一种高速场效应晶体管的制作方法

1.本实用新型涉及一种高速场效应晶体管。


背景技术：

2.现有的场效应晶体管通常是以硅基为主体，沟道中载流子在运输过程中会受到晶格散射、杂质散射和表面散射的作用，导致迁移率降低同时截止频率受到限制，存在速度低、能量损耗高等缺点。而现有的hemt器件中高迁移率载流子存在浓度低、电流小、负载能力弱等不足，即使多层结构可以解决载流子浓度低的问题，但结构复杂，工艺过于繁琐。
3.gaas相对于si具有更高的电子迁移率，所以如公开号为：cn111430459a的一种多沟道叠层绝缘侧栅鳍式结构的algaas/gaas高电子迁移率晶体管，利用多层algaas/gaas异质结形成叠层的n导线沟道，由于每层沟道均需要生长algaas层和gaas层，所以其工序复杂，不利于生产。


技术实现要素：

4.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高速场效应晶体管。
5.本实用新型通过以下技术方案得以实现。
6.本实用新型提供的一种高速场效应晶体管，包括衬底，所述衬底上设置有栅极单元与栅极单元两侧分别连接的源极单元、漏极单元，所述栅极单元包括本征gaas层，本征gaas层两端上不依次覆盖有本征algaas层和n+algaas层,n+algaas层的上端设置有栅极金属层，本征gaas层的中部设置有p区,p区的下端与衬底接触，p区的上端依次覆盖有氧化层和多晶硅，多晶硅和氧化层的两侧与本征algaas层接触，本征gaas层的两侧分别与源极单元和漏极单元漏极连接。
7.所述栅极单元为n个，当n＞1时n个栅极单元依次串联。
8.所述源极单元和漏极单元均包括n+gaas层，n+gaas层与本征gaas层连接，n+gaas层的上端分别设置有漏极金属层和源极金属。
9.所述衬底为电阻率ρ》107ω
·
cm的gaas半绝缘单晶片。
10.所述s11中n+algaas层和本征algaas层的厚度分别为0.1-0.2μm和
11.所氧化层和多晶硅的厚度分别为和
12.所述钝化层厚度为
13.本实用新型的有益效果在于：在栅极、源极、漏极之间形成由algaas和gaas构成的异质结结构，该结构能够形成薄层n型导电沟道，此沟道中的电子不仅远离电离杂质，从而消除了杂质散射的影响；
14.通过多个栅极单元形成串联结构，形成了多个n型导电沟道，不但降低工艺复杂程度，也使电子迁移率得以进一步提高。
附图说明
15.图1是本实用新型的基本单元结构示意图；
16.图2是本实用新型的芯片结构示意图；
17.图中：1-栅极金属层，2-n+algaas层，3-本征algaas层，4-多晶硅，5-氧化层，6-漏极金属层，7-源极金属，8-n+gaas层，9-p区，10-本征gaas层，11-衬底。
具体实施方式
18.下面进一步描述本实用新型的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
19.一种高速场效应晶体管，包括衬底11；所述衬底11上设置有栅极单元、源极单元、漏极单元，所述栅极单元包括本征gaas层10，本征gaas层10两端上不依次覆盖有本征algaas层3和n+algaas层2,n+algaas层2的上端设置有栅极金属层1，本征gaas层10的中部设置有p区9,p区9的下端与衬底11接触，p区9的上端依次覆盖有氧化层5和多晶硅4，多晶硅4和氧化层5的两侧与本征algaas层3接触，本征gaas层10的两侧分别与源极单元和漏极单元漏极连接。
20.所述栅极单元为n个，当n＞1时，n个栅极单元依次串联。
21.所述源极单元和漏极单元均包括n+gaas层8，n+gaas层8与本征gaas层10连接，n+gaas层8的上端分别设置有漏极金属层6和源极金属7。
22.如图2所示，栅极单元、漏极单元和源极单元构成了基本的mosfet结构，在栅极和源极间存在一个由algaas和gaas构成的异质结结构，栅极和漏极间也存在此结构。当栅压大于阈值电压时栅极下方的p区在表面反型形成一薄层n型导电沟道，通过调节栅压来调控反型沟道厚度，与此同时肖特基接触金属外加正向电压时，其控制的algaas和gaas异质结在未掺杂的gaas缓冲层表面形成一具有高电子迁移率的n型导电沟道，即2-deg，此沟道中的电子不仅远离电离杂质，消除了杂质散射的影响，而且因本征algaas间隔层的存在阻止了少子的复合，电子迁移率得以进一步提高。若施加一漏源电压，则输出一具有高电子迁移率、低噪声的漏源电流。当外加在肖特基金属电压反偏时，使gaas缓冲层中高迁移率电子耗尽，电流夹断。
23.相对于以硅基为主体的场效应管削弱了导电沟道中杂质散射的作用，使电子迁移率得以提高，且gaas相对于si具有更高的电子迁移率，因此多数载流子也移动的比硅中更快，此外gaas也有减小寄生电容和信号损耗的特性，从而有效提升了输出功率和频率；相对于普通的hemt器件，本实用新型器件的电流将增大，负载能力也增强，结构得到简化，工艺上易于实现。
24.一种高速场效应晶体管的制备方法，其方法为：
25.s1、制作衬底11，在衬底11上采用lpe生长本征gaas层10；
26.s2、在本征gaas层10上热氧化生长场氧化层；
27.s3、分别氧化层的中部及两端进行光刻，光刻出p+区窗口和n+区窗口；
28.s4、在p区窗口和n区窗口分别进行p离子注入、n注入后进行退火分别形成p区9和n+gaas层8；
29.s5、外延生长本征algaas和n+algaas层；
30.s6、将p区9上端的algaas层和n+algaas层光刻去除；
31.s7、在光刻区域采用pecvd淀积氧化硅；
32.s8、将p区9以外区域的氧硅光刻去除形成氧化层5；
33.s9、在氧化层5上采用lpcvd淀积多晶硅；
34.s10、将氧化层5以外区域的多晶硅光刻去除形成多晶硅4；
35.s11、将n+gaas层8上的algaas层n+algaas层光刻去除形成n+algaas层2和本征algaas层3；
36.s12、在n+algaas层2和n+gaas层8上进行正面金属钨溅射，后进行金属钨光刻和合金分别形成栅极金属层1、漏极金属层6、源极金属7；
37.s13、在管芯表面淀积氮化硅，然后将栅极金属层1、漏极金属层6、源极金属7上端的钝化层光刻去除。
38.所述衬底为电阻率ρ》107ω
·
cm的gaas半绝缘单晶片。
39.所述s2中氧化层的生长温度为1050℃，采用干氧氧化180-210min后湿氧氧化10-20min的方法。
40.所述s4中，
41.b离子注入的硼剂量为3e14-5e14cm-2
，能量为30-40kev，注入角度为6-7
°
，完成后退火；
42.p离子注入，磷剂量为2e15-4e15cm-2
，能量为70-80kev，注入角度为6-7
°
，完成后退火。
43.所述s11中n+algaas层2和本征algaas层3的厚度分别为0.1-0.2μm和
44.所氧化层5和多晶硅4的厚度分别为和
45.所述钝化层厚度为
46.1、制作衬底电阻率110ω
·
cm的gaas半绝缘单晶片，采用lpe生长gaas外延层，外延层宽度约为1um。
47.2、在表面生长场氧化层，生长温度为1050℃，生长时间为250min，氧化工艺采用干氧氧化和湿氧氧化结合的方法，干氧时间为210min，湿氧为20min。
48.3、采用现有方式进行氧化硅光刻、刻蚀和去胶，先后形成p区和n+区注入窗口。
49.4、进行b离子注入，硼剂量为5e14cm-2
，能量为40kev，注入角度为7
°
，后进行p离子注入，磷剂量为4e15cm-2
，能量为80kev，注入角度为7，后退火处理以激活杂质离子。
50.5、采用现有方式进行晶圆表面清洗，期间采用hf和去胶液去除氧化层和光刻胶。
51.6、采用分子束外延生长0.2um本征algaas层和的n+型algaas层。
52.7、采用现有方式进行algaas层光刻、刻蚀和去胶，形成氧硅淀积窗口，其中栅长约为0.2-0.25um。
53.8、采用pecvd淀积氧化硅，厚度约
54.9、采用现有方式进行氧化硅层光刻、刻蚀，之后采用lpcvd淀积多晶硅形成栅极区。
55.10、采用现有方式进行多晶硅层光刻，后进行退火处理。
56.12、采用现有方式进行algaas层光刻、刻蚀和去胶，形成漏极和源极欧姆接触窗口。
57.13、正面磁控溅射沉积钨金属薄膜，厚度为2um，按照现有技术刻蚀钨金属，形成正
面漏源电极和肖特基接触电极，然后进行金属合金，合金温度和时间分别为400℃、30min。
58.14、采用pecvd方式淀积氮化硅薄膜，薄膜厚度为15、采用现有工艺进行氮化硅光刻、刻蚀和去胶，形成钝化层。制作后的产品参数为：
59.