基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件及其制备方法
技术领域
1.本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件及其制备方法。
背景技术：2.第三代半导体材料有着较大的临界击穿场强，高的载流子迁移率，宽的禁带宽度以及高的饱和载流子速度，因此被广泛用于制作高频、高温、高功率器件。gan器件重点应用于光电子、电力电子和微波射频领域。在光电子领域主要应用led、激光器、探测器等，在电力电子领域主要应用于智能电网、高速轨道交通、新能源汽车以及消费电子等，在微波射频领域主要应用于5g通讯、卫星通讯以及雷达预警等。
3.随着5g时代的到来，无线通讯系统中射频前端的需求和要求越来越高，射频前端的重要组成部分放大器、低噪声运放、射频开关以及双工器等器件所工作的射频功率越来越高，为了使得射频器件可以具有更高的工作频率、输出功率和稳定性，这将要求器件的制造工艺更加精确，材料的选择要满足射频器件的性能要求。由于要减小寄生效应以及导通电阻的影响，射频器件的尺寸一般很小。不仅要缩小横向比，还要进一步缩小纵向比。纵向比主要是减小势垒层的厚度，从而使得栅到沟道的距离减小，栅控能力增强，跨导增加。
4.然而该射频器件是针对大功率增强型的，器件的尺寸横向和纵向都比较大，这对射频器件而言，是有弊端的。横向尺寸较大导致器件的沟道电阻增加，纵向尺寸较大，尤其是势垒层和帽层，使得栅极到沟道的距离增加，栅控能力下降，跨导降低，这将对器件的工作频率有一定的影响。再者，存在p-gan帽层的刻蚀问题，因为栅极p-gan帽层的长度很小，因此需要刻蚀大部分帽层材料，而刻蚀会引起较大的损伤和缺陷，引起界面恶化，易引发电流崩塌的问题，对沟道内的电子有一定的影响，使其浓度降低甚至使得迁移率下降。最后，是mg的高浓度掺杂问题，存在mg掺杂时易与h形成络合物，成中性，且不易激活，因此高浓度的mg掺杂不易得到，制造工艺困难。
技术实现要素：5.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
6.本发明的一个方面提供了一种基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，包括自下而上依次堆叠设置的衬底、aln成核层、gan缓冲层、gan沟道层和势垒层，其中，
7.在所述势垒层的上表面两侧包括源电极和漏电极，所述源电极和漏电极的下表面分别与所述gan缓冲层的上表面接触；
8.所述势垒层的上表面以及所述源电极和所述漏电极的上表面包括sin钝化层，在所述sin钝化层上开设有贯穿所述sin钝化层前后且延伸至所述势垒层的上表面的栅脚区域凹槽，所述栅脚区域凹槽部以及所述sin钝化层上表面设置有p-gan帽层；
9.所述p-gan帽层上设置有fin结构，所述fin结构包括多个平行设置且向下延伸至
gan缓冲层内部的齿槽；
10.所述栅脚区域凹槽内部以及所述fin结构上表面形成浮空t型栅电极；所述源电极和所述漏电极上方分别设置有金属互联层，所述金属互联层的下端与所述源电极和所述漏电极接触。
11.在本发明的一个实施例中，在所述源电极和所述漏电极的外侧分别包括一个电隔离台面，所述电隔离台面向下延伸至所述gan缓冲层。
12.在本发明的一个实施例中，所述fin结构的多个齿槽相互平行且均垂直于所述栅脚区域凹槽，且每个齿槽的一侧延伸至所述源电极的内表面，另一侧延伸至所述漏电极的内表面。
13.在本发明的一个实施例中，所述fin结构的每个齿槽的宽度为1.5um～2.5um，深度为刻蚀去除的所述gan缓冲层、所述gan沟道层、所述势垒层、所述sin钝化层以及所述p-gan帽层的厚度之和。
14.在本发明的一个实施例中，所述势垒层采用高铝组分材料，铝含量为0.8～1。
15.在本发明的一个实施例中，所述浮空t型栅电极包括竖向部以及悬空设置在所述竖向部上方的横向部，所述竖向部沿所述栅脚区域凹槽的前后延伸方向填充在所述栅脚区域凹槽内和所述fin结构的齿槽内。
16.本发明的另一方面提供了一种基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件的制备方法，用于制备上述实施例中任一项所述的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，所述制备方法包括：
17.s1：获取自下而上依次包括衬底、aln成核层、gan缓冲层、gan沟道层和势垒层的外延基片；
18.s2：在所述势垒层的上表面两侧制作源电极和漏电极；
19.s3：在所述源电极和所述漏电极的两侧光刻并刻蚀有源区的电隔离台面，所述电隔离台面向下延伸至gan缓冲层的内部；
20.s4：在所述势垒层的上表面以及源电极和漏电极的上表面沉积形成sin钝化层；
21.s5：在所述sin钝化层上形成栅脚区域凹槽，并在所述sin钝化层上表面以及所述栅脚区域凹槽内沉积形成p-gan帽层；
22.s6：在所述p-gan帽层上刻蚀形成fin结构；
23.s7：在所述栅脚区域凹槽内部以及所述fin结构上表面形成浮空t型栅电极；
24.s8：在源电极和漏电极上方刻蚀形成金属互联孔，并在所述金属互联开孔区内形成金属互联层。
25.在本发明的一个实施例中，所述s5包括：
26.s5.1：在所述sin钝化层上光刻栅脚区域图案；
27.s5.2：利用icp工艺刻蚀去除所述栅脚区域图案区域内的sin钝化层材料，形成贯穿所述sin钝化层前后的栅脚区域凹槽，且所述栅脚区域凹槽向下延伸至所述势垒层的上表面。
28.在本发明的一个实施例中，所述s6包括：
29.s6.1：在所述p-gan帽层上进行光刻，形成所述fin结构的多个梳槽图案，所述多个梳槽图案相互平行且均垂直与所述栅脚区域凹槽；
30.s6.2：利用icp刻蚀工艺氯基刻蚀移除fin结构梳槽图案区域的p-gan帽层，再利用氟基刻蚀除去fin结构梳槽图案区域的sin钝化层，最后用氯基刻蚀除去fin结构梳槽图案区域的势垒层、gan沟道层和gan缓冲层，其中，gan缓冲层向下刻蚀除去20nm～30nm，从而形成多个平行设置且向下延伸至gan缓冲层内部的齿槽。
31.在本发明的一个实施例中，所述s7包括：
32.s7.1：在所述p-gan帽层上光刻浮空t型栅电极的区域；
33.s7.2：利用电子束蒸发法，沉积金属形成所述浮空t型栅电极。
34.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
35.1、本发明的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，势垒层采用高铝组分的材料aln做势垒层，其厚度在3nm～5nm时，二维电子气浓度就可以达到10
13
cm-3
，其次，较薄的势垒层厚度，缩短了栅极到gan沟道层的距离，使得栅控能力增加；本发明的p-gan帽层主要掺杂浓度为10
15
cm-3
，厚度为5～10nm。一方面，减小了mg重掺杂的技术问题。另外，p-gan帽层减小，也使得栅极到沟道的距离减小。
36.2、本发明的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，在p-gan帽层以及sin钝化层上做fin结构，并且刻蚀深度到gan缓冲层的内部。一方面，侧栅的引入会释放势垒层中的部分应力，使得压电极化减小，可以进一步的耗尽栅下二维电子气，使得阈值电压为正，同时也不会引起因对沟道内的二维电子气过度消耗，造成输出电流衰减较大的问题；另一方面，因为三维栅结构，增加了栅极对沟道的控制能力，跨导提升；其次，侧栅对靠近漏极栅角处的电场有调节作用，使得器件的击穿电压随之增加。
37.3、本发明的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，利用再生长p-gan帽层。当外延基片中带有p-gan帽层，需要利用感应耦合等离子体刻蚀(icp)将势垒层表面栅脚区域之外的p-gan帽层去除，这种方法会使得势垒层表面的损伤比较严重，其次，本发明中势垒层厚度较薄，在刻蚀的时候可允许的误差很小，容易引起器件的射频特性恶化，因此本发明先钝化，再刻蚀栅脚区域，最后进行沉积p-gan帽层以及栅金属。
38.以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
39.图1是本发明实施例提供的一种基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件的结构示意图；
40.图2是本发明实施例提供的一种基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件的俯视示意图；
41.图3a是沿图1中的a-a线截取的剖面示意图；
42.图3b是沿图1中的b-b线截取的剖面示意图；
43.图4是本发明实施例提供的一种基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件的制备方法流程图；
44.图5a至5j是本发明实施例提供的一种基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件的制备过程示意图。
具体实施方式
45.为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及优点，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件及其制备方法进行详细说明。
46.有关本发明的前述及其他技术内容、特点及优点，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及优点进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
47.应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
48.实施例一
49.本实施例提供了一种基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，请参见图1至图4，本实施例的增强型器件包括自下而上依次堆叠设置的衬底1、aln成核层2、gan缓冲层3、gan沟道层4和势垒层5，其中，在势垒层5的上表面两侧包括源电极9和漏电极10，源电极9和漏电极10的下表面分别与gan缓冲层3的上表面接触；势垒层5的上表面以及源电极9和漏电极10的上表面包括sin钝化层8，在sin钝化层8上开设有贯穿sin钝化层8前后且延伸至势垒层5的上表面的栅脚区域凹槽14，栅脚区域凹槽14内部以及sin钝化层8上表面设置有p-gan帽层6；p-gan帽层6上设置有fin结构7，fin结构7包括多个平行设置且向下延伸至gan缓冲层3内部的齿槽7-1，栅脚区域凹槽14内部以及fin结构7上表面形成浮空t型栅电极11；源电极9和漏电极10上方分别设置有金属互联层13，金属互联层13的下端与源电极9或漏电极10接触。
50.本实施例的衬底1为sic衬底。势垒层5采用高铝组分材料，铝含量为0.8～1，如钪铝氮(scaln)、铟铝氮(inaln)和铝氮(aln)，本发明以aln材料为例，其厚度为3nm。
51.在本实施例中，在源电极9和漏电极10的外侧分别包括一个电隔离台面15，电隔离台面15向下延伸至gan缓冲层3。
52.进一步地，fin结构7的齿槽7-1相互平行且均垂直于栅脚区域凹槽14，且每个齿槽7-1的一侧延伸至源电极9的内表面，另一侧延伸至漏电极10的内表面。fin结构7的每个齿槽7-1的宽度为1.5um～2.5um，长度为源电极9和漏电极10之间的距离，深度为刻蚀去除的包括gan缓冲层3、gan沟道层4、势垒层5、sin钝化层8以及p-gan帽层6的厚度之和。
53.进一步地，浮空t型栅电极11包括竖向部以及悬空设置在竖向部上方的横向部，竖向部沿栅脚区域凹槽14的延伸方向填充在栅脚区域凹槽14内和fin结构7的齿槽7-1内。本实施例的p-gan帽层的掺杂浓度为10
15
cm-3
，厚度为5～10nm。
54.本发明实施例提供了一种fin结构，诸如鳍式场效应晶体管(finfet)的半导体器件的鳍结构，该晶体管的形状类似鱼鳍，鳍片的长度与源极和漏极方向的长度就是沟道长度。因为本实施例的p-gan帽层6较薄，hemt器件无法做到增强型，因此在该器件结构的基础
上，刻蚀fin结构7，并且刻蚀深度到gan缓冲层3的内部，一方面，侧栅的引入会释放势垒层5中的部分应力，使得压电极化减小，可以进一步的耗尽栅下二维电子气浓度，使得阈值电压为正，同时也不会引起因对沟道内的二维电子气过度消耗，造成输出电流衰减较大的问题；另一方面，因为三维栅结构，增加了栅极对沟道的控制能力，跨导提升；其次，侧栅对靠近漏极栅角处的电场有调节作用，使得器件的击穿电压随之增加。
55.本实施例的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，势垒层5采用高铝组分的材料做势垒层，其厚度在3nm～5nm时，二维电子气浓度就可以达到10
13
cm-3
，其次，较薄的势垒层厚度，缩短了栅极到gan沟道层的距离，使得栅控能力增加；本发明的p-gan帽层主要掺杂浓度为10
15
cm-3
，厚度为5～10nm。一方面，减小了mg重掺杂的技术问题。另外，p-gan帽层减小，也使得栅极到沟道的距离减小。再者利用金属有机化合物化学气相沉淀工艺生长p-gan帽层材料，减小刻蚀对器件表面势垒层的损伤，改善界面态，减小对沟道二维电子气的影响。
56.实施例二
57.在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件的制备方法，请参见图4和图5a至5j，本实施例的制备方法包括：
58.s1：获取自下而上依次包括在衬底1、aln成核层2、gan缓冲层3、gan沟道层4和势垒层5的外延基片，如图5a所示。
59.在本实施例中，选用已形成衬底1、aln成核层2、gan缓冲层3、gan沟道层4、势垒层5的外延基片。在本实施例中，衬底1、aln成核层2和gan缓冲层3的厚度均为0.5um～3um，衬底1为sic衬底。gan沟道层4的厚度为100nm。势垒层5的材料采用ain，厚度为3nm～5nm。
60.s2：在势垒层5的上表面两侧制作源电极9和漏电极10，如图5b所示。
61.具体地，将上述外延基片放置在热板上烘烤；在势垒层5上进行剥离胶的涂胶和甩胶，并将外延基片样品放置在热板上烘烤；在剥离胶上进行光刻胶的涂胶和甩胶，并将外延基片样品放置在热板上烘烤；将完成涂胶和甩胶的外延基片样品置入光刻机中对已涂胶的表面进行曝光，并将完成曝光的外延基片样品置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光刻图形和漏电极区域光刻图形。
62.随后，在源电极区域光刻图形和漏电极区域光刻图形内的势垒层5以及源电极和漏电极区域外的光刻胶上蒸发金属形成源电极9和漏电极10。
63.具体地，将包括源电极和漏电极光刻图形的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理；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
×
10-6
torr之后，在源电极区域和漏电极区域内的势垒层5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9和漏电极10，该欧姆金属是自下向上依次由ti、al、ni和au四层金属组成的金属堆栈结构；随后对完成欧姆金属蒸发的样品进行剥离，移除源电极区域和漏电极区域外的欧姆金属、光刻胶和剥离胶，再用超纯水冲洗样品并用氮气吹干；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，使源电极9和漏电极10与gan沟道层4之间形成欧姆接触，再进行退火处理。
64.s3：在源电极9和漏电极10的两侧光刻并刻蚀有源区的电隔离台面15，电隔离台面15向下延伸至gan缓冲层3的内部，如图5c所示。
65.在本实施例中，步骤s3具体包括：
66.s3.1：在源电极9和漏电极10两侧光刻电隔离区域。
67.具体地，将外延基片样品放在热板上烘烤；进行光刻胶的涂胶和甩胶，并将样品放在热板上烘烤；将样品放入光刻机中对源电极9和漏电极10两侧的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。
68.s3.2：在源电极9和漏电极10两侧刻蚀电隔离台面15。
69.具体地，利用电感耦合等离子(icp，inductive coupled plasma)工艺依次刻蚀电隔离区域的势垒层5、gan沟道层4和gan缓冲层3，在源电极9和漏电极10两侧分别形成延伸至gan缓冲层3的电隔离台面15，从而实现有源区的台面隔离。
70.s4：在势垒层5的上表面以及源电极9和漏电极10的上表面沉积形成sin钝化层8，如图5d所示。
71.具体地，在源电极9、漏电极10和以及势垒层5上表面，利用等离子增强化学气相淀积(pecvd)工艺生长厚度为50nm的sin钝化层8。
72.s5：在sin钝化层8上形成栅脚区域凹槽14，并在sin钝化层8上表面以及栅脚区域凹槽14内沉积形成p-gan帽层6。
73.在本实施例中，步骤s5包括：
74.s5.1：在sin钝化层8上光刻栅脚区域图案。
75.具体地，将样品放在热板上烘烤；进行光刻胶的涂胶和甩胶，并将样品放在热板上烘烤；将样品放入光刻机中对源电极9与漏电极10之间的栅脚区域光刻胶进行曝光；将完成曝光后的样品放入显影液中以移除栅脚区域的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
76.s5.2：在sin钝化层8上刻蚀去除栅脚区域图案内的sin钝化层8，形成一个栅脚区域凹槽14。
77.将已经清洗结束的的样品，利用icp工艺刻蚀去除栅脚区域图案的sin钝化层8材料，形成一个栅脚区域凹槽14，如图5e所示。该凹槽14向下延伸至势垒层5的上表面，刻蚀深度为50nm；刻蚀完成后，将样品依次放入丙酮溶液、剥离液、丙酮溶液和异丙醇溶液中进行清洗。
78.s5.3：在sin钝化层8上表面以及栅脚区域凹槽14内沉积形成p-gan帽层6，如图5f所示。
79.具体地，在栅脚区域凹槽14内，利用金属有机化合物化学气相沉淀(mocvd)工艺生长厚度为5nm的p-gan帽层6。
80.s6：在p-gan帽层6上刻蚀形成fin结构7，如图5g所示，图5g是能够显示出fin结构7的俯视图。
81.在本实施例中，步骤s6包括：
82.s6.1：在p-gan帽层6上进行光刻，形成fin结构7的梳槽图案。
83.具体地，将上一步骤处理完成的样品放在热板上烘烤；进行光刻胶的涂胶和甩胶，并将样品放在热板上烘烤；将样品放入光刻机中对fin结构7的光刻胶进行曝光；将完成曝光后的样品放入显影液中以移除fin凹槽内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
84.s6.2：在p-gan帽层6上进行刻蚀，形成fin结构7。
85.利用icp刻蚀工艺氯基刻蚀移除fin结构7的p-gan帽层6，再利用氟级刻蚀除去sin钝化层8，最后用氯基刻蚀除去势垒层5、gan沟道层4以及gan缓冲层3的内部，其中，gan缓冲层3向下刻蚀除去20nm～30nm。sin钝化层8刻蚀深度为50nm。p-gan帽层6、势垒层5、gan沟道层4和gan缓冲层3进行第二次刻蚀，第一次氯基刻蚀深度为5nm，第二次氯基刻蚀的深度为3nm。其中，fin结构7每个齿槽7-1的宽度为2um，长度为源电极9和漏电极10之间的距离，深度为刻蚀除去的gan缓冲层3、gan沟道层4、势垒层5、sin钝化层8至p-gan帽层6的厚度之和。
86.s7：在栅脚区域凹槽14内部以及fin结构7上表面形成浮空t型栅电极11，如图5h所示。
87.在本实施例中，步骤s7包括：
88.s7.1：在p-gan帽层6上光刻浮空t型栅电极的区域。
89.具体地，将上一步骤处理完成的样品放在热板上烘烤；在样品上涂覆第一层胶，直至第一光刻胶完全覆盖fin结构7的上表面；再在样品上涂覆第二层胶，使得第二层胶完全覆盖第一层胶；对涂完胶的样品进行二次曝光；将完成曝光后的样品放入显影液中以移除t型栅区域的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
90.s7.2：利用电子束蒸发法，沉积金属形成浮空t型栅电极11。
91.具体地，将栅电极区域有光刻图形的样品放入等离子去胶机中进行底膜处理；将清洗后的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
×
10-6
torr之后，再在栅电极区域内和栅电极区域外的光刻胶上蒸发栅金属，该栅金属是自下向上依次由ni、au二层金属组成的金属堆栈结构；接下来，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11。
92.s8：在源电极9和漏电极10上方刻蚀形成金属互联孔12，并在金属互联开孔区12内形成金属互联层13。
93.具体地，将上一步骤处理完成的样品放在热板上烘烤；进行光刻胶的涂胶和甩胶，并将样品放在热板上烘烤；将样品放入光刻机中对金属互联层开孔区域内的光刻胶进行曝光；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；先利用icp刻蚀工艺氯基刻蚀除去p-gan帽层6，刻蚀深度为5nm；再利用icp刻蚀工艺氟级刻蚀除去sin钝化层8,移除互联开孔区域内的50nm厚的sin钝化层8，如图5i所示。
94.接下来，将完成金属互联开孔刻蚀的样品放在热板上烘烤；在金属互联开孔区13的源电极9和漏电极10以及未开孔刻蚀的p-gan帽层6上进行剥离胶的涂胶和甩胶，并将样品放在热板上烘烤；在剥离胶上进行光刻胶的涂胶和甩胶，并将样品放在热板上烘烤；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；在金属互连区域内的电极和p-gan帽层6以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发金属互连层13。
95.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；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
×
10-6
torr之后，再在金属互连区域内的电极和p-gan帽层6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13，
该金属互联层13是自下向上依次由ti和au两层组成的金属堆栈结构，以引出电极；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13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，完成器件制作，如图5j所示。至此，本实施例的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件的工艺流程已经全部结束。
96.利用本发明实施例的方法制备的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，器件可以实现增强型，并且器件的跨导较大，界面态有所改善，减小对沟道载流子浓度以及其迁移率的影响，进而使得输出电流较大，电流崩塌效应减弱，使得器件的射频特性较好。
97.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。
技术特征：1.一种基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，其特征在于，包括自下而上依次堆叠设置的衬底(1)、aln成核层(2)、gan缓冲层(3)、gan沟道层(4)和势垒层(5)，其中，在所述势垒层(5)的上表面两侧包括源电极(9)和漏电极(10)，所述源电极(9)和所述漏电极(10)的下表面分别与所述gan缓冲层(3)的上表面接触；所述势垒层(5)的上表面以及所述源电极(9)和所述漏电极(10)的上表面包括sin钝化层(8)，在所述sin钝化层(8)上开设有贯穿所述sin钝化层(8)前后且延伸至所述势垒层(5)的上表面的栅脚区域凹槽(14)，所述栅脚区域凹槽(14)内部以及所述sin钝化层(8)上表面设置有p-gan帽层(6)；所述p-gan帽层(6)上设置有fin结构(7)，所述fin结构(7)包括多个平行设置且向下延伸至gan缓冲层(3)内部的齿槽(7-1)；所述栅脚区域凹槽(14)内部以及所述fin结构(7)上表面形成浮空t型栅电极(11)；所述源电极(9)和所述漏电极(10)上方分别设置有金属互联层(13)，所述金属互联层(13)的下端与所述源电极(9)或所述漏电极(10)接触。2.根据权利要求1所述的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，其特征在于，在所述源电极(9)和所述漏电极(10)的外侧分别包括一个电隔离台面(15)，所述电隔离台面(15)向下延伸至所述gan缓冲层(3)。3.根据权利要求1所述的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，其特征在于，所述fin结构(7)的多个齿槽(7-1)相互平行且均垂直于所述栅脚区域凹槽(14)，且每个齿槽(7-1)的一侧延伸至所述源电极(9)的内表面，另一侧延伸至所述漏电极(10)的内表面。4.根据权利要求1所述的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，其特征在于，所述fin结构(7)的每个齿槽(7-1)的宽度为1.5um～2.5um，深度为刻蚀去除的所述gan缓冲层(3)、所述gan沟道层(4)、所述势垒层(5)、所述sin钝化层(8)以及所述p-gan帽层(6)的厚度之和。5.根据权利要求1所述的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，其特征在于，所述势垒层(5)采用高铝组分材料，铝含量为0.8～1。6.根据权利要求1所述的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，其特征在于，所述浮空t型栅电极(11)包括竖向部以及悬空设置在所述竖向部上方的横向部，所述竖向部沿所述栅脚区域凹槽(14)的前后延伸方向填充在所述栅脚区域凹槽(14)内和所述fin结构(7)的齿槽(7-1)内。7.一种基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件的制备方法，用于制备权利要求1至6中任一项所述的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件，所述制备方法包括：s1：获取自下而上依次包括衬底、aln成核层、gan缓冲层、gan沟道层和势垒层的外延基片；s2：在所述势垒层的上表面两侧制作源电极和漏电极；s3：在所述源电极和所述漏电极的两侧光刻并刻蚀有源区的电隔离台面，所述电隔离台面向下延伸至gan缓冲层的内部；s4：在所述势垒层的上表面以及源电极和漏电极的上表面沉积形成sin钝化层；s5：在所述sin钝化层上形成栅脚区域凹槽，并在所述sin钝化层上表面以及所述栅脚区域凹槽内沉积形成p-gan帽层；
s6：在所述p-gan帽层上刻蚀形成fin结构；s7：在所述栅脚区域凹槽内部以及所述fin结构上表面形成浮空t型栅电极；s8：在源电极和漏电极上方刻蚀形成金属互联孔，并在所述金属互联开孔区内形成金属互联层。8.根据权利要求7所述的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件的制备方法，其特征在于，所述s5包括：s5.1：在所述sin钝化层上光刻栅脚区域图案；s5.2：利用icp工艺刻蚀去除所述栅脚区域图案区域内的sin钝化层材料，形成贯穿所述sin钝化层前后的栅脚区域凹槽，且所述栅脚区域凹槽向下延伸至所述势垒层的上表面。9.根据权利要求7所述的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件的制备方法，其特征在于，所述s6包括：s6.1：在所述p-gan帽层上进行光刻，形成所述fin结构的多个梳槽图案，所述多个梳槽图案相互平行且均垂直与所述栅脚区域凹槽；s6.2：利用icp刻蚀工艺氯基刻蚀移除fin结构梳槽图案区域的p-gan帽层，再利用氟基刻蚀除去fin结构梳槽图案区域的sin钝化层，最后用氯基刻蚀除去fin结构梳槽图案区域的势垒层、gan沟道层以及部分gan缓冲层，其中所述gan缓冲层向下刻蚀除去20nm～30nm，从而形成多个平行设置且向下延伸至gan缓冲层内部的齿槽。10.根据权利要求7至9中任一项所述的基于p-gan帽层和fin结构的增强型射频器件的制备方法，其特征在于，所述s7包括：s7.1：在所述p-gan帽层上光刻浮空t型栅电极的区域；s7.2：利用电子束蒸发法，沉积金属形成所述浮空t型栅电极。
技术总结本发明公开一种基于P-GaN帽层和Fin结构的增强型射频器件及其制备方法，所述器件包括自下而上依次堆叠设置的衬底、AlN成核层、GaN缓冲层、GaN沟道层和势垒层，其中，在势垒层的上表面两侧包括源电极和漏电极；势垒层的上表面以及源电极和漏电极的上表面包括SiN钝化层，在SiN钝化层上开设有栅脚区域凹槽，栅脚区域内部以及SiN钝化层上表面设置有P-GaN帽层；P-GaN帽层上设置有Fin结构；栅脚区域凹槽内部以及Fin结构上表面形成浮空T型栅电极；源电极和漏电极上方分别设置有金属互联层。本发明利用P-GaN帽层和Fin结构实现增强型射频器件，并且器件的跨导较大，减小对沟道载流子浓度以及迁移率的影响，使得输出电流较大，电流崩塌效应减弱，使得器件的射频特性较好。使得器件的射频特性较好。使得器件的射频特性较好。
技术研发人员：马晓华 秦灵洁 祝杰杰 郝跃 刘思雨 郭静姝
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2022.07.01
技术公布日：2022/11/1
