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。

第一方面，本发明实施例提供了一种GaN低寄生钝化器件。请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种GaN低寄生钝化器件的结构示意图，本发明实施例提供的GaN低寄生钝化器件，包括：衬底层100、GaN外延层200、钝化层以及源、漏、栅电极；其中，

GaN外延层200形成于所述衬底层100上；源电极301形成于所述GaN外延层200上；漏电极302形成于所述GaN外延层200上；第一钝化层401形成于所述GaN外延层200上；第二钝化层402形成于所述第一钝化层401上，以和所述第一钝化层401构成复合钝化层；第三钝化层403形成于所述源电极301、所述漏电极302与所述复合钝化层之间，以及形成于所述源电极301、所述漏电极302上；T型栅电极303形成于所述GaN外延层200上，贯穿于所述复合钝化层，且所述T型栅电极303的横向部分位于所述第二钝化层402上。

本发明实施例在T型栅电极303的下方形成有第一钝化层401和第二钝化层402，在T型栅电极303的下方及第一钝化层401和第二钝化层402与源电极301、漏电极302之间形成有第三钝化层403，通过横向分区钝化，即可提高栅下钝化效果，亦可降低非栅区寄生电容。分区钝化旨在同时解决降低寄生电容与电流崩塌，可显著提高器件频率特性，降低高频下的电流崩塌。

作为本发明更加优选的实施方式，所述第一钝化层401为高介电常数材料，该高介电常数材料可以是SiN，也可以是其它适用的高介电常数材料；第一钝化层401采用高介电常数材料，与常规low-k全局钝化相比，可降低栅极反向漏电。所述第二钝化层402和第三钝化层403材料相同，均为低介电常数材料，该低介电常数材料可以是BN或BCB，也可以是其它适用的低介电常数材料。第二钝化层402和第三钝化层403均采用低介电常数材料，产生的寄生参数小，可提高器件频率特性；此外，由于第二钝化层402和第三钝化层403材料相同，因此可以避免接触时会产生的界面问题。

作为本发明更加优选的实施方式，第一钝化层401的生长厚度为20nm-40nm，第二钝化层402的生长厚度为60nm-100nm，第三钝化层403的生长厚度为80nm-140nm。

需要说明的是，本发明实施例的GaN低寄生钝化器件，其外延层可以是现成的GaN晶圆的外延层，也可以是发明实施例提供的外延层，该GaN外延层200从下至上包括成核层201、缓冲层202、背势垒层203、沟道层204和势垒层205；且所述背势垒层203的材料包括AlGaN或AlN，背势垒层203材料选用AlGaN或AlN，可以提高沟道限域性，抑制源漏穿通，厚度优选为1-5nm；所述沟道层204的材料包括InGaN，沟道层204的材料选用InGaN，可提高沟道电子传输速度，并且提高沟道量子限域性，厚度优选为5-15nm；所述势垒层205的材料包括AlGaN，且Al组分为20-30％，厚度优选为12-25nm。

第二方面，本发明实施例提供了一种GaN低寄生钝化器件的制备方法。请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种GaN低寄生钝化器件的制备方法流程图。本发明实施例的制备方法，包括：

步骤1，获取GaN晶圆；

其中，所述GaN晶圆包括衬底层100以及所述衬底层100上的GaN外延层200；

步骤2，刻蚀所述GaN外延层200至指定位置，以实现有源区域隔离；

步骤3，在所述GaN外延层200上表面的两端光刻出源电极301和漏电极302图形，并在所述源电极301和漏电极302图形区蒸发欧姆接触金属，以形成源电极301和漏电极302；

步骤4，在所述GaN外延层200上形成第一钝化层401；

步骤5，在所述第一钝化层401上形成第二钝化层402，以和所述第一钝化层401构成复合钝化层；

步骤6，在所述源电极301和所述漏电极302的中间区域刻蚀出贯穿于所述复合钝化层的栅槽，并刻蚀掉所述源电极301和所述漏电极302上的复合钝化层第二钝化层402源电极301漏电极302第二钝化层402；

步骤7，在所述第二钝化层402上光刻出栅极区域，并在所述栅极区域淀积栅金属，以形成T型栅电极303；

步骤8，利用所述T形栅作为硬质掩膜刻蚀掉源栅之间和栅漏之间的复合钝化层；

步骤9，在所述源电极301和所述T型栅电极303，所述漏电极302和所述T型栅电极303之间，以及所述源电极301和所述漏电极302上形成第三钝化层403；

步骤10，将所述源电极301、所述栅电极和所述漏电极302区域上方的第三钝化层403开孔刻蚀，并沉积互联金属304，以完成器件制备。

示例的，所述步骤1包括：

步骤1.1，在衬底层100上自下而上依次外延生长成核层201、缓冲层202、背势垒层203、沟道层204和势垒层205，形成GaN晶圆；所述背势垒层203的材料包括AlGaN或AlN；所述沟道层204的材料包括InGaN；所述势垒层205的材料包括AlGaN，且Al组分为20-30％；

步骤1.2，清洗所述GaN晶圆的表面，以去除所述GaN晶圆材料生长过程中的有机、无机玷污以及表面氧化物。

示例的，所述步骤4包括：

步骤4.1，对步骤3完成源漏欧姆接触的样品进行表面清洗；

步骤4.2，在势垒层205上，利用等离子体增强化学气相沉积工艺生长厚度为20nm的SiN钝化层，即第一钝化层401。

示例的，所述步骤5包括：

步骤5.1，在铜箔上生长BN薄膜；

步骤5.2，在所述BN薄膜上旋涂PMMA苯甲醚溶液，形成PMMA/BN/铜结构；

步骤5.3，采用化学方法去除所述PMMA/BN/铜结构中的铜，得到PMMA/BN结构的透明薄膜；

步骤5.4，清洗所述PMMA/BN结构的透明薄膜，并转移至所述第一钝化层401表面进行贴片；

步骤5.5，加热包含所述PMMA/BN结构的透明薄膜的器件；

步骤5.6，清洗加热后的包含所述PMMA/BN结构的透明薄膜的器件，除去PMMA胶，得到BN薄膜，即第二钝化层402。

同样地，第三钝化层403的形成方法也可以与第二钝化层402相同，均为BN通过转移方式沉积，该方法相对于直接在半导体上生长，质量更高。

本发明实施例提供的GaN低寄生钝化器件的制备方法，通过栅金属作为硬质掩膜的方式实现了源漏之间分区钝化的技术方案，制备工艺简单，避免引入额外的光刻步骤；且采用干法刻蚀为各向异性，保证了栅下钝化层不被过腐蚀。相比于本发明采用栅金属作为硬质掩膜的方式实现了源漏之间分区钝化的技术方案，如果采用SiO₂硬质掩膜光刻来实现分区钝化，会增加额外的工艺步骤，且SiO₂硬质掩膜需通过湿法腐蚀去除，由于湿法腐蚀各向同性，容易造成有效钝化层的过腐蚀，恶化器件特性。

此外，本发明实施例的GaN低寄生钝化器件的制备方法，以T型栅电极303为硬质掩膜，在T型栅电极303的下方形成有第一钝化层401和第二钝化层402，在T型栅电极303的下方及第一钝化层401和第二钝化层402与源电极301、漏电极302之间形成有第三钝化层403，通过横向分区钝化，即可提高栅下钝化效果，亦可降低非栅区寄生电容。分区钝化旨在同时解决降低寄生电容与电流崩塌，可显著提高器件频率特性，降低高频下的电流崩塌。

基于与第一方面同样的发明构思，所述第一钝化层401为高介电常数材料，该高介电常数材料可以是SiN，也可以是其它适用的高介电常数材料；第一钝化层401采用高介电常数材料，与常规low-k全局钝化相比，可降低栅极反向漏电。所述第二钝化层402和第三钝化层403材料相同，均为低介电常数材料，该低介电常数材料可以是BN或BCB，也可以是其它适用的低介电常数材料。第二钝化层402和第三钝化层403均采用低介电常数材料，产生的寄生参数小，可提高器件频率特性；此外，由于第二钝化层402和第三钝化层403材料相同，因此可以避免接触时会产生的界面问题。

优选的，第一钝化层401的生长厚度为20nm-40nm，第二钝化层402的生长厚度为60nm-100nm，第三钝化层403的生长厚度为80nm-140nm。

下面通过一个具体的实施例对本发明的GaN低寄生钝化器件的制备方法进行说明。该实施例中，GaN晶圆非现有，而是通过在衬底材料上生长外延层获取。

步骤1，在衬底层100上外延生长异质结材料，得到GaN晶圆；清洗GaN晶圆表面，去除材料储存中引入的有机、无机玷污以及表面氧化物，如图3a所示。

示例的，该步骤可以具体包括：

步骤1.1，在衬底层100上自下而上依次外延生长成核层201、缓冲层202、背势垒层203、沟道层204和势垒层205，形成GaN晶圆；所述背势垒层203的材料包括AlGaN或AlN；所述沟道层204的材料包括InGaN；所述势垒层205的材料包括AlGaN，且Al组分为20-30％。

背势垒层203材料选用AlGaN或AlN，可以提高沟道限域性，抑制源漏穿通，厚度优选为1-5nm。沟道层204的材料选用InGaN，可提高沟道电子传输速度，并且提高沟道量子限域性，厚度优选为5-15nm。势垒层205的厚度优选为12-25nm。

步骤1.2，清洗所述GaN晶圆的表面，以去除所述GaN晶圆材料生长过程中的有机、无机玷污以及表面氧化物。

该清洗步骤可以具体包括：

首先将圆片放置在丙酮中超声2分钟，然后在60℃水浴加热的正胶剥离液中煮10分钟，随后将样品依次放入丙酮和乙醇中各超声3分钟，在去离子水清洗掉残留的丙酮、乙醇后，用HF(HF：H₂O＝1：5)清洗圆片30s，最后用去离子水清洗干净并用超纯氮气吹干。

步骤2，采用ICP设备，刻蚀台面至沟道层204，实现有源区域隔离，如图3b所示。

示例的，该步骤可以具体包括：

步骤2.1，在势垒层205上光刻电隔离区域：

首先，将生长有势垒层205的样片放在200的热板上烘烤5min；

然后，对样片甩光刻胶，转速为3500rpm，完成甩胶后在90℃的热板上烘1min；

接着，将样片放入光刻机中对电隔离区域内的光刻胶进行曝光；

最后，将完成曝光后的样片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；

步骤2.2，在势垒层205上刻蚀电隔离区域：

对完成光刻的样片，采用ICP工艺干法刻蚀势垒层205和沟道层204，实现有源区的台面隔离，刻蚀采用的气体Cl₂/BCl₃，压力为5mTorr，上电极功率为100w，下电极功率为10W，刻蚀时间为40s；

步骤2.3，去除刻蚀后的掩膜：

将完成有源区隔离的样片依次放入丙酮溶液、剥离液、丙酮溶液和乙醇溶液中进行清洗，以去除电隔离区域外的光刻胶，然后用去离子水清洗并用氮气吹干。

步骤3，在势垒层205上涂抹光刻胶并光刻出源电极301和漏电极302图形，采用电子束蒸发工艺，在源电极301和漏电极302图形区蒸发欧姆接触金属，如图3c所示。

示例的，该步骤具体可以包括：

步骤3.1，在势垒层205上光刻源电极301区域和漏电极302区域：

首先，将完成台面刻蚀的样片放在200的热板上烘烤5min；

然后，在样片上甩剥离胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样片在温度为200℃的热板上烘5min；

接着，在该样片上甩光刻胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样片在90℃热板上烘1min；

之后，将样片放入光刻机中对源电极301区域和漏电极302区域的光刻胶进行曝光；

最后，将完成曝光的样片放入显影液中移除源电极301区域和漏电极302区域的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。

步骤3.2，打底膜：

将完成源电极301区域和漏电极302区域光刻的样片采用等离子去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，其处理的时间为5min，该步骤大大提高了剥离的成品率。

步骤3.3，蒸发源漏电极302金属：

将完成等离子去胶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^-6Torr之后，再在源电极301区域和漏电极302区域内的势垒层205上以及源电极301区域和漏电极302区域外的光刻胶上蒸发欧姆金属，该欧姆金属是由下向上依次由Ti、Al、Ni和Au四层金属组成的金属堆栈结构。

步骤3.4，剥离金属及退火：

首先，将完成源漏金属蒸发的样片在丙酮中浸泡40分钟以上后进行超声处理；

然后，将样片放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；

之后，将样片依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min；

接着，用超纯水冲洗样片并用氮气吹干。

最后，将样片放入快速退火炉中，向退火炉中通入10min氮气，再在氮气气氛中将退火炉温度设为830℃，进行30s的高温退火，以使源电极301和漏电极302区域上欧姆金属下沉至GaN沟道层204，从而形成欧姆金属与异质结沟道之间的欧姆接触，形成源电极301和漏电极302。

步骤4，在势垒层205及源漏电极302上利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)淀积SiN薄膜，形成SiN钝化层，即第一钝化层401，如图3d所示。

示例的，该步骤具体可以包括：

步骤4.1，对完成源漏欧姆接触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。

步骤4.2，在势垒层205及源漏电极302上，利用等离子体增强化学气相沉积PECVD工艺生长厚度为20nm的SiN钝化层：

其生长的工艺条件为：采用NH₃和SiH₄作为Si源和N源，优化的流量比为SiH₄：NH₃＝2：1，沉积温度为250℃，反应腔室压力为600mTorr，RF功率为22W。反应时间为2min。

需要说明的是，第一钝化层沉积采用的是全片沉积的方式，沉积时，源电极和漏电极的侧壁上也会有一定厚度的沉积，但为了画图方便，图中未刻意示出。后续第二钝化层和第三钝化层情况也相同。

步骤5，在铜箔上生长BN薄膜，并利用材料转移技术将BN薄膜转移至SiN表面，产生复合钝化层，如图3e所示。

示例的，该步骤具体可以包括：

步骤5.1，在铜箔上生长BN薄膜：

采用LPCVD法合成BN薄膜。

首先将前驱物硼烷氨(NH₃-BH₃)放置在玻璃管中，铜箔置于管式炉内的石英管中；

然后打开机械泵和阀，管式炉从室温升温至1000℃(升温速率50℃/min)；

接着加热水浴至一定温度后打开阀；

最后在阀开启后由H₂载入石英管中，H₂流量为0.05L/min，在铜基底上沉积BN薄膜。生长厚度为100nm。

步骤5.2，旋涂PMMA(679.03)：

将表面生长有BN薄膜的铜箔放置在旋涂机上以转速1000r/min的转速旋转40s,将PMMA苯甲醚溶液旋涂在铜箔表面，形成PMMA/BN/铜结构；

步骤5.3，去除铜箔：

将旋涂好PMMA的铜箔于170℃干燥3min，放入FeCl₃溶液中(FeCl₃为1mol/L，10％的HCl)静置2h去除铜，得到PMMA/BN结构的透明薄膜；

步骤5.4，漂洗、贴片：

将去除铜箔后的PMMA/BN透明薄膜用去离子水反复漂洗，转移至SiN表面进行贴片，形成复合钝化层；

步骤5.5，热板加热：

将包含PMMA/BN结构的透明薄膜的器件放置于热板上加热：80℃加热2min,然后升温至120℃保持2min，再升温至160℃保持4min；

步骤5.6，清洗SiN/BN薄膜：

将包含PMMA/BN结构的透明薄膜的器件放入丙酮溶液中，于45℃清洗10min，最终再用异丙醇清洗，除去PMMA胶，得到转移至SiN表面的BN薄膜，即第二钝化层402。

步骤6，在第二钝化层402上光刻出栅槽和欧姆金属开孔区域，并利用ICP进行刻蚀，如图3f所示。

示例的，该步骤可以包括：

步骤6.1，在复合钝化层上光刻栅槽和欧姆金属开孔区域：

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3500r/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减薄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减薄区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。

步骤6.2，利用感应耦合等离子体ICP刻蚀工艺将复合钝化层减薄：

其刻蚀的条件为：反应气体为CF₄和O₂，CF₄流量25sccm，O₂流量5sccm，反应腔室压力为5mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W，刻蚀的深度为120nm。

步骤7，光刻出栅极区域，利用电子束蒸发沉积栅金属，完成T形栅制备，如图3g所示。

示例的，该步骤可以包括：

步骤7.1，在复合钝化层上光刻栅电极区域：

首先，将完成凹槽刻蚀的样片放在200的热板上烘烤5min；

然后，在样片上甩剥离胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样片在温度为200的热板上烘5min；

接着，在该样片上甩光刻胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样片在90热板上烘1min；

之后，将样片放入光刻机中对栅电极区域的光刻胶进行曝光；

最后，将完成曝光的样片放入显影液中移除栅电极区域的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；

步骤7.2，打底膜：

将完成栅电极光刻的样片采用等离子去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，其处理的时间为5min；

步骤7.3，蒸发栅电极金属：

将完成槽栅开孔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^-6Torr之后，再在槽栅区域和栅电极区域以外的光刻胶上蒸发栅金属，该栅金属是由下向上依次由Ni 45nm、Au 400nm两层金属组成的金属堆栈结构；

步骤7.4，剥离金属：

将完成栅电极蒸发的样片在丙酮中浸泡40分钟以上后进行超声处理；然后将样片放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；接着，将样片依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min；最后，用超纯水冲洗样片并用氮气吹干，完成栅极的制作。

步骤8，利用T形栅作为硬质掩膜刻蚀掉源栅之间和栅漏之间的钝化层，如图3h所示。

利用感应耦合等离子体ICP刻蚀工艺刻蚀源栅之间和栅漏之间的复合钝化层至势垒层205。

示例的，刻蚀的条件为：反应气体为CF₄和O₂，CF₄流量25sccm，O2流量5sccm，反应腔室压力为5mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W，刻蚀的深度为120nm。

步骤9，在所述源电极301和所述T型栅电极303，所述漏电极302和所述T型栅电极303之间，以及所述源电极301和所述漏电极302上形成第三钝化层403，完成源栅之间和栅漏之间的钝化层填入，降低器件寄生参数，如图3i所示。

第三钝化层403的材料优先采用BN，生长工艺条件与步骤5相同，生长厚度的BN钝化层生长厚度为120nm。

步骤10，将栅、源、漏电极302区域上方的第三钝化层403开孔刻蚀，并利用电子束蒸发完成互联金属304沉积，完成器件制备，如图3j所示。

示例的，该步骤可以包括：

步骤10.1，在样品上光刻互联区域：

首先，将样片放在200℃的热板上烘烤5min；

然后，在样片上甩剥离胶，其甩胶厚度为0.35μm，并将样片在温度为200℃的热板上烘5min；

接着，在该样片上甩光刻胶，其甩胶厚度为0.77μm，并将样片在90℃热板上烘1min；

之后，将样片放入光刻机中对互联电极区域的光刻胶进行曝光；

最后，将完成曝光的样片放入显影液中移除互联电极区域的光刻胶和剥离胶，并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干；

步骤10.2，利用感应耦合等离子体ICP刻蚀工艺将第三钝化层403BN开孔刻蚀：

其刻蚀的条件为：反应气体为CF₄和O₂，CF₄流量25sccm，O₂流量5sccm，反应腔室压力为5mTorr，上电极和下电极的射频功率分别为100W和10W，刻蚀的深度为120nm。

步骤10.3，打底膜：

将完成互联电极光刻的样片采用等离子去胶机去除图形区未显影干净的光刻胶薄层，其处理的时间为5min；

步骤10.4，采用电子束蒸发工艺，在样品上沉积金属Ti 20nm/Au 200nm层，去除光刻胶，完成器件的制作。

步骤10.5，剥离金属：

将完成互联电极蒸发的样片在丙酮中浸泡40分钟以上后进行超声处理；然后将样片放入温度为60℃的剥离液中水浴加热5min；接着，将样片依次放入丙酮溶液和乙醇溶液中超声清洗3min；最后，用超纯水冲洗样片并用氮气吹干，完成器件的制作。

本发明实施例提供的GaN低寄生钝化器件及其制备方法，以T型栅电极为硬质掩膜，在T型栅电极的下方形成有第一钝化层和第二钝化层，在T型栅电极的下方及第一钝化层和第二钝化层与源电极、漏电极之间形成有第三钝化层，通过横向分区钝化，即可提高栅下钝化效果，亦可降低非栅区寄生电容；分区钝化旨在同时解决降低寄生电容与电流崩塌，可显著提高器件频率特性，降低高频下的电流崩塌。同时，通过栅金属作为硬质掩膜的方式实现了源漏之间分区钝化的技术方案，制备工艺简单，避免引入额外的光刻步骤；且采用干法刻蚀为各向异性，保证了栅下钝化层不被横向过腐蚀。此外，作为进一步的效果，第一钝化层采用高介电常数材料，可降低栅极反向漏电；第二钝化层和第三钝化层均采用低介电常数材料，产生的寄生参数小，可提高器件频率特性。

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。