晶体管器件及其制备方法

1.本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种晶体管器件及其制备方法。


背景技术：

2.hemt(high electron mobility transistor，高电子迁移率晶体管)已经成为微波功率器件领域的热点，为了有效抑制电流崩塌效应，常规hemt器件均采用一定厚度的钝化材料抑制虚栅效应，提高器件的功率特性。为了有效钝化，常规钝化材料需要选取介电常数较大的介质材料，例如sin材料介电常数为6，氧化铝的为7.8。但是钝化层引入后带来了新的频率降低问题，钝化层增加了器件的寄生电容，介电常数越大寄生电容越大，导致器件频率特性恶化。


技术实现要素：

3.针对以上问题，本发明提供了一种晶体管器件及其制备方法，能够在保证钝化效果的同时降低晶体管器件引入的寄生电容，提高器件的功率特性。
4.为达上述目的，本发明提供了一种晶体管器件，包括：
5.衬底；
6.半导体层，设置在衬底上；
7.源漏电极，设置于半导体层的两侧；
8.栅极，设置于半导体层上并位于源漏电极之间；以及
9.钝化层，覆盖栅极和半导体层，钝化层与栅极之间具有空气间隔，以形成空气钝化桥结构。
10.根据本发明的实施例，空气钝化桥结构包括位于栅极上方的空气间隔和位于栅极外围的空气间隔。
11.根据本发明的实施例，半导体层包括第一半导体层和第二半导体层。
12.根据本发明的实施例，第二半导体层的材料的带隙宽度大于第一半导体层的材料的带隙宽度。
13.根据本发明的实施例，第二半导体层包括凹槽，栅极的底部位于所述凹槽内。
14.根据本发明的实施例，栅极包括：t型栅、y型栅、γ型栅。
15.本发明还提供了一种如上述的晶体管器件的制备方法，包括：
16.形成衬底；
17.在衬底上形成半导体层；
18.在半导体层的两侧形成源漏电极，在源漏电极之间形成栅极；
19.形成包围栅极的金属层；
20.沉积钝化层覆盖金属层和半导体层；
21.腐蚀金属层，形成空气钝化桥结构。
22.根据本发明的实施例，形成包围栅极的金属层包括：
23.涂覆第一光刻胶层；
24.曝光第一光刻胶层，暴露出栅极；
25.蒸镀金属层，金属层覆盖栅极和第一光刻胶层；
26.将第一光刻胶层剥离，使得覆盖在第一光刻胶层上方的金属层被一并剥离，并保留包围栅极的金属层。
27.根据本发明的实施例，腐蚀金属层包括：
28.涂覆第二光刻胶层；
29.曝光第二光刻胶层，暴露出部分钝化层；
30.对暴露出的钝化层进行刻蚀，暴露出部分金属层；
31.将晶圆放置于显影液中，对金属层进行腐蚀，去除第二光刻胶层，以在钝化层与栅极之间形成空气间隔。
32.根据本发明的实施例，半导体层包括：第一半导体层和第二半导体层。
33.根据本发明的实施例，在源漏电极之间形成栅极包括：
34.在第二半导体层上方的源漏电极之间开设凹槽，在凹槽内形成栅极。
35.根据本发明的实施例，金属层的材料包括铝。
36.根据本发明的实施例，空气是一种介电常数为1的材料，通过将空气作为钝化桥介质，栅极上方的空气桥不影响栅漏电极之间钝化介质与半导体层的接触，确保抑制虚栅效应，同时栅极上方空气介质具有低的介电常数，能够降低寄生电容，这样在保证器件功率特性的同时能够提高器件的频率特性。
附图说明
37.图1示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的平面示意图；
38.图2a示意性示出了现有技术中晶体管器件中的钝化结构；
39.图2b示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件中的钝化桥结构；
40.图3示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件和现有技术中的晶体管器件分别在不同栅极电压下的寄生电容；
41.图4示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法的流程图；
42.图5示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s41的示意图；
43.图6示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s42的示意图；
44.图7示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s43的示意图；
45.图8示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s44的示意图；
46.图9示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s50的示意图；
47.图10示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s61的示意图；
48.图11示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s62的示意图；
49.图12示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s63的示意图；
50.图13示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s64的示意图。
51.【附图标记】
52.1-衬底；
53.2-半导体层；21-第一半导体层；22-第二半导体层；221-凹槽；23-成核层；24-插入层；25-帽层；
54.3-源漏电极；31-源极；32-漏极；
55.4-栅极；41-柱形部；42-加宽部；
56.5-钝化层；
57.10-第一光刻胶层；11-金属层；12-第二光刻胶层。
具体实施方式
58.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
59.本发明提供了一种晶体管器件，包括：衬底；半导体层，设置在衬底上；源漏电极，设置于半导体层上；栅极，设置于半导体层上并位于源漏电极之间；以及钝化层，覆盖栅极和半导体层，钝化层与栅极之间具有空气间隔，以形成空气钝化桥结构。
60.根据本发明提供的一种晶体管器件，空气是一种介电常数为1的材料，通过将空气作为钝化桥介质，栅极上方的空气桥不影响栅漏电极之间钝化介质与半导体层的接触，确保抑制虚栅效应，同时栅极上方空气介质具有低的介电常数，能够降低寄生电容，这样在保证器件功率特性的同时能够提高器件的频率特性。
61.图1示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的平面示意图。
62.如图1所示，晶体管器件包括：衬底1；半导体层2，设置在衬底1上；源漏电极3，设置于半导体层2的两侧；栅极4，设置在半导体层2上并位于源漏电极3之间；钝化层5，覆盖栅极4和半导体层2，钝化层5与栅极4之间具有空气间隔，以形成空气钝化桥结构。
63.根据本发明的实施例，空气钝化桥结构包括位于栅极4上方的空气间隔和位于栅极4外围的空气间隔。
64.根据本发明的实施例，源漏电极3包括：源极31和漏极32，分别位于半导体层2的两侧。
65.根据本发明的实施例，半导体层2包括第一半导体层21和第二半导体层22。
66.根据本发明的实施例，第二半导体层22的材料的带隙宽度大于第一半导体层21的材料的带隙宽度。
67.根据本发明的实施例，第二半导体层22开设有凹槽221，栅极的底部位于所述凹槽内。
68.根据本发明的实施例，栅极包括：t型栅、y型栅、γ型栅。
69.根据本发明的实施例，栅极4包括：柱形部41，柱形部41的一端插入凹槽221内；加宽部42，从柱形部41的另一端径向向外延伸。
70.根据本发明的实施例，半导体层2还包括：
71.成核层23，位于衬底1的上方，在成核层23上生长第一半导体层21；
72.插入层24，位于第一半导体层21的上方，在插入层24上生长第二半导体层22；
73.帽层25，位于第二半导体层22的上方，在帽层25的上方制备源漏电极。
74.根据本发明的实施例，栅极4的柱形部41的一端穿过帽层25插入第二半导体层22的凹槽221内。
75.根据本发明的实施例，衬底包括碳化硅衬底，成核层包括氮化铝层，厚度为20nm，第一半导体层包括氮化镓层，厚度为2μm，插入层包括氮化铝层，厚度为1nm，第二半导体层包括铝镓氮层，厚度为20nm，帽层包括氮化镓层，厚度为2nm，钝化层包括氮化硅层，栅极为镍层和金层叠置形成的，源漏电极为钛层、铝层、镍层、金层叠置形成的。
76.图2a示意性示出了现有技术中晶体管器件中的钝化结构；图2b示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件中的钝化桥结构。如图2a所示，现有技术钝化结构中，钝化介质覆盖半导体层并且对栅极进行包围；如图2b所示，本发明实施例中钝化介质依旧覆盖半导体层，但并没有与栅极产生直接接触，栅极与钝化介质之间具有空气间隔，形成空气钝化桥结构。
77.图3示出了根据本发明实施例的晶体管器件和现有技术中的晶体管器件分别在不同栅极电压下的寄生电容。如图3所示，c
gs
为栅极与源极之间的电容，c
gd
为栅极与漏极之间的电容，在不同的栅极电压下，空气钝化桥结构产生的电容均低于现有技术中钝化结构产生的电容。
78.根据本发明的实施例，通过将空气作为钝化桥介质，栅极上方的空气桥不影响栅漏之间钝化介质与半导体层的接触，确保抑制虚栅效应，同时栅极上方空气介质具有低的介电常数，能够降低寄生电容，这样在保证器件功率特性的同时能够提高器件的频率特性。
79.本发明还提供了一种如上述的晶体管器件的制备方法，图4示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法的步骤图，如图4所示，如上述的晶体管器件的制备方法包括步骤s10～s50。
80.操作s10，提供衬底和半导体层。
81.在操作s20，在半导体层上形成源漏电极，在源漏电极之间形成栅极。
82.在操作s30，形成包围栅极的金属层，包括步骤s31～s34。
83.操作s31，涂覆第一光刻胶层。图5示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s31的示意图，如图5所示，第一光刻胶层10覆盖半导体层2和栅极4。
84.在操作s32，曝光第一光刻胶层，暴露出栅极。图6示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤的s32示意图，如图6所示，对第一光刻胶层10进行曝光，暴露出栅极4。
85.在操作s33，蒸镀金属层，金属层覆盖栅极和第一光刻胶层。图7示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s33的示意图，如图7所示，蒸镀金属层11覆盖栅极4和第一光刻胶层10。
86.在操作s34，将第一光刻胶层剥离，使得覆盖在第一光刻胶层上方的金属层被一并
剥离，并保留包围栅极的金属层。图8示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s34的示意图，如图8所示，剥离第一光刻胶层10，使得覆盖在第一光刻胶层10上方的金属层11被一并剥离，保留包围栅极4的金属层11。
87.在操作s40，沉积钝化层覆盖金属层和半导体层。图9示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s40的示意图，如图9所示，沉积钝化层5，钝化层5覆盖金属层11和半导体层2。
88.在操作s50，腐蚀金属层，形成空气钝化桥结构，包括步骤s51～s54。
89.操作s51，涂覆第二光刻胶层。图10示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s51的示意图，如图10所示，第二光刻胶层12覆盖钝化层5。
90.在操作s52，曝光第二光刻胶层，暴露出部分钝化层。图11示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s52的示意图，如图11所示，曝光第二光刻胶层12，暴露出部分钝化层5。
91.在操作s53，对暴露出的钝化层进行刻蚀，暴露出部分金属层。图12示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s53的示意图，如图12所示，对暴露出的钝化层5进行刻蚀，暴露出部分金属层11。
92.在操作s54，将晶圆放置于显影液中，对金属层进行腐蚀，去除第二光刻胶层，以在钝化层与栅极之间形成空气间隔。图13示意性示出了根据本发明实施例的晶体管器件的制备方法中步骤s54的示意图，如图13所示，对金属层11和进行腐蚀，去除第二光刻胶12，在钝化层5与栅极4之间形成空气间隔。
93.根据本发明的实施例，金属层的材料包括铝。
94.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。