[發明專利]一種氮化鎵基HEMT射頻器件及其制作方法

有效

• 申請號: 202011635494.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112736127B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 劉勝厚;孫希國;蔡仙清;張輝
• 申請（專利權）人: 廈門市三安集成電路有限公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/20;H01L29/417;H01L29/423;H01L29/45;H01L29/47;H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種氮化鎵基HEMT射頻器件及其制作方法，所述器件包含從下至上層疊設置的半導體襯底、溝道層、勢壘層；還包括相對設置在勢壘層上方有源區處的源極和漏極，以及柵極，于有源區處的源極與漏極之間柵極區域處的勢壘層設置臺階狀凹槽，所述柵極設置在勢壘層臺階狀凹槽上，所述柵極的高度大于勢壘層的上表面，源極、漏極、柵極之間設置有介質層，該臺階面沿著柵寬方向臺階面高度依次下降或上升，不同的臺階面的高度不同。本發明器件的通過半導體制造工藝，形成不同高度的柵極構成不同區域柵極，不同區域柵極具有不同關斷電壓，從而實現跨導gm呈現平整形貌，提高氮化鎵基HEMT射頻器件的線性度，控制關斷電壓，提高射頻器件線性度。

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，特別涉及氮化鎵基HEMT射頻器件及其制作方法。

背景技術

5G通信技術是最新一代蜂窩移動通信技術，是4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系統后的延伸。5G通信技術將廣泛用于智慧家庭、遠程醫療、遠程教育、工業制造和物聯網領域，具體包括千兆級移動寬帶數據接入、3D視頻、高清視頻、云服務、增強現實(AR)、虛擬現實(VR)、工業制造自動化、緊急救援、自動駕駛、現代物流等典型業務應用。其中，高清視頻、AR、VR、遠程醫療、工業制造自動化、現代物流管理等主要發生在建筑物室內場景。

GaN材料的研究與應用是目前全球半導體研究的前沿和熱點，是研制微電子器件、光電子器件的新型半導體材料，并與SIC、金剛石等半導體材料一起，被譽為是繼第一代Ge、Si半導體材料、第二代GaAs、InP化合物半導體材料之后的第三代半導體材料。氮化鎵(GaN)具有寬禁帶寬度，高擊穿電場，高熱導率，高電子飽和速率以及更高的抗輻射能力等優點，在高溫、高頻和微波大功率半導體器件中有著十分廣闊的應用前景。低歐姆接觸電阻對于輸出功率，高效率，高頻和噪聲性能起到至關重要的作用。近年來，GaN憑借高頻下更高的功率輸出和更小的占位面積，被射頻行業大量應用。

GaN射頻器件在應用中，GaN HEMT器件為橫向平面器件，如附圖1所示，GaN HEMT器件的跨導(gm)隨柵電壓(Vgs)變化曲線，隨著柵極輸入電壓增加，跨導gm下降，對應增益降低；跨導gm是指輸出端電流的變化值與輸入端電壓的變化值之間的比值其PA的非線性導致顯著的帶邊泄露、輸出功率過早飽和、信號失真等，影響系統的特性及增加了系統設計的復雜度。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術問題，提供一種具有高線性的GaN HEMT射頻器件及其制作方法。

為了實現以上目的，本發明提供了一種氮化鎵基HEMT射頻器件，所述器件包含從下至上層疊設置的半導體襯底、溝道層、勢壘層；還包括相對設置在勢壘層上方有源區處的源極和漏極，以及柵極，于有源區處的源極與漏極之間柵極區域處的勢壘層設置臺階狀凹槽，所述柵極設置在勢壘層臺階狀凹槽上，所述柵極的高度大于勢壘層的上表面，源極、漏極、柵極之間設置有介質層，該臺階面沿著柵寬方向臺階面高度依次下降或上升，不同的臺階面的高度不同，即于有源區處的源極與漏極之間處的勢壘層的表面沿著柵寬方向依次開設若干凹槽，若干凹槽的深度依次變深或依次變淺。

進一步的，所述勢壘層的厚度范圍為3nm-50nm。

優選地，任意兩個凹槽之間的深度差大于等于1nm，凹槽深度取值范圍為0至勢壘層厚度。

優選地，所述源極與漏極之間柵極區域處的勢壘層的表面沿著柵寬方向依次開設不少于兩個凹槽；所述凹槽完全被柵極金屬覆蓋。

優選地，所述柵極為T型柵結構。

進一步的，相鄰臺階面之間連接有銜接面，所述銜接面為垂直面、或呈一定角度的坡面、或弧形面、或非規則形狀的面。

相應的，本發明實施例還提供了一種氮化鎵基HEMT射頻器件的制作方法，包括如下步驟：

步驟一，在半導體襯底上依次形成溝道層、勢壘層；