有可能影响hemt器件正常的工作。
29.本发明提供的hemt器件,包括衬底110以及在衬底110上形成的异质结120，异质结120上设置有源极131、漏极132和栅极133，源极131和漏极132之间用于形成导电沟道134，源极131和漏极132通过导电沟道134连接，栅极133上沿垂直于导电沟道134的方向设置有热敏电阻条150，热敏电阻条150通过栅极133设置于导电沟道134上，而栅极133使用金属制成，具有优良的导热性，从而使得热敏电阻条150的温度与导电沟道134的温度接近，热敏电阻条150与栅极133之间通过第一绝缘层140绝缘，热敏电阻条150的两端用于外接电极以根据热敏电阻条150的电阻率反映导电沟道134的温度，热敏电阻条150两端的电极能够实时测试热敏电阻条150的电阻率，而热敏电阻条150的电阻率与热敏电阻条150的温度具有固定的关系，根据热敏电阻条150的电阻率即可计算出热敏电阻条150的温度，本发明提供的hemt器件能够实现高精度、实时的沟道温度探测。
30.可选的，如图1所示，在热敏电阻条150上设置第二绝缘层160，第二绝缘层160与第一绝缘层140连接以钝化hemt器件。
31.通过热敏电阻条150的电阻率可以获知导电沟道134的温度，当热敏电阻条150直接与外界接触时，会影响热敏电阻条150的正常工作；且hemt器件的表面也不平整；为了使得热敏电阻条150能够正常工作，精确的测试导电沟道134的沟道温度，在热敏电阻条150上设置第二绝缘层160，第二绝缘层160与第一绝缘层140连接，第二绝缘层160在使得热敏电阻条150正常工作的同时，还能够使得hemt器件的表面平整。
32.需要说明的是，第一绝缘层140和第二绝缘层160的绝缘材料本发明不做具体限定，可以是氧化物、氮化物等，示例的，可以是二氧化硅、氮化硅。
33.本发明实施例的一种可实现的方式中,如图1所示，第二绝缘层160的厚度在50
‑
1000nm之间。
34.源极131和漏极132通过第一绝缘层140和第二绝缘层160与外界隔离，第一绝缘层140的厚度为30nm，比较薄，在hemt器件工作时，存在击穿的可能，所以在设置第二绝缘层160时，将第二绝缘层160的厚度设置为50
‑
1000nm之间，避免了击穿的可能，同时，将第二绝缘层160的厚度设置为50
‑
1000nm之间，也避免第二绝缘层160过厚导致hemt器件体积过大，不利于hemt器件的小型化，集成化。
35.可选的，如图1、图2所示，在源极131和漏极132之间形成二维电子气，二维电子气用于形成导电沟道134。
36.异质结120，由两种不同的半导体材料相接触形成，而hemt器件，是在上层半导体中掺有施主杂质，在下层半导体中不掺杂，也就是本征半导体，导致在两层半导体的界面处费米能带弯曲，在两层半导体的界面处本征半导体内，构成电子势垒，势垒中的电子即为二维电子气，因为电子在势垒中不会遭受电离杂质散射，所以电子迁移率很高，能够满足超高速计算机及信号处理等领域的高速的需求。而且二维电子气在极低温度下也不会复合，因为电子与杂质中心在空间上是隔离开的，所以，也具有很好的低温性能。
37.本发明实施例的一种可实现的方式中,如图1所示，在异质结120上的导电沟道134的外周设置有隔离环121，隔离环121的厚度在50
‑
500nm之间。
38.导电沟道134作为hemt器件的工作沟道，会有电流在内部流通，而随着电子产品的集成化，各个器件之间的距离越来越小，而hemt器件中的导电沟道134作为电子流通的通道，当两个hemt器件之间的距离足够近时，两个hemt器件之间的导电沟道134会相互影响，为了避免上述情况的发生，在异质结120上的导电沟道134的外周设置隔离环121，隔离环121采用绝缘材料制成，所以隔离环121为绝缘体，可以将相邻两个hemt器件之间的导电沟道134隔开。隔离环121厚度在50
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500nm之间，隔离环121包裹异质结120的掺杂层和本征半导体层并向下延伸刻蚀部分衬底110，以将导电沟道134完全隔离。
39.需要说明的是，隔离环121为将异质结120的外周刻蚀后填充绝缘材料后形成的，隔离环121设置在衬底110的正上方。隔离环121的绝缘材料本发明不做具体限定，可以是氧化物、氮化物等，示例的，可以是二氧化硅、氮化硅等。
40.可选的，如图2所示，热敏电阻条150呈z型，z型的竖直段与栅极133在异质结120上的投影重叠，z型的两端点分别引出以作为探测电极151。
41.为了实现hemt器件内部空间的充分利用，将热敏电阻条150设置为z型，且z型的竖直段与栅极133在异质结120上的投影重叠，且z型的竖直段在异质结120上的投影不完全覆盖栅极133在异质结120上的投影，以便后续引出栅极133，对栅极133施加电压使得hemt器件工作。因为通常情况下，为了使得栅极133能够控制源极131和漏极132之间的电流流通，将源极131和漏极132设置于栅极133的两侧，源极131和漏极132的长度与导电沟道134的宽度相同，而栅极133用于施加偏置电压，通常设置的比导电沟道134的宽度长一些，将热敏电阻条150设置为z型，z型的拐点将两个探测电极151分别引导到栅极133的两侧，这样既不会影响后续源极131、栅极133和漏极132的引出，又可以充分利用hemt器件的内部空间。
42.本发明实施例还提供了一种hemt器件的制备方法，如图3所示，包括：提供衬底110，衬底110上形成有异质结120，如图5所示；在异质结120上制备源极131、漏极132和栅极133，源极131和漏极132之间用于形成导电沟道134，源极131和漏极132通过导电沟道134连接，如图7、图8所示；
在源极131上沉积第一绝缘层140，第一绝缘层140铺满异质结120的上表面，如图9所示；在第一绝缘层140上沉积热敏电阻条150，热敏电阻条150呈z型，热敏电阻条150与栅极133在异质结120上的投影重合，热敏电阻条150的两端引出探测电极151，探测电极151用于探测热敏电阻的电阻率以反映导电沟道134的温度，如图10、图11所示。
43.源极131和漏极132与导电沟道134连接，在沉积源极131和漏极132之前，需要在导电沟道134的两侧先刻蚀异质结120的上层材料和部分下层材料形成源极孔和漏极孔，然后进行沉积金属形成源极131和漏极132。
44.需要说明的是，本发明中源极131、漏极132、栅极133和探测电极151的具体材料本发明都不做具体的限定，只要是金属能够传导电流即可，示例的，可以是金、铜，源极131、漏极132、栅极133和探测电极151的材料可以相同，也可以不相同。
45.还需要说明的是，在衬底110上形成异质结120时，由于异质结120的下层材料的晶格常数与衬底110材料的晶格常数不同，存在晶格失配现象而导致异质结120的下层材料中存在大量缺陷，影响hemt器件的性能和寿命。通常情况下会在衬底110与异质结120的下层材料之间设置一层缓冲层，用于减少异质结120的下层材料中的缺陷，减少异质结120下层材料的应力。
46.可选的，如图4、图6所示，在提供衬底110，衬底110上形成有异质结120后，制备方法还包括：对异质结120四周的半导体材料进行刻蚀并填充绝缘材料，形成隔离环121，隔离环121的设置深度在50
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500nm之间。
47.异质结120四周的半导体材料进行刻蚀，其中异质结120四周的半导体材料包括异质结120的上层材料和异质结120的下层材料，为了保证隔离环121的绝缘效果，通常向下刻蚀至缓冲层以及部分衬底110层。
48.作为一种可实施的方式，如图3、图12所示，在第一绝缘层140上对应沉积热敏电阻条150之后，制备方法还包括：在热敏电阻条150上沉积第二绝缘层160，第二绝缘层160铺满异质结120的上表面，如图12所示；刻蚀第二绝缘层160上对应热敏电阻条150的两端形成刻蚀槽161，以使热敏电阻条150的两端外露，如图13所示。
49.第二绝缘层160作为使得热敏电阻条150的绝缘层以及hemt器件的平整层，在沉积时沉积厚度在50
‑
1000nm之间。
50.为了能够测试导电沟道134的温度，通过测试热敏电阻条150的两端的电阻率来实现，需要将热敏电阻条150两端外露，刻蚀第二绝缘层160对应的热敏电阻条150的两端，即可将热敏电阻条150两端外露。
51.作为一种可实施的方式，如图3所示，在刻蚀第二绝缘层160上对应热敏电阻条150的两端形成刻蚀槽161之后，制备方法还包括：使用金属填充刻蚀槽161，填充的金属与热敏电阻条150的端部连接以形成探测电极151，如图1所示。
52.当hemt器件处于工作状态中，需要测试导电沟道134温度时，可以使用工具，将工
具的两个探头深入热敏电阻条150两端的刻蚀槽161，测量热敏电阻条150的电阻率，从而得出导电沟道134的温度，由于第二绝缘层160的厚度较厚，且刻蚀槽161的截面积较小，在将两个探头深入刻蚀槽161时需要对准，不便操作，花费较长时间。使用金属填充刻蚀槽161，填充的金属与热敏电阻条150的端部连接形成探测电极151，探测电极151在第二绝缘层160上形成方形电极，面积较大，将工具两个探头与探测电极151接触即可，操作简单易行。
53.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。