一种小沟道电阻的HEMT器件的制作方法

一种小沟道电阻的hemt器件
技术领域
1.本实用新型涉及半导体领域，具体来说是一种小沟道电阻的hemt器件。


背景技术：

2.sic和gan作为宽禁带半导体，由于其不同的材料特性和器件结构，在功率器件中可以得到广泛的应用。
3.这类材料所制成的功率器件具有体积小、耐高压、耐高温(大于300℃)、抗辐射及高频高速等优异特性。
4.尤其是高功率gan器件由于具备高输出功率和高工作频率，被认为在未来的电力电子领域中得到更加广泛的应用。
5.由于aigan/gan异质结存在着极化效应，使得异质结处存在着高性能的二维电子气,其常温下迁移率为1200-2200cm2/v
·
s，沟道中的2deg浓度可以达到1
ⅹ
1013cm-2。
6.基于aigan/gan异质结结构制作的晶体管由于异质结处存在着二维电子气，并且由于2deg具有较高的迁移率，因此基于aigan/gan异质结制备的晶体管被称为高电子迁移率晶体管。
7.由于algan/gan异质结生长完成后，异质结界面就存在大量二维电子气2deg，当界面处电阻率降低时，我们可以获得更高的器件频率特性。algan/gan异质结电子迁移率晶体管可以获得很高的频率，但往往要以牺牲耐高压特性为代价。
8.目前提高的algan/gan异质结晶体管频率的方法如下：
9.结合无电介质钝化(dielectric-free passivation)与重生长欧姆接触来减小电阻率；该方法采用了30纳米栅长，并且结合无电介质钝化(dielectric-free passivation)与重生长欧姆接触来减小源漏电阻率；频率可以达到370ghz；还可以通过减少沟道长度继续提高频率到500ghz。
10.重生长重掺杂源漏到近栅的二维电子气沟道；过去重生长n gan欧姆接触对减少沟道接触电阻成效显著，但是重掺杂源漏接触直接到接近栅极下的二维电子气沟道可以获得更好的频率特性和电流特性。文中报道的方法使频率达到了ft/fmax＝342/518ghz。同时击穿电压14v。
11.对于sin而言，对应力进行控制已经有了一些成熟的方法，如在进行pecvd的反应器中施加高频功率源的基础上还要再叠加一个低频功率源；在该工艺条件下，利用sih4，nh3和n2淀积生成的sin膜就具有了本征的张应力；而采用低频功率源则是引入了高能粒子轰击，这样可以使sin膜变得更具压缩性；高能粒子轰击可以使得原子/离子结合或重新分布，即使得sin膜结构发生伸张/膨胀，从而在sin膜中产生本征压应力；而原子/离子结合和重新分布也会使sin膜的微观结构变得更加致密。
12.algan/gan异质结电子迁移率晶体管可以获得很高的频率，但往往要以牺牲耐高压特性为代价；而且会伴随着电流崩塌效应的存在。
13.所以为了避免上述问题，一种可以在不牺牲晶体管耐高压特性的情况，能够减少
沟道电阻，改善频率特性的hemt器件。


技术实现要素：

14.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供能够减少沟道电阻，改善频率特性的hemt器件。
15.为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
16.一种小沟道电阻的hemt器件，包括衬底，所述衬底上设有缓冲层；所述缓冲层上设有沟道层；所述沟道层上设有势垒层；所述势垒层上具有源极、栅极以及漏极；所述栅极与势垒层之间设有p-gan层；所述源极与栅极以及栅极与漏极之间设有基础介质层，所述基础介质层上刻蚀有多个沟槽，所述沟槽内生长有填充介质层。
17.所填充介质层上端面与基础介质层上端面相齐平；每个所述沟槽深度均小于基础介质层厚度。
18.所述沟槽深度尺寸与基础介质层厚度尺寸的比值为5:6。
19.多个所述沟槽间呈间隔分布。
20.所述源极与栅极之间的相邻沟槽间的间隔距离和栅极与漏极之间相邻沟槽间的间隔距离相同。
21.本实用新型的优点在于：
22.本实用新型公开了一种小沟道电阻的hemt器件；本实用新型通过改变介质层的压应力方式来调节势垒层受到的应力作用，介质层起到调节沟道2deg的作用；本实用新型通过在垂直方向局部改变介质层的应力，通过在介质层刻蚀沟槽并二次生长应力sin来调节介质层的本身应力作用，根据压电极化效应，来调节algan受到应力来改变沟道2deg，进而减小沟道电阻，改善频率特性。
附图说明
23.下面对本实用新型说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
24.图1为本实用新型的结构示意图。
25.上述图中的标记均为：
26.1、衬底，2、缓冲层，3、沟道层，4、势垒层，5、漏极，6、栅极，7、p-gan层，8、源极，9、基础介质层，10、填充介质层，101、沟槽。
具体实施方式
27.下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
28.一种小沟道电阻的hemt器件，包括衬底1，所述衬底1上设有缓冲层2；所述缓冲层2上设有沟道层3；所述沟道层3上设有势垒层4；所述势垒层4上具有源极8、栅极6以及漏极5；所述栅极6与势垒层4之间设有p-gan层7；所述源极8与栅极6以及栅极6与漏极5之间设有基础介质层9，所述基础介质层9上刻蚀有多个沟槽101，所述沟槽101内生长有填充介质层10；本实用新型公开了一种小沟道电阻的hemt器件；本实用新型通过改变介质层的压应力方式来调节势垒层4受到的应力作用，本实用新型是根据压电极化效应，通过在垂直方向局部改
变sin介质层的应力来调节algan层受到的应力作用，继而来改变沟道2deg的浓度，实现减小沟道电阻，改善频率特性。
29.具体；本实用新型主要包括如下内容：
30.衬底1包括：氮化镓、铝镓氮、铟镓氮、铝铟镓氮、磷化铟、砷化镓、碳化硅、金刚石、蓝宝石、锗、硅中的一种或多种的组合，或任何其他能够生长ⅲ族氮化物的材料。
31.在衬底1上外延缓冲层2。
32.缓冲层2：起到保护衬底1不被金属离子侵入且能粘合需要生长于其上的其他半导体材料层的作用。
33.可以是algan、gan等ⅲ族氮化物材料；厚度：1～2μm，生长方式:mocvd、mbe、hvpe等，温度：800～1200℃。
34.在缓冲层2上外延gan沟道层3；厚度：＜250nm；生长方式：mocvd、mbe、ald等。
35.在沟道层3上外延algan势垒层4；生长方式：mocvd、mbe、ald等。
36.在势垒层4上生长一层p-gan；生长方式：mocvd、mbe、ald等。
37.利用二氧化硅或氮化硅做掩模，对p-gan进行干法刻蚀(icp、rie、ecr、ibe等)。
38.对完成刻蚀的algan/gan材料进行光刻，形成源漏金属区，放入电子束蒸发台中淀积欧姆接触金属并进行剥离，最后在氮气环境中进行快速热退火，形成欧姆接触；金属主要包括：ti、al、ni、au等。
39.在刻蚀的p-gan上生长一层sin介质层(基础介质层9)；厚度大约300nm。生长方式：pecvd；生长条件：sih4和nh3流量比大约为4∶1。
40.运用光刻技术把表面sin膜保护起来，然后注入(b,ar等)离子作隔离。
41.对介质层进行等间距刻蚀，获得需要的沟槽101；沟槽101深度大约250nm。
42.在沟槽101生长一层压应力sin(填充介质层10)；厚度大约250nm；生长方式：pecvd。
43.生长条件：sih4和nh3流量比为4∶1，反应器中施加高频功率源的同时再叠加一个低频功率源；低频功率源作用：引入高能粒子轰击，使sin膜变得更具压缩性。
44.对完成的器件进行光刻，形成栅极6区域，制备栅极6；形成肖特基接触。制备方式：制备方式：电镀、金属蒸发、溅射或互相结合的方式，金属包括：ni、au、pd、pt等或其中几种相结合的金属系统。
45.进一步的，在本实用新型中所填充介质层10上端面与基础介质层9上端面相齐平；每个所述沟槽101深度均小于基础介质层9厚度；这样的设置，可以避免介质层漏电。
46.进一步的，在本实用新型中所述沟槽101深度尺寸与基础介质层9厚度尺寸的比值为5:6；这样的比例具有更好的使用效果；比例太低会导致介质层漏电，比例太高沟槽不能有效地调节沟道应力。
47.进一步的，在本实用新型中多个所述沟槽101间呈间隔分布；本实用新型采用这样的设置，方便了对基础介质层9多处进行应力分散；优化本实用新型的效果。
48.进一步的，在本实用新型中所述源极8与栅极6之间的相邻沟槽101间的间隔距离和栅极6与漏极5之间相邻沟槽101间的间隔距离相同；本发明基于这样的限定，可以更规范地通过调节间距距离来实现应力的改变。
49.本实用新型基于上述结构的公开；
50.使得本实用新型利用pecvd局部再生长介质层的方式调节沟道2deg浓度，减小沟道电阻，改善器件的频率特性。
51.本实用新型是利用根据压电极化效应，通过在垂直方向局部改变sin介质层的应力来调节algan层受到的应力作用，来改变沟道2deg的浓度，实现减小沟道电阻，改善频率特性。
52.本实用新型通过改变介质层的压应力的方式来调节algan层受到的应力作用，调节algan/gan异质结的2deg浓度以及沟道的电场强度来调节频率特性；也就是通过调节栅漏和漏极5之间的压应力沟槽101来提高频率特性而不减小栅漏距离以减小电流崩塌效应，也无需牺牲耐高压特性；在增强型hemt器件中，介质层起到调节沟道2deg的作用，本实用新型通过在垂直方向局部改变介质层的应力，通过在介质层刻蚀沟槽101并二次生长应力sin来调节介质层的本身应力作用，根据压电极化效应，来调节algan受到应力来改变沟道2deg，进而减小沟道电阻，改善频率特性。
53.显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本实用新型的保护范围之内。