一种高线性HEMT器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高线性HEMT器件，自下而上依次包括：衬底层、缓冲层、势垒层以及金属电极层，所述金属电极层从左至右依次包括源电极、栅电极以及漏电极；其中，所述势垒层包括依次均匀排列的若干氟掺杂区(F1～Fm)，m为正整数且m≥2。本发明专利技术提供的高线性HEMT器件通过栅电极下势垒层不同浓度氟掺杂区域跨导相互补偿，能实现在较大栅源偏压范围内跨导的相对稳定，无需对器件和材料结构进行大量调整便可使器件具有很好的线性度。

【技术实现步骤摘要】
一种高线性HEMT器件及其制备方法
本专利技术属于半导体
，具体涉及一种高线性HEMT器件及其制备方法。
技术介绍
随着5G通信技术的普及与6G通信技术的研发进展，传统的以Si为代表的第一代半导体材料及以GaAs为代表的第二代半导体材料渐渐难以满足日益增长的频率需求。因此，以GaN材料为代表的第三代半导体材料得到了广泛的关注。相比Si与GaAs材料，GaN材料具高禁带宽度、高击穿场强、高电子速度等特性，能实现更快的工作速度与更高的可靠性。特别是基于AlGaN/GaN异质结所制成的高电子迁移率晶体管(HEMT)，凭借异质结界面处形成的高浓度、高迁移率的二维电子气(2DEG)，具有极高的工作速度，在通讯等领域具有广阔的应用前景。在通讯等领域中，半导体器件的线性度是一个重要参数。然而，普通HEMT器件由于电子饱和速度下降与器件串联电阻增大等因素，会出现随着栅源偏压的增大，器件跨导先上升，达到一定峰值后再下降的现象。跨导下降现象会影响器件的线性度，限制器件的工作范围。为此，通常采用渐变组分势垒结构降低2DEG浓度提高电子饱和速度或者采用Fin结构降低源串联电阻的方式保证器件跨导在较大的栅压范围内保持稳定，从而提高器件线性度。此外，还可以采用Fin宽渐变结构或者势垒厚度渐变结构等方式来提高器件线性度。然而，采用渐变组分势垒结构要求高Al组分的势垒层，会造成器件表面质量的恶化；采用Fin结构以及Fin宽渐变结构其制备过程中涉及刻蚀工艺，会引入大量的刻蚀损伤，留下的沟道侧壁也会产生大量寄生电容，影响器件性能；而势垒厚度渐变结构需要对势垒层结构进行精确的刻蚀深度控制，工艺难度过高。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种高线性HEMT器件及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种高线性HEMT器件，自下而上依次包括：衬底层、缓冲层、势垒层以及金属电极层，所述金属电极层从左至右依次包括源电极、栅电极以及漏电极；其中，所述势垒层包括依次均匀排列的若干氟掺杂区F1～Fm，m为正整数且m≥2。在本专利技术的一个实施例中，所述氟掺杂区F1～Fm位于所述栅电极下方并沿栅宽方向排列。在本专利技术的一个实施例中，所述氟掺杂区F1～Fm的氟离子浓度从所述氟掺杂区F1至所述氟掺杂区Fm依次递增或者递减。在本专利技术的一个实施例中，所述氟掺杂区F1～Fm的氟离子浓度从所述氟掺杂区F1和所述氟掺杂区Fm依次向中间递增或者递减。在本专利技术的一个实施例中，还包括成核层、插入层、盖帽层以及钝化层中的至少一层；其中，所述成核层设置于所述衬底层和所述缓冲层之间；所述插入层设置于所述缓冲层和所述势垒层之间；所述盖帽层设置于所述势垒层与所述金属电极层之间；所述钝化层设置于所述势垒层上方各电极之间的区域。一种高线性HEMT器件的制备方法，包括：步骤1：获取外延基片并进行清洗；其中，所述外延基片包括势垒层；步骤2：在所述势垒层上制作源电极和漏电极；步骤3：对所述外延基片进行台面刻蚀，以在所述势垒层上形成隔离台面；步骤4：对所述势垒层进行氟离子注入以形成若干氟掺杂区；其中，所述氟掺杂区位于所述源电极和所述漏电极之间；步骤5：在所述氟掺杂区上面制作栅电极，以完成高线性HEMT器件的制备。在本专利技术的一个实施例中，步骤2包括：(2a)在所述外延基片的表面涂胶并甩胶，得到光刻胶掩膜；(2b)对所述外延基片进行烘干，并通过光刻和显影技术形成第一掩膜层；(2c)在所述第一掩膜层表面蒸发第一金属层，以得到源、漏极金属；(2d)利用剥离工艺去除所述第一掩膜层以及所述第一金属层，并进行快速退火，以在所述势垒层上形成源电极和漏电极。在本专利技术的一个实施例中，步骤4包括：(4a)在所述势垒层上光刻第一个氟注入区域，(4b)对所述第一个氟注入区域进行氟离子注入以形成第一个氟掺杂区，其中，所述第一个氟掺杂区的氟离子浓度为n1；(4c)在所述势垒层上光刻第i个氟注入区域，并分别进行氟离子注入以形成第i个氟掺杂区，其中，所述第i个氟掺杂区的氟离子浓度为ni，且满足ni-1＜ni或者ni-1＞ni，其中，2≤i≤m，i、m均为正整数。在本专利技术的一个实施例中，步骤4包括：(41)在所述势垒层上光刻第一个氟注入区域和第m个氟注入区域；(42)对所述第一个氟注入区域和所述第m个氟注入区域进行氟离子注入以形成第一个氟掺杂区和第m个氟掺杂区，其中，所述第一个氟掺杂区的氟离子浓度n1和所述第m个氟掺杂区的氟离子浓度nm相等；(43)在所述势垒层上光刻第1+j个氟注入区域和第m-j个氟注入区，并分别进行氟离子注入以形成第1+j个氟掺杂区和第m-j个氟掺杂区，其中，所述第1+j个氟掺杂区的氟离子浓度n1+j和所述第m-j个氟掺杂区的氟离子浓度nm-j相等，且满足nj＜n1+j或者nj＞n1+j，其中，m为奇数；m为偶数。在本专利技术的一个实施例中，步骤5包括：(5a)在步骤4所得的样品表面涂胶并甩胶，得到光刻胶掩膜；(5b)对所述样品进行烘干，并通过光刻和显影技术形成第二掩膜层；(5b)在所述第二掩膜层表面蒸发第二金属层，以得到栅极金属；(5c)利用剥离工艺去除所述第二掩膜层以及所述第二金属层，并进行快速退火，得到栅电极，以完成器件制备。本专利技术的有益效果：1、本专利技术提供的高线性HEMT器件通过栅电极下势垒层不同浓度氟掺杂区域跨导相互补偿，能实现在较大栅源偏压范围内跨导的相对稳定，无需对器件和材料结构进行大量调整便可使器件具有很好的线性度；2、本专利技术提供的高线性HEMT器件工艺简单，兼容性好，便于器件制备与工艺调节，且引入的附加效应小，具有更高的可行性和重复性；3、本专利技术提供的高线性HEMT器件结构与常用HEMT器件类似，可与其他相关优化技术如场板结构等兼容，保持高线性度的同时实现高击穿电压、高输出电流等特性。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种高线性HEMT器件结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的高线性HEMT器件栅电极处剖面示意图；图3是本专利技术实施例提供的高线性HEMT器件氟掺杂区域排布的俯视示意图；图4是本专利技术实施例提供的高线性HEMT器件制备方法流程图；图5是本专利技术实施例提供的另一种高线性HEMT器件制备方法流程图；图6a～6f是本专利技术实施例提供的高线性HEMT器件制备方法示意图；图7a～7b是本专利技术实施例提供的一种氟注入工艺的方法示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1是本专利技术实施例提供的一种高线性HEMT器件结构示意图，自下而本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高线性HEMT器件，其特征在于，自下而上依次包括：衬底层(10)、缓冲层(20)、势垒层(30)以及金属电极层(40)，所述金属电极层(40)从左至右依次包括源电极(41)、栅电极(42)以及漏电极(43)；其中，所述势垒层(30)包括依次均匀排列的若干氟掺杂区(F1～Fm)，m为正整数且m≥2。/n

【技术特征摘要】
1.一种高线性HEMT器件，其特征在于，自下而上依次包括：衬底层(10)、缓冲层(20)、势垒层(30)以及金属电极层(40)，所述金属电极层(40)从左至右依次包括源电极(41)、栅电极(42)以及漏电极(43)；其中，所述势垒层(30)包括依次均匀排列的若干氟掺杂区(F1～Fm)，m为正整数且m≥2。


2.根据权利要求1所述的高线性HEMT器件，其特征在于，所述氟掺杂区(F1～Fm)位于所述栅电极(42)下方并沿栅宽方向排列。


3.根据权利要求1所述的高线性HEMT器件，其特征在于，所述氟掺杂区(F1～Fm)的氟离子浓度从所述氟掺杂区F1至所述氟掺杂区Fm依次递增或者递减。


4.根据权利要求1所述的高线性HEMT器件，其特征在于，所述氟掺杂区(F1～Fm)的氟离子浓度从所述氟掺杂区F1和所述氟掺杂区Fm依次向中间递增或者递减。


5.根据权利要求1所述的高线性HEMT器件，其特征在于，还包括成核层、插入层、盖帽层以及钝化层中的至少一层；其中，
所述成核层设置于所述衬底层(10)和所述缓冲层(20)之间；
所述插入层设置于所述缓冲层(20)和所述势垒层(30)之间；
所述盖帽层设置于所述势垒层(30)与所述金属电极层(40)之间；
所述钝化层设置于所述势垒层(30)上方各电极之间的区域。


6.一种高线性HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1：获取外延基片并进行清洗；其中，所述外延基片包括势垒层；
步骤2：在所述势垒层上制作源电极和漏电极；
步骤3：对所述外延基片进行台面刻蚀，以在所述势垒层上形成隔离台面；
步骤4：对所述势垒层进行氟离子注入以形成若干氟掺杂区；其中，所述氟掺杂区位于所述源电极和所述漏电极之间；
步骤5：在所述氟掺杂区上面制作栅电极，以完成高线性HEMT器件的制备。


7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤2包括：
(2a)在所述外延基片的表面涂胶并甩胶，得到光刻胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪峰，唐振凌，马晓华，马佩军，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61