CN111430456B - 基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件及其制备方法，该HEMT器件包括：衬底层；***层，位于衬底层上；缓冲层，位于***层上；源电极，位于缓冲层的一端；漏电极，位于缓冲层的另一端；势垒层，位于缓冲层上，且位于源电极和漏电极之间，其中，势垒层上设置有沿栅宽方向排列的若干凹槽，凹槽的深度小于势垒层的厚度；钝化层，覆盖在源电极、漏电极和势垒层上，其中，沿栅宽方向上，钝化层中贯穿有栅槽，且若干凹槽位于栅槽下；栅电极，位于若干凹槽和栅槽中，且位于钝化层表面；金属互联层，贯穿钝化层且位于源电极、漏电极上。该HEMT器件通过沿栅宽方向排列若干凹槽形成类Fin结构，可以满足高频高线性和高压高线性的应用需求。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件及其制备方法。
背景技术
近年来，随着物联网需求的激增以及移动设备的发展，人们对于无线通信技术的传输效率有了更高的要求。比如5G-LTE，WIMAX、卫星通讯、雷达以及空间应用等毫米波应用领域中，而功率放大器(power amplifier，PA)作为通信链路发射机的重要组成部分，为了能够获得足够的发射功率，必须在大功率输出条件下工作，但此时PA会消耗大量的功率，线性度很差，造成传输效率低下、信号失真以及传输质量下降，故为了改善功率放大器的线性度，提高其功率附加效率(power added efficiency，PAE)，各种电路级的线性化技术相继被提出，比如功率回退法、反馈技术、预失真技术等，但这些电路级的线性化技术往往会造成功率附加效率的下降，使得线性度于与功率附加效率成为一种矛盾，此外，随着芯片集成度的提高，其电路设计更加复杂，功耗较大，所以期望在器件级寻求一种解决线性度的方法。
Si基MOS晶体管作为功率放大器最成熟的器件，其应用得到了广泛的发展，但其工作频率低、功耗大、转换效率低以及耐高温性能差等问题，在高频大功率领域的进一步发展受到了限制，而GaN作为一种宽禁带半导体材料，具有高的饱和电子速度、高的迁移率以及较大的击穿场强，促进了晶体管器件在高频大功率领域的发展。然而随着集成度不断提高，器件尺寸不断缩小，传统平面结构的GaN基HEMT器件受短沟道效应、栅极漏电以及源极驱动电阻Rs的影响越来越显著，这使得器件在较大无线射频(Radio Frequency，RF)输入功率时，产生严重互调失真(intermodulation distortion，IMD)，器件产生非线性增益，跨导下降，线性度恶化。
基于以上原因，多年来人们提出了多种方法来改善晶体管的非线性特性。1992年，贝尔实验的D.R.Green提出采用具有不同宽度、不同深度以及不同载流子浓度的多沟道结构制备高线性器件；在该种方法中，栅下具有不同量子阱的沟道在不同的栅极偏置下导通，达到调节器件阈值，改善器件线性度的目标，但该种方法对于阈值的控制能力有限，同时为了保证多个沟道的逐步开启，需要施加更大的栅极电压，这会导致较底层沟道导通之前，便已经产生极大的栅极漏电，造成器件可靠性问题。
2013年，Dong Seup Lee等人研究了源极驱动电阻Rs对器件跨导的调制作用。研究发现，采用更宽的源沟道区域结构可以降低该区域电场强度，从而缓解随着器件输出电流增大时源电阻增大的情况，进而提高了器件的线性度。
目前，现有技术中改善器件线性度的方法主要有三种：1、利用鳍(Fin)结构改善器件线性度；2、利用渐变势垒层改善器件线性度；3、利用MIS HEMT结构改善器件线性度。
利用Fin结构改善线性度，该种技术的核心是在栅下源漏间的Access区域对势垒层刻蚀形成三维的Fin结构，以此增大Access区域的源极驱动能力，减小Rs；由公式：
可知，当源极电阻Rs减小时，其本征跨导增大，通过将不同宽度Fin 的器件并联，改善器件的线性度。但是该种方法在Fin结构的刻蚀过程中，会带来较大的刻蚀损伤，引入严重的界面态问题，更重要的是刻蚀会使得AlGaN/GaN异质结界面处的晶格应力释放，使得2DEG浓度减少，器件输出电流降低，严重影响器件的工作特性，此外，Fin结构形成的寄生电容也限制了其在高频下的应用，同时由于Fin结构会造成相同栅宽情况下电流驱动能力的降低，导致器件输出功率的退化。
通过渐变势垒层实现高线性，即在材料生长过程中，在厚度方向实现AlxGa1-xN势垒中 Al组分的渐变，通过势垒层中不同的Al组分调制沟道2DEG，进而实现多个阈值逐步开启，改善线性度。但该种方法的本质是在材料生长过程中，将不同Al组分的势垒层叠加生长，以此实现整个势垒层的渐变，这一生长过程会增加工艺复杂度，其次，通过该种方法生长的势垒层一般较厚，而在高频器件的设计中，由于短沟道效应是重要的考量因素，较厚的势垒层对于器件频率特性的改善带来极大的阻碍，故渐变势垒层技术不适用于制作毫米波高线性器件，其主要适用于较低频率(10GHz以下)的高线性器件中。
利用MIS结构改善器件线性度，该种方法是在常规HEMT结构的栅下生长一层高K介质层，与常规HEMT器件相比，该种结构可以将栅极漏电降低约4-6个数量级，很好的解决了栅极漏电问题，因此可以实现较大的栅压摆幅，改善器件线性度。但由于栅下绝缘层引入了较大的栅寄生电容，使得器件频率特性恶化，不适于制作高频器件。
综上所述，现有技术中改善器件线性度的方法存在着器件刻蚀损伤大、势垒层较厚、栅寄生电容较大的问题，限制了线性器件在高频下的应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于跨导补偿法的类Fin 侧墙调制的HEMT器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明实施例提供了一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件，包括：
衬底层；
***层，位于所述衬底层上；
缓冲层，位于所述***层上；
源电极，位于所述缓冲层的一端；
漏电极，位于所述缓冲层的另一端；
势垒层，位于所述缓冲层上，且位于所述源电极和所述漏电极之间，其中，所述势垒层上设置有沿栅宽方向排列的若干凹槽，所述凹槽的深度小于所述势垒层的厚度；
钝化层，覆盖在所述源电极、所述漏电极和所述势垒层上，其中，沿所述栅宽方向上，所述钝化层中贯穿有栅槽，且若干所述凹槽位于所述栅槽下；
栅电极，位于若干所述凹槽和所述栅槽中，且位于所述钝化层表面；
金属互联层，贯穿所述钝化层且位于所述源电极、所述漏电极上。
在本发明的一个实施例中，所述凹槽与未刻蚀区域呈周期性排列，且每个周期内包括至少一个所述凹槽。
在本发明的一个实施例中，所述凹槽的深度保持不变。
在本发明的一个实施例中，所述凹槽的深度为渐变的。
在本发明的一个实施例中，还包括：绝缘层，覆盖于若干所述凹槽的侧壁和底部、所述栅槽的侧壁和底部以及所述钝化层的表面。
在本发明的一个实施例中，所述绝缘层的厚度为2～10nm。
本发明的另一个实施例提供了一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的制备方法，包括步骤：
S1、在衬底层上依次生长***层、缓冲层和势垒层；
S2、在所述缓冲层上的一端制备源电极，在所述缓冲层上的另一端制备漏电极；
S3、在所述势垒层、所述源电极和所述漏电极上生长钝化层；
S4、沿栅宽方向，刻蚀位于所述源电极和所述漏电极之间的所述钝化层，形成贯穿于所述钝化层的栅槽；
S5、刻蚀位于所述栅槽中的所述势垒层，形成沿所述栅宽方向排列的若干凹槽；
S6、在所述若干凹槽中、所述栅槽中和所述钝化层上沉积栅金属，形成栅电极；
S7、在所述钝化层中制备所述源电极和所述漏电极的金属互联层。
在本发明的一个实施例中，步骤S5包括：
S51、在所述势垒层上光刻阵列化凹槽区域，使所述阵列化凹槽区域沿所述栅宽方向呈周期性排列；
S52、利用感应耦合等离子体刻蚀工艺移除所述凹槽区域内的所述势垒层，形成若干凹槽。
在本发明的一个实施例中，步骤S5和步骤S6之间还包括步骤：
X、在所述凹槽的底部和侧壁、所述栅槽的底部和侧壁以及所述钝化层的表面生长绝缘层。
在本发明的一个实施例中，所述绝缘层的厚度为2～10nm。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明的HEMT器件通过沿栅宽方向排列若干凹槽形成类Fin结构，由于凹槽的深度小于势垒层的厚度，对于凹槽下方的2DEG并没有破坏，既实现了较大的电流输出，又实现了较高的线性度，从而既可以满足高频高线性的应用需求，又可以满足高压高线性的应用需求。
2、本发明的HEMT器件中，通过控制凹槽与未刻蚀区域的组合比例、凹槽的宽度、凹槽的深度可以实现不同栅压摆幅、不同峰值跨导的高线性器件，进而可以实现对栅压摆幅和峰值跨导的定制，可以满足不同的需求。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的结构示意图；
图2a-图2c为本发明实施例提供的一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的横截面图；
图3a-图3b为本发明实施例提供的两种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的横截面侧视图；
图4为本发明实施例提供的一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的栅宽方向一个类Fin的周期内的侧墙调制的多电场耦合示意图；
图5为本发明实施例提供的一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的制备方法的流程示意图；
图6a-图6h为本发明实施例提供的一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的制备方法的过程示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的制备方法流程示意图；
图8为本发明实施例提供的另一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例的目的是针对现有实现高线性HEMT器件的不足，提出一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的多电场耦合调控技术，以实现高线性度HEMT器件，满足高频高线性的应用需求。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的结构示意图，该HEMT器件包括：衬底层1、***层2、缓冲层3、源电极4、漏电极5、势垒层6、钝化层7、栅电极8和金属互联层9。
具体地，衬底层1包括蓝宝石、SiC或Si中的一种或多种。***层2位于衬底层1 上，其材料可以为AlN。缓冲层3位于***层2上，其材料可以为GaN。源电极4位于缓冲层3的一端，漏电极5位于缓冲层3的另一端；源电极4和漏电极5的材料采用欧姆金属，由下向上依次为Ti/Al/Ni/Au。势垒层6位于缓冲层3上，且势垒层6位于源电极4和漏电极5之间；势垒层6的材料可以为AlGaN或InAlN、AlN等。钝化层7覆盖在源电极4、漏电极5和势垒层6上；钝化层7的材料采用SiN，其厚度为20～120nm(例如：20nm、60nm或120nm)。
势垒层6上设置有沿栅宽方向排列的若干凹槽61，若干凹槽61形成类Fin结构。
在沿栅宽方向上，钝化层7中贯穿有栅槽71，且栅槽71位于若干凹槽61的正上方，以将势垒层6的表面露出。
在钝化层7上靠近源电极4的一侧设置有栅电极8，栅电极8位于若干凹槽61、栅槽71中。由于凹槽61位于势垒层6中，且栅槽71贯穿钝化层7，因此栅电极8的栅脚位于势垒层6的表面。
金属互联层9贯穿钝化层7且位于源电极4和漏电极5上。
请参见图2a-图2c，图2a-图2c为本发明实施例提供的一种基于跨导补偿法的类Fin 侧墙调制的HEMT器件的横截面图，其中，图2a为未刻蚀区域的横截面主视图，图2b 为凹槽的横截面主视图，图2c为横截面侧视图。
在一个具体实施例中，凹槽61(即刻蚀区域)与未刻蚀区域呈周期性排列，且每个周期内包括至少一个凹槽61。
具体地，沿栅宽方向，势垒层6被划分为若干个周期，各个周期的长度可以相同，也可以呈递增或递减趋势，也可以呈周期性变化。具体地，每个周期的长度可以为 0.2um～50um，但是本发明实施例并不限于此；优选地，每个周期的长度越小，器件的线性度越好。
在每个周期中，一部分势垒层6被刻蚀掉，形成至少一个凹槽61，另一部分势垒层6未被刻蚀掉，形成至少一个未刻蚀区域；也就是说，在每个周期中，可以形成一个凹槽61和一个未刻蚀区域，也可以形成一个凹槽61和多个未刻蚀区域，也可以形成多个凹槽61和多个未刻蚀区域；例如，在图2c中，一个周期可以定义为一个凹槽61和一个未刻蚀区域，也可以定义为2个凹槽61和2个未刻蚀区域。进一步地，在沿栅宽方向的多个周期中，各个周期中凹槽61和未刻蚀区域的个数可以相同，也可以不同，例如，在第一个周期中，凹槽61的个数为1个，未刻蚀区域的个数也为1个，在第二个周期中，凹槽61的个数为多个，未刻蚀区域的个数也为多个。
在一个具体实施例中，凹槽61的宽度由每个周期的宽度与每个周期中刻蚀区域宽度未刻蚀区域宽度的比例共同来决定；优选地，每个周期中凹槽61的宽度与未刻蚀区域的宽度的比值大于等于5:5且小于等于8.5:1.5。进一步地，当每个周期中包括多个凹槽61时，多个凹槽的宽度可以相等，也可以呈递增或递减趋势，也可以呈周期性变化；多个周期中凹槽61的宽度可以相等，也可以呈递增或递减趋势，也可以呈周期性变化。
在一个具体实施例中，凹槽6的深度小于势垒层6的厚度，保证2DEG不被刻断。当每个周期中包括多个凹槽61时，多个凹槽的深度可以相等，也可以呈递增或递减趋势，也可以呈周期性变化；多个周期中凹槽61的深度可以相等，也可以呈递增或递减趋势，也可以呈周期性变化。具体地，凹槽61的深度可以为10～15nm。
在一个具体实施例中，凹槽61的形状包括但不限于矩形、多边形、半圆弧，具体形状可以根据器件需求进行刻蚀。
请参见图2c和图3a-图3b，图3a-图3b为本发明实施例提供的两种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的横截面侧视图，其中，图3a的凹槽深度呈‘V’型排列，图3b的凹槽深度则是呈现阶梯型逐渐递增的。
在图2c中，每个凹槽61的深度均保持不变，即每个凹槽61底部为水平的，凹槽 61内各个位置处的深度均相等。
在图3a和图3b中，每个凹槽61的深度为渐变的，凹槽61内各个位置具有不同的深度。具体地，每个周期包括一个凹槽61和一个未刻蚀区域；各个周期中，凹槽61的宽度均相等，并且凹槽61具有渐变的深度。进一步地，图3a中凹槽61为倒三角形，凹槽61的中间位置处深度最大，两侧深度最小，凹槽61两侧的未刻蚀区域呈斜坡状。在图3b中，凹槽61为斜三角形，凹槽的最深处位于未刻蚀区域一侧，从一个未刻蚀区域至另一个未刻蚀区域，凹槽的深度逐渐增加。
请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的栅宽方向一个类Fin的周期内的侧墙调制的多电场耦合示意图。对于常规 HEMT器件而言，当电压加至栅电极时，会在栅金属上形成电场，且栅极金属本身也具有耗尽作用，会影响栅下的2DEG浓度。而对于图3a和图3b中的类Fin结构而言，在栅电极8 下阵列化凹槽61，在凹槽61内和凹槽61侧壁上均可以形成肖特基金属接触，这样在凹槽61的内部和侧壁上均可以产生电场作用；侧壁可以在电场的作用下产生电子的积累，增强其电流密度，凹槽底部因为和2DEG的距离较近，对电子气的耗尽作用更明显。
因此，可以利用凹槽61的内部和侧壁上可以产生电场作用这一点，来设计在同一个周期内部，让两种或者两种以上的刻蚀深度组合，达到对2DEG逐步耗尽作用，从而实现器件的逐步开启，改善线性度。
综上，本实施例中，周期的个数、每个周期的宽度、凹槽的宽度与未刻蚀区域的宽度比值以及凹槽的深度可以根据需求进行调节和组合，以达到不同的线性度要求，实现器件线性度的定制。
具体地，本实施例从以下几个角度进行调节以实现器件线性度的定制：
第一、利用跨导补偿法将具有不同阈值电压的两个或者多个器件并联，即利用耦合等离子体刻蚀技术对势垒层6栅宽方向的特定区域刻蚀一定的深度，由于凹槽61、未刻蚀区域与2DEG沟道的距离不同，使得其对沟道的控制能力不同，即不同的刻蚀深度形成不同的阈值电压，按照需求将两种或者两种以上的器件并联，形成类Fin结构，从而实现在栅宽方向不同器件的逐步开启。
第二、在保证刻蚀区域下方2DEG不被破坏的情况下，改变刻蚀深度，使得未刻蚀区域形成的平面器件与多个不同深度的凹槽器件(根据需要，可以刻蚀多个不同深度的凹槽6)的阈值电压相差大约2～3V，实现较宽的栅压摆幅。
第三、改变栅宽方向凹槽6与未刻蚀区域的比例，使得凹槽6处器件的最大跨导(GmR) 与刻蚀比例系数(RR)的乘积与未刻蚀区域器件的最大跨导(GmN)与未刻蚀比例系数(RN) 的乘积基本相等(即GmR×RR＝GmN×RN，其中，RR+RN＝1)，通过改变RR(或RN)的值，可以实现对类Fin HEMT器件跨导峰值的调节；当RR在允许范围内减小时，增加刻蚀深度，整体峰值跨导增加；同理，当RN在允许范围内减小时，减小刻蚀深度，整体峰值跨导减小。
第四、利用侧墙调制的多电场耦合效应调控栅下凹槽6与未刻蚀区域的2DEG。通过跨导补偿法将多个具有不同阈值的器件并联，实现阈值的逐步开启，可以较为明显的改善器件的栅压摆幅，但这一过程使得跨导会出现较为严重的多峰问题，跨导平坦度并未得到很大的改善，仍然具有较大的高阶跨导峰值，而本实施例的类Fin结构中，可以通过改变一定周期(T)内刻蚀区域的宽度来改变侧墙调制耦合电场的强弱，在栅宽方向的一个刻蚀周期内，电场主要来自于类Fin结构的两个侧壁产生的横向电场、势垒层顶部产生的竖直向下电场以及凹槽区域产生的向下电场四个方向，则当周期(T)一定时，未刻蚀区域在允许范围内越窄，其侧墙数越多，两个侧壁产生的横向电场越强，耦合电场效应越明显，对未刻蚀区域栅下2DEG的控制作用越强，未刻蚀区域跨导在到达峰值点之后下降趋势越平缓，组合器件跨导的多峰现象得到改善甚至消除。
优选地，在保证势垒层6下方的2DEG不被刻断的情况下，当每个周期的宽度为 0.5μm、凹槽61的宽度与未刻蚀区域的宽度的比值为7:3时，器件的线性度可以实现极大地提高。
本实施例的HEMT器件通过沿栅宽方向排列若干凹槽形成类Fin结构，由于凹槽的深度小于势垒层的厚度，对于凹槽下方的2DEG并没有破坏，既实现了较大的电流输出，又实现了较高的线性度，该结构既可以结合多种栅工艺，实现高频高线性的应用需求，又可以通过制作MIS和Fin-like结构的结合，实现高压高线性的需求。
本实施例的HEMT器件通过优化栅宽方向阵列化凹槽61的刻蚀比例、刻蚀宽度以及刻蚀深度，可以实现不同栅压摆幅、不同峰值跨导的高线性器件，在一定程度上，可以根据以上三个关键参数实现对于栅压摆幅和峰值跨导的定制，用于不同的需求。
实施例二
在实施例一的基础上，请参见图5和图6a-图6h，图5为本发明实施例提供的一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的制备方法的流程示意图，图6a-图6h 为本发明实施例提供的一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的制备方法的过程示意图。该制备方法包括步骤：
S1、在衬底层1上依次生长***层2、缓冲层3和势垒层6。请参见图6a。
本实施例中，采用由下而上依次包括衬底层1、AlN***层2、GaN缓冲层3、AlGaN 势垒层6的外延基片作为初始材料。
S2、在缓冲层3上的一端制备源电极4，在缓冲层3上的另一端制备漏电极5，请参见图6b。
S21、在AlGaN势垒层6上光刻源电极区域和漏电极区域。
首先，将外延基片放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，在AlGaN势垒层6上进行剥离胶的涂胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
接着，在剥离胶上进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min。
最后，将完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中对已涂胶的表面进行曝光，并将完成曝光的样品放入显影液中移除光刻胶和剥离胶，再对其进行超纯水冲洗和氮气吹后形成源电极区域和漏电极区域。
S22、在源电极区域和漏电极区域内的AlGaN势垒层6上以及源电极区域和漏电极区域外的光刻胶上蒸发源电极4和漏电极5。
首先，将有源电极4和漏电极5光刻图形的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，其处理的时间为5min。
然后，将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到 2×10-6Torr，之后在源电极区域和漏电极区域内的AlGaN势垒层上以及源电极区域和漏电极区域外的光刻胶上蒸发欧姆金属，形成源电极4和漏电极5，该欧姆金属是由下向上依次为Ti/Al/Ni/Au。
最后，对完成欧姆金属蒸发的样品进行剥离，以移除源电极4和漏电极5外的欧姆金属、光刻胶和剥离胶，再用超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
S23、将完成欧姆金属蒸发和剥离的样品放入快速热退火炉中进行退火处理，以使源电极4和漏电极5内AlGaN势垒层6上的欧姆金属下沉至GaN缓冲层3，从而形成欧姆金属与异质结沟道之间的欧姆接触，其退火的工艺条件为：退火气氛为N2，退火温度为830℃，退火时间为30s。
S3、在AlGaN势垒层3上光刻有源区的电隔离区域，利用ICP工艺制作器件有源区的电隔离。
S31、在AlGaN势垒层上光刻电隔离区域。
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500转/mim，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min。
最后，将样品放入光刻机中对电隔离区域内的光刻胶进行曝光，再将完成曝光后的样品放入显影液中以移除电隔离区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；
S32、在AlGaN势垒层上刻蚀电隔离区域。
首先，利用ICP工艺依次刻蚀电隔离区域的AlGaN势垒层、GaN缓冲层，以实现有源区的台面隔离，其总的刻蚀深度为100nm。
最后，将样品依次放入丙酮溶液、剥离液、丙酮溶液和乙醇溶液中进行清洗，以移除电隔离区域外的光刻胶，再用超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
S4、在有源区的势垒层6、源电极4和漏电极5上生长钝化层7。请参见图6c。
S41、对完成有源区电隔离的样品进行表面清洗。
首先，将样品放入丙酮溶液中超声清洗3mim，其超声强度为3.0。
然后，将样品放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min。
接着，将样品依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min，其超声强度为3.0。
最后，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
S42、在源电极4、漏电极5和有源区的AlGaN势垒层6上，利用PECVD工艺生长厚度钝化层7。
具体地，本实施例中，钝化层7的材料采用SiN，厚度为60nm；其生长的工艺条件为：采用NH3和SiH4作为反应气体，衬底温度为250℃，反应腔室压力为600mTorr， RF功率为22W。
S5、沿栅宽方向，刻蚀位于源电极4和漏电极5之间的钝化层7，形成贯穿于钝化层7的栅槽71。请参见图6d。
S51、在SiN钝化层上光刻栅槽区域。
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500转/mim，并将样品放在90 ℃的热板上烘烤1min。
接着，将样品放入光刻机中对栅槽区域内的光刻胶进行曝光。
最后，将完成曝光后的样品放入显影液中以移除栅槽区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干，从而沿栅宽方向形成栅槽区域。
S52、利用感应耦合等离子体(Induct ively Coupled Plasma，ICP)刻蚀工艺移除栅槽区域内的SiN钝化层7，形成贯穿SiN钝化层7的栅槽71；其刻蚀的条件为：反应气体为CF4和O2，反应腔室压力为10mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W，刻蚀的深度为60nm直至AlGaN势垒层6的表面。
S6、刻蚀位于栅槽71中的势垒层6，形成沿栅宽方向排列的若干凹槽61。请参见图6e。
S61、在势垒层上光刻阵列化凹槽区域，使阵列化凹槽区域沿栅宽方向呈周期性排列。
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500转/mim，并将样品放在90 ℃的热板上烘烤1min。
接着，将样品放入光刻机中对凹槽区域内的光刻胶进行曝光。
最后，将完成曝光后的样品放入显影液中以移除凹槽区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
S62、利用ICP刻蚀工艺移除凹槽区域内的AlGaN势垒层6，使得凹槽61的深度小于AlGaN势垒层6的厚度，形成类Fin结构。其刻蚀的条件为：反应气体为Cl2和BCl3，反应腔室压力为5mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为80W和10W，刻蚀的深度为10nm～15nm。
关于凹槽61的具体结构请参见实施例一，本实施例不再赘述。
S7、在若干凹槽61中、栅槽71中和钝化层7上沉积栅金属，形成栅电极8。请参见图6f和图6g。
S71、在AlGaN势垒层6上光刻栅电极区域.
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，在SiN钝化层上进行剥离胶的涂胶和甩胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
接着，在剥离胶上进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min。
之后，将完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中对栅电极区域内的光刻胶进行曝光。
最后，将完成曝光的样品放入显影液中移除栅电极区域内的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
S72、在栅电极区域内的AlGaN势垒层6上和栅电极区域外的光刻胶上蒸发栅电极。
首先，将有栅电极光刻图形的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，其处理的时间为5min。
然后，将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr之后在栅电极区域内的AlGaN势垒层6和栅电极区域外的光刻胶上蒸发栅金属，该栅金属是由下向上依次由Ni、Au和Ni三层金属组成的金属堆栈结构。
最后，对完成栅金属蒸发的样品进行剥离，以移除栅电极区域外的栅金属、光刻胶和剥离胶，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干后形成栅电极8。
S8、在钝化层7中制备源电极4和漏电极5的金属互联层9。请参见图6h。
S81、在SiN钝化层7上光刻金属互联开孔区，并利用ICP工艺依次刻蚀掉互联开孔区的SiN钝化层7。
S811、在SiN钝化层7上光刻金属互联开孔区。
首先，将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶转速为3500转/mim，并将样品放在90 ℃的热板上烘烤1min。
接着，将样品放入光刻机中对金属互联开孔区域内的光刻胶进行曝光。
最后，将完成曝光后的样品放入显影液中以移除互联开孔区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
S812、利用ICP刻蚀工艺在反应气体为CF4和O2，反应腔室压力为10mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W的条件下，移除互联开孔区域内的60nm厚的SiN钝化层7。
S82、在金属互联开孔区的源电极4和漏电极5以及未开孔刻蚀的SiN钝化层7上光刻金属互联层区域，并利用电子束蒸发工艺制作金属互联层9。
S821、在金属互联开孔区的源电极4和漏电极5以及未开孔刻蚀的SiN钝化层7上光刻金属互联层。
首先，将完成金属互联开孔刻蚀的样品放在200℃的热板上烘烤5min。
然后，在金属互联开孔区的源电极4和漏电极5以及未开孔刻蚀的SiN上进行剥离胶的涂胶和甩胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样品放在200℃的热板上烘烤5min。
接着，在剥离胶上进行光刻胶的涂胶和甩胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样品放在90℃的热板上烘烤1min。
最后，将完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中对金属互连区域内的光刻胶进行曝光，再将完成曝光的样品放入显影液中移除金属互联区域内的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
S822、在金属互连区域内的源电极4和漏电极5、SiN钝化层7以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发金属互连层。
首先，将有金属互连区域的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理，其处理的时间为5min。
然后，将样品放入电子束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2×10-6Torr之后，再在金属互连区域内的电极和SiN钝化层7以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发互联金属，形成金属互联层9，该金属互联层9采用由下向上依次由Ti和Au 两层组成的金属堆栈结构，以引出电极。
最后，对完成互联金属蒸发的样品进行剥离，以移除金属互联区层以外的金属、光刻胶和剥离胶，并用超纯水冲洗样品并用氮气吹干，形成金属互联层9，完成器件制作。
本实施例的制备方法通过沿栅宽方向刻蚀AlGaN势垒层6，制备周期排列的若干凹槽，形成类Fin结构，由于凹槽的深度小于AlGaN势垒层6的厚度，对于凹槽下方的 2DEG并没有破坏，既实现了较大的电流输出，又实现了较高的线性度，该结构既可以结合多种栅工艺，实现高频高线性的应用需求，又可以通过制作MIS和Fin like结构的结合，实现高压高线性的需求。
本实施例的制备方法在制备过程中，可以通过设置栅宽方向阵列化凹槽61的刻蚀比例、刻蚀宽度以及刻蚀深度，实现不同栅压摆幅、不同峰值跨导的高线性器件，在一定程度上，可以根据以上三个关键参数实现对于栅压摆幅和峰值跨导的定制，以用于不同的需求；同时，本实施例的制备工艺简单，可复刻性强。
实施例三
在实施例一和实施例二的基础上，请参见图7，图7为本发明实施例提供的另一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的制备方法流程示意图。该制备方法包括步骤：
S1、在衬底层1上依次生长***层2、缓冲层3和势垒层6。
S2、在缓冲层3上的一端制备源电极4，在缓冲层3上的另一端制备漏电极5。
S3、在AlGaN势垒层3上光刻有源区的电隔离区域，利用ICP工艺制作器件有源区的电隔离。
S4、在有源区的势垒层6、源电极4和漏电极5上生长钝化层7。
S5、沿栅宽方向，刻蚀位于源电极4和漏电极5之间的钝化层7，形成贯穿于钝化层7的栅槽71。
S6、刻蚀位于栅槽71中的势垒层6，形成沿栅宽方向排列的若干凹槽61。
S7、在凹槽61的底部和侧壁、栅槽71的底部和侧壁以及钝化层7的表面生长绝缘层10。
S8、在若干凹槽61中、栅槽71中和钝化层7上沉积栅金属，形成栅电极8。
S9、在钝化层7中制备源电极4和漏电极5的金属互联层9。
具体地，步骤S1～S6、S8～S9的具体操作步骤请参见实施例二，本实施例不再赘述。
步骤S7利用ALD工艺进行制备，具体包括以下步骤：
S71、对完成栅槽刻蚀的样品进行表面清洗。
首先，将样品放入丙酮溶液中超声清洗3mim，其超声强度为3.0。
然后，将样品放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min。
接着，将样品依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min，其超声强度为3.0。
最后，用超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
S72、将完成表面清洗的样品放入等离子增强原子层沉积PEALD设备中，对凹槽 61内底部的薄AlGaN势垒层6、凹槽6内侧壁上的AlGaN势垒层6、未进行凹槽刻蚀的较厚的栅下AlGaN势垒层6以及栅槽71外的SiN钝化层7表面进行原位预处理，其处理的工艺条件为：反应气体为NH3和N2混合气体，衬底温度为300℃，RF功率设置为200W，处理时间为5min。
S73、在凹槽区域内的薄AlGaN势垒层、凹槽区域侧壁上的AlGaN势垒层、未进行凹槽刻蚀的较厚的栅下AlGaN势垒层以及栅槽区域外的SiN钝化层表面利用PEALD 设备沉积厚度为2nm的绝缘层10，本实施例中，绝缘层10的材料采用Al3O2；其沉积的工艺条件为：采用NH3和TMA作为反应前驱体源，衬底温度为300℃，RF功率设置为50W，反应腔室压力为0.3Torr。
S74、将完成绝缘层10生长的样品放入快速热退火炉中进行退火处理，其退火的工艺条件为：退火气体为N2，退火温度为500℃，退火时间为5min。
请参见图8，图8为本发明实施例提供的另一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的结构示意图。该HEMT器件包括：衬底层1、***层2、缓冲层3、源电极4、漏电极5、势垒层6、钝化层7、栅电极8、金属互联层9和绝缘层10。
具体地，衬底层1、***层2、缓冲层3、源电极4、漏电极5、势垒层6、钝化层7、栅电极8、金属互联层9的结构请参见实施例一，本实施例不再赘述。
绝缘层10覆盖在凹槽61的侧壁和底部、栅槽71的侧壁和底部以及钝化层7的表面；也就是说，该绝缘层10是覆盖在凹槽61中、栅槽71中以及钝化层7的表面，而不是填充凹槽61、栅槽71，其厚度较薄。具体地，绝缘层10的厚度可以为2～10nm；绝缘层的材料选用高K或低K的介质，包括但不限于Al2O3、HfO2、HfZrO、AlN。
本实施例中，在凹槽61和栅槽71中覆盖一层较薄的绝缘层10，可以增加栅控能力，减小栅极漏电，实现较低频率下的高线性HEMT器件。
本实施例中，在栅电极8的下方生长一层很薄的绝缘层10，可以增加栅控能力，减小栅极漏电，实现较低频率下的高线性HEMT器件。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件，其特征在于，包括：
衬底层(1)；
***层(2)，位于所述衬底层(1)上；
缓冲层(3)，位于所述***层(2)上；
源电极(4)，位于所述缓冲层(3)的一端；
漏电极(5)，位于所述缓冲层(3)的另一端；
势垒层(6)，位于所述缓冲层(3)上，且位于所述源电极(4)和所述漏电极(5)之间，其中，所述势垒层(6)上设置有沿栅宽方向排列的若干凹槽(61)，以形成具有不同阈值电压的多个器件并联，从而形成类Fin结构，实现在所述栅宽方向具有不同阈值电压器件的逐步开启，其中，所述凹槽(61)的深度小于所述势垒层(6)的厚度，所述凹槽(61)与未刻蚀区域呈周期性排列，且每个周期内包括至少一个所述凹槽(61)，每个周期中所述凹槽(61)的宽度与未刻蚀区域的宽度的比值大于等于5:5且小于等于8.5:1.5，每个周期的长度为0.2um～50um；
钝化层(7)，覆盖在所述源电极(4)、所述漏电极(5)和所述势垒层(6)上，其中，沿所述栅宽方向上，所述钝化层(7)中贯穿有栅槽(71)，且若干所述凹槽(61)位于所述栅槽(71)下；
栅电极(8)，位于若干所述凹槽(61)和所述栅槽(71)中，且位于所述钝化层(7)表面；
金属互联层(9)，贯穿所述钝化层(7)且位于所述源电极(4)、所述漏电极(5)上。
2.如权利要求1所述的基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件，其特征在于，所述凹槽(61)的深度保持不变。
3.如权利要求1所述的基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件，其特征在于，所述凹槽(61)的深度为渐变的。
4.如权利要求1所述的基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件，其特征在于，还包括：绝缘层(10)，覆盖于若干所述凹槽(61)的侧壁和底部、所述栅槽(71)的侧壁和底部以及所述钝化层(7)的表面。
5.如权利要求4所述的基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件，其特征在于，所述绝缘层(10)的厚度为2～10nm。
6.一种基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：
S1、在衬底层(1)上依次生长***层(2)、缓冲层(3)和势垒层(6)；
S2、在所述缓冲层(3)上的一端制备源电极(4)，在所述缓冲层(3)上的另一端制备漏电极(5)；
S3、在所述势垒层(6)、所述源电极(4)和所述漏电极(5)上生长钝化层(7)；
S4、沿栅宽方向，刻蚀位于所述源电极(4)和所述漏电极(5)之间的所述钝化层(7)，形成贯穿于所述钝化层(7)的栅槽(71)；
S5、刻蚀位于所述栅槽(71)中的所述势垒层(6)，形成沿所述栅宽方向排列的若干凹槽(61)，以形成具有不同阈值电压的多个器件并联，从而形成类Fin结构，实现在所述栅宽方向具有不同阈值电压器件的逐步开启，其中，所述凹槽(61)的深度小于所述势垒层(6)的厚度，所述凹槽(61)与未刻蚀区域呈周期性排列，且每个周期内包括至少一个所述凹槽(61)，每个周期中所述凹槽(61)的宽度与未刻蚀区域的宽度的比值大于等于5:5且小于等于8.5:1.5，每个周期的长度为0.2um～50um；
S6、在所述若干凹槽(61)中、所述栅槽(71)中和所述钝化层(7)上沉积栅金属，形成栅电极(8)；
S7、在所述钝化层(7)中制备所述源电极(4)和所述漏电极(5)的金属互联层(9)。
7.如权利要求6所述的基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的制备方法，其特征在于，步骤S5包括：
S51、在所述势垒层(6)上光刻阵列化凹槽区域，使所述阵列化凹槽区域沿所述栅宽方向呈周期性排列；
S52、利用感应耦合等离子体刻蚀工艺移除所述凹槽区域内的所述势垒层(6)，形成若干凹槽(61)。
8.如权利要求6所述的基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的制备方法，其特征在于，步骤S5和步骤S6之间还包括步骤：
X、在所述凹槽(61)的底部和侧壁、所述栅槽(71)的底部和侧壁以及所述钝化层(7)的表面生长绝缘层(10)。
9.如权利要求8所述的基于跨导补偿法的类Fin侧墙调制的HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述绝缘层(10)的厚度为2～10nm。
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