CN119451197A - 一种含多电势场板结构的器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含多电势场板结构的器件及其制备方法，方法包括如下步骤：制备基础结构并在基础结构的第二介质层上进行刻蚀，形成栅电极孔；在栅电极孔中沉积n层金属并刻蚀，以形成n层场板金属；n层场板金属中，每层场板金属的热膨胀系数由第n层向第二层逐渐增大；对第一层场板金属的端部进行刻蚀；对n层场板金属进行退火处理，使第n层至第二层的场板金属的端部向远离第二介质层的方向翘曲；在第二介质层上生长第三介质层并刻蚀掉多余的第三介质层以形成场板，得到器件。本发明的制备方法，工艺简化的同时，制备得到含有多电势场板结构的器件，可有效控制场板与下方二维电子气之间的电势差。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种包含多电势场板的器件以及该器件的制备方法。
背景技术
目前业内关于AlGaN/GaN HEMT的平面沟道结构的单场板结构，采用的场板有栅场板和源场板，但由于场板电势等于栅电势或者等于源电势，因此均会与场板下方二维电子气形成很大的电势差，而这是造成器件失效的主要原因。主要为：介质层承受高电场强度容易造成器件可靠性失效，同时高电场强度造成介质层俘获电荷进而动态电阻升高。
为了解决以上问题，提出了一种含多电势场板结构的HEMT（高电子迁移率晶体管）器件，能够有效控制场板与下方二维电子气之间的电势差，解决了高电场造成介质层击穿可靠性失效问题，以及高电场强度造成的介质层俘获电荷问题。但是AlGaN/GaN HEMT的平面沟道结构由单场板结构引入多场板结构，引起了诸多问题：为了形成梯度的多场板，增加了额外的5~8步工艺步骤，增加了工艺复杂性和加工成本；同时，过多的工艺步骤，增加了制程中引入缺陷的隐患，对器件的可靠性不利。
发明内容
鉴于此，为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种含多电势场板结构的器件及其制备方法，能够在避免过多的工艺步骤的同时制备得到含有多电势场板的器件。
为了达到上述目的，本发明提供了一种含多电势场板结构的器件的制备方法，包括如下步骤：
制备基础结构并在基础结构的第二介质层上进行刻蚀，形成栅电极孔；
在所述栅电极孔中沉积n层金属并刻蚀，以形成n层场板金属，所述n为大于或等于3的正整数；n层所述场板金属中，每层场板金属的热膨胀系数由第n层向第二层逐渐增大；保证第二层至第n层场板金属能够在退火处理时实现向上（向远离第二介质层的方向）的翘曲；
对第一层场板金属的端部进行刻蚀；
对n层场板金属进行退火处理，使第n层至第二层的场板金属的端部向远离第二介质层的方向翘曲；
在所述第二介质层上生长第三介质层并刻蚀掉多余的第三介质层以形成场板，得到所述含多电势场板结构的器件。
本发明通过在栅电极孔中沉积n层金属并通过刻蚀后得到n层场板金属，再对位于底部的第一层场板金属的端部经过刻蚀后，通过一次退火处理可直接使得第一层场板金属上方的第二层至第n层的场板金属的端部同时向远离第二介质层的方向翘曲，以形成电场梯度场板，最终得到了含多电势场板结构的器件，相比传统的多电势场板结构的器件的制作工艺，本发明的制备方法能够在有效减少工艺步骤的同时，制备得到含有多电势场板结构的器件，从而能够有效控制场板与下方二维电子气之间的电势差，并且避免了繁多的工艺步骤导致的引入缺陷隐患的问题，对器件的可靠性有利。
根据本发明的一些优选实施方面，所述对第一层场板金属的端部进行刻蚀的方法为湿法刻蚀，所述第一层场板金属为溶于碱性溶液的金属。
根据本发明的一些优选实施方面，在所述栅电极孔中沉积n层金属并刻蚀，以形成n层场板金属的步骤中，n层所述场板金属中，每层场板金属的长度均相同。
根据本发明的一些优选实施方面，所述对第一层场板金属的端部进行刻蚀的方法，包括如下步骤：
对第一层场板金属的一端涂光刻胶，再使用碱性溶液对第一层场板金属的另一端进行腐蚀，使得第一层场板金属的另一端形成第一缺口。
根据本发明的一些优选实施方面，所述对第一层场板金属的端部进行刻蚀的方法，包括如下步骤：
先将第一层场板金属的一端涂光刻胶，使用碱性溶液对第一层场板金属的另一端进行腐蚀，使得第一层场板金属的另一端形成第一缺口；再将第一层场板金属具有所述第一缺口的一端涂光刻胶，使用碱性溶液对第一层场板金属远离所述第一缺口的一端进行腐蚀，使得第一层场板金属远离所述第一缺口的一端形成第二缺口。
根据本发明的一些优选实施方面，所述对第一层场板金属的端部进行刻蚀的方法，包括如下步骤：
使用碱性溶液同时对第一层场板金属的两端均进行腐蚀，使得第一层场板金属的两端分别形成第一缺口、第二缺口。
根据本发明的一些优选实施方面，所述第一缺口的长度与所述第二缺口的长度相同或不同。
根据本发明的一些优选实施方面，所述第二层场板金属靠近所述第一缺口的端部的底面为第一斜面，所述第一斜面与所述第二介质层的顶面之间的夹角为10°~20°。
根据本发明的一些优选实施方面，所述第二层场板金属靠近所述第一缺口的端部的底面为弧面，所述弧面的圆心角为20°~40°。
根据本发明的一些优选实施方面，所述第二层场板金属靠近所述第一缺口的端部的底面为第一斜面，所述第二层场板金属靠近所述第二缺口的端部的底面为第二斜面，所述第一斜面与所述第二介质层的顶面之间的夹角为10°~20°，所述第二斜面与所述第二介质层的顶面之间的夹角为10°~20°。
根据本发明的一些优选实施方面，所述第二层场板金属的底面为弧面，所述弧面的圆心角为20°~40°。
根据本发明的一些优选实施方面，第一层场板金属的端部刻蚀后剩余的场板金属的长度占第一层场板金属的端部刻蚀前的长度的40%~50%。以使得第一缺口或第一缺口和第二缺口在第二介质层上的正投影的面积，占第二层场板金属至第n层场板金属在第二介质层上的正投影的面积的百分比大于或等于50%。
根据本发明的一些优选实施方面，所述对n层场板金属进行退火处理的步骤中，退火的温度为380~500℃。
根据本发明的一些优选实施方面，所述基础结构由下至上依次包括衬底、外延层、第一介质层和第二介质层。
根据本发明的一些优选实施方面，制备基础结构的方法包括：在衬底上进行氮化物外延生长形成外延层结构，并在所述外延层上依次生长第一介质层和第二介质层；
在所述外延层、第一介质层和第二介质层上进行刻蚀，形成源电极孔和漏电极孔，并在源电极孔和漏电极孔中进行金属沉积和刻蚀，再进行退火形成欧姆接触，分别形成源电极和漏电极。
本发明还提供了一种通过上述的制备方法制备得到的含多电势场板结构的器件。
由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的有益之处在于：本发明的含多电势场板结构的器件的制备方法，通过在栅电极孔中沉积n层金属并刻蚀后得到n层场板金属，再对位于底部的第一层场板金属的端部经过刻蚀后，通过一次退火处理可直接使得第一层场板金属上方的第二层至第n层的场板金属的端部同时向远离第二介质层的方向翘曲，以形成电场梯度场板，最终得到了含多电势场板结构的器件，相比传统的多电势场板结构的器件的制作工艺，本发明的制备方法能够在有效减少工艺步骤的同时，制备得到含有多电势场板结构的器件，从而能够有效控制场板与下方二维电子气之间的电势差，并且避免了繁多的工艺步骤导致的引入缺陷隐患的问题，对器件的可靠性有利。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一至实施例四中器件的制备方法中形成外延层后的截面示意图；
图2为本发明实施例一至实施例四中器件的制备方法中形成第一介质层后的截面示意图；
图3为本发明实施例一至实施例四中器件的制备方法中形成第二介质层后的截面示意图；
图4为本发明实施例一至实施例四中器件的制备方法中形成源电极孔和漏电极孔后的截面示意图；
图5为本发明实施例一至实施例四中器件的制备方法中形成源电极和漏电极后的截面示意图；
图6为本发明实施例一至实施例三中器件的制备方法中形成栅电极孔后的截面示意图；
图7为本发明实施例一和实施例二中器件的制备方法中形成三层场板金属后的截面示意图；
图8为本发明实施例一和实施例二中器件的制备方法中形成第一缺口后的截面示意图；
图9为本发明实施例一中器件的制备方法中第三层场板金属的一端和第二层场板金属的一端向上翘曲后的截面示意图；
图10为本发明实施例一中含多电势场板结构的器件的截面结构示意图；
图11为本发明实施例二中器件的制备方法中第三层场板金属的一端和第二层场板金属的一端向上翘曲后的截面结构示意图；
图12为本发明实施例二中含多电势场板结构的器件的截面结构示意图；
图13为本发明实施例三中器件的制备方法中形成第一缺口和第二缺口后的截面示意图；
图14为本发明实施例三中器件的制备方法中第三层场板金属的一端和第二层场板金属的两端向上翘曲后的截面示意图；
图15为本发明实施例三中含多电势场板结构的器件的截面结构示意图；
图16为本发明实施例四中器件的制备方法中形成栅电极孔后的截面示意图；
图17为本发明实施例四中器件的制备方法中形成三层场板金属后的截面示意图；
图18为本发明实施例四中器件的制备方法中形成第一缺口和第二缺口后的截面示意图；
图19为本发明实施例四中器件的制备方法中第三层场板金属的一端和第二层场板金属的两端向上翘曲后的截面示意图；
图20为本发明实施例四中含多电势场板结构的器件的截面结构示意图；
附图中，衬底-1，外延层-2，漏电极孔-21，源电极孔-22，漏电极-3，源电极-4，第一介质层-5，第二介质层-6，栅电极孔-61，第三介质层-7，第一层场板金属-81，第二层场板金属-82，第三层场板金属-83，第一缺口-Q1，第二缺口-Q2。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明的含多电势场板结构的器件的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：选取导电材料作为衬底1，在衬底1上进行氮化物外延生长，依次形成成核层、缓冲层、沟道层和势垒层，氮化物包括GaN、AlGaN、AlN、AlGaNInN等III族氮化物材料。成核层、缓冲层、沟道层和势垒层构成完整的半导体外延层2结构，并能够在沟道层和势垒层之间的异质结界面形成高浓度的二维电子气，产生导电沟道。
衬底1为硅、氮化镓、铝镓氮、铟镓氮、铝铟镓氮、砷化镓、碳化硅、锗或其他任何能生长III族氮化物材料的材料中的一种或多种组合。
步骤二：在外延层2上沉积包括SiN、SiO2、SiON、Al2O3中的一种或多种组合，形成第一介质层5，以用于对高浓度的二维电子气通道的控制。
步骤三：在第一介质层5上沉积包括SiN、SiO2、SiON、Al2O3中的一种或多种组合，形成第二介质层6，以用于保护第一介质层5不受工艺破坏。
步骤四：在外延层2、第一介质层5和第二介质层6上进行刻蚀，形成源电极孔22和漏电极孔21，并在源电极孔22和漏电极孔21中进行欧姆金属沉积和刻蚀，金属包括Ti、Al、TiN、Au、AlCu、AlSiCu、W中的一种或多种组合，形成欧姆金属层，再进行退火形成欧姆接触，分别形成源电极4和漏电极3。
步骤五：在第二介质层6上进行刻蚀，形成栅电极孔61。
步骤六：在栅电极孔61中沉积n层金属并刻蚀掉多余金属，以形成n层场板金属，n为大于或等于3的正整数；n层场板金属中，每层场板金属的热膨胀系数由第n层向第二层逐渐增大。
步骤七：对n层场板金属中的第一层场板金属81的端部进行湿法刻蚀，以形成第一缺口Q1和/或第二缺口Q2。
步骤八：对n层场板金属进行退火处理，使第n层场板金属至第二层场板金属82的端部向远离第二介质层6的方向翘曲。退火处理的温度为380~500℃。
步骤九：在第二介质层6上生长包括SiN、SiO2、SiON、Al2O3中的一种或多种组合，形成第三介质层7，并刻蚀掉多余的第三介质层7以形成场板，得到含多电势场板结构的器件。其中，n层场板金属作为导电区，第一介质层5、第二介质层6及第三介质层7作为电场的分布区，n层场板金属与位于其正下方的第一介质层5、第二介质层6及第三介质层7整体形成场板。
本发明的含多电势多场板结构的器件，包括漏电极3、源电极4、n层场板金属以及由下至上依次设置的衬底1、外延层2、第一介质层5、第二介质层6和第三介质层7，漏电极3和源电极4均位于外延层2、第一介质层5、第二介质层6和第三介质层7中。n层场板金属位于第二介质层6和第三介质层7中，n层场板金属均位于第二介质层6的上方，n层场板金属与位于其正下方的第一介质层5、第二介质层6及第三介质层7整体形成场板结构；场板由下至上形成电场梯度，n层场板金属中，第一层场板金属81的长度小于剩余其他层场板金属的长度，第一层场板金属81平行于第二介质层6。
进一步地，n层场板金属中的第一层场板金属81的一端具有第一缺口Q1，第二层至第n层场板金属靠近第一缺口Q1的端部均向上倾斜，第二层场板金属82靠近第一缺口Q1的端部的底面为第一斜面，第一斜面与第二介质层6的顶面之间的夹角为10°~20°。
进一步地，n层场板金属中的第一层场板金属81的一端具有第一缺口Q1，第二层场板金属82至第n层场板金属靠近第一缺口Q1的端部均形成下凹弧形，第二层场板金属82靠近第一缺口Q1的端部的底面为弧面，弧面的圆心角为20°~40°。
进一步地，n层场板金属中的第一层场板金属81的一端具有第一缺口Q1，另一端具有第二缺口Q2，第二层场板金属82至第n层场板金属靠近第一缺口Q1的端部均向上倾斜，第二层场板金属82靠近第一缺口Q1的端部的底面为第一斜面，第一斜面与第二介质层6的顶面之间的夹角为10°~20°；第二层场板金属82至第n层场板金属靠近第二缺口Q2的端部也均向上倾斜，第二层场板金属82靠近第二缺口Q2的端部的底面为第二斜面，第二斜面与第二介质层6的顶面之间的夹角为10°~20°。其中，第一缺口Q1的长度与第二缺口Q2的长度相同或不同，当第一缺口Q1的长度等于第二缺口Q2的长度时，第一斜面及第二斜面分别与第二介质层6顶面之间形成的夹角相等。
进一步地，n层场板金属中的第一层场板金属81的一端具有第一缺口Q1，另一端具有第二缺口Q2，第二层场板金属82至第n层场板金属整体形成下凹弧形，第二层场板金属82的底面为弧面，弧面的圆心角为20°~40°。
实施例1 含多电势场板结构的器件的制备方法
本实施例提供了一种含多电势场板结构的器件的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一：如图1所示，选取硅作为衬底1进行氮化物外延生长，依次形成成核层、缓冲层、沟道层和势垒层，氮化物为GaN。成核层、缓冲层、沟道层和势垒层构成完整的半导体外延层2结构，并能够在沟道层和势垒层之间的异质结界面形成高浓度的二维电子气，产生导电沟道。
步骤二：在外延层2上通过MOCVD（金属有机化合物化学气相沉淀）法沉积SiN，形成第一介质层5，如图2所示，以用于对高浓度的二维电子气通道的控制。
步骤三：在第一介质层5上沉积SiO2，形成第二介质层6，如图3所示，以用于保护第一介质层5不受工艺破坏。
步骤四：在外延层2、第一介质层5和第二介质层6上进行刻蚀，如图4所示，形成源电极孔22和漏电极孔21，并在源电极孔22和漏电极孔21中进行欧姆金属沉积和刻蚀，再进行退火形成欧姆接触，分别形成源电极4和漏电极3，如图5所示。
步骤五：在第二介质层6上进行刻蚀，形成栅电极孔61，如图6所示。
步骤六：在栅电极孔61中沉积三层金属并刻蚀掉多余金属，以形成三层场板金属，如图7所示，三层场板金属依次堆叠，由下至上，依次为：第一层场板金属81、第二层场板金属82、第三层场板金属83。
其中，第三层场板金属83的热膨胀系数大于第二层场板金属82的热膨胀系数，第三层场板金属83的热膨胀系数为0~15×10-6/℃，优选4×10-6~11×10-6/℃；第二层场板金属82的热膨胀系数为20×10-6~40×10-6/℃，优选20×10-6~25×10-6/℃。
本实施例中，第三层场板金属83为钨，热膨胀系数4.5×10-6/℃，厚度为100nm，长度为10μm；第二层场板金属82为铝铜合金，热膨胀系数20×10-6/℃，厚度为100nm，长度为10μm；第一层场板金属81为铝，厚度为200nm，长度为10μm。
步骤七：对三层场板金属中的第一层场板金属81的一端涂光刻胶，再使用碱性溶液四甲基氢氧化铵对第一层场板金属81的另一端进行腐蚀，使得第一层场板金属81的另一端形成第一缺口Q1，如图8所示，本实施例中，第一层场板金属81的端部刻蚀后剩余的场板金属的长度占第一层场板金属81的端部刻蚀前的长度的40%。
存在光刻胶的位置因离子不能穿透光刻胶，从而不会破坏第一层场板金属81的一端的结构以对其起到保护作用。
步骤八：对三层场板金属在400℃的温度下进行退火处理，处理时间为30s，使第三层场板金属83和第二层场板金属82靠近第一缺口Q1的端部向上翘曲，如图9所示。
步骤九：采用SOD(Spin-On Dielectric)法，利用旋涂、烘烤的方式在第二介质层6上生长SiO2，形成第三介质层7，并刻蚀掉多余的第三介质层7，得到如图10所示的含多电势场板结构的器件，场板的高度呈梯度变化。
本实施例中，第二层场板金属82靠近第一缺口Q1的端部的底面为第一斜面，第一斜面与第二介质层6的顶面之间的夹角为16°。
实施例2 含多电势场板结构的器件的制备方法
本实施例提供了一种含多电势场板结构的器件的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一：如图1所示，选取硅作为衬底1进行氮化物外延生长，依次形成成核层、缓冲层、沟道层和势垒层，氮化物为GaN。成核层、缓冲层、沟道层和势垒层构成完整的半导体外延层2结构，并能够在沟道层和势垒层之间的异质结界面形成高浓度的二维电子气，产生导电沟道。
步骤二：在外延层2上通过MOCVD法沉积SiN，形成第一介质层5，如图2所示，以用于对高浓度的二维电子气通道的控制。
步骤三：在第一介质层5上沉积SiO2，形成第二介质层6，如图3所示，以用于保护第一介质层5不受工艺破坏。
步骤四：在外延层2、第一介质层5和第二介质层6上进行刻蚀，形成源电极孔22和漏电极孔21，如图4所示，并在源电极孔22和漏电极孔21中进行欧姆金属沉积和刻蚀，再进行退火形成欧姆接触，分别形成源电极4和漏电极3，如图5所示。
步骤五：在第二介质层6上进行刻蚀，形成栅电极孔61，如图6所示。
步骤六：在栅电极孔61中沉积三层金属并刻蚀掉多余金属，以形成三层场板金属，如图7所示，三层场板金属依次堆叠，由下至上，依次为：第一层场板金属81、第二层场板金属82、第三层场板金属83。
其中，第三层场板金属83的热膨胀系数大于第二层场板金属82的热膨胀系数，第三层场板金属83的热膨胀系数为0~15×10-6/℃，优选4×10-6~11×10-6/℃；第二层场板金属82的热膨胀系数为20×10-6~40×10-6/℃，优选20×10-6~25×10-6/℃。
本实施例中，第三层场板金属83为钛，热膨胀系数10.8×10-6/℃，厚度为100nm，长度为10μm；第二层场板金属82为铝镁合金，热膨胀系数24×10-6/℃，厚度为100nm，长度为10μm；第一层场板金属81为铝，厚度为200nm，长度为10μm。
步骤七：对三层场板金属中的第一层场板金属81的一端涂光刻胶，再使用碱性溶液四甲基氢氧化铵对第一层场板金属81的另一端进行腐蚀，使得第一层场板金属81的另一端形成第一缺口Q1，如图8所示。本实施例中，第一层场板金属81的端部刻蚀后剩余的场板金属的长度占第一层场板金属81的端部刻蚀前的长度的50%。
步骤八：对三层场板金属在450℃的温度下进行退火处理，处理时间为20s，使第三层场板金属83和第二层场板金属82靠近第一缺口Q1的端部向上翘曲，如图11所示。
步骤九：采用SOD法，利用旋涂、烘烤在第二介质层6上生长SiO2，形成第三介质层7，并刻蚀掉多余的第三介质层7，得到如图12所示的含多电势场板结构的器件，场板的高度呈梯度变化。
本实施例中，第二层场板金属82靠近第一缺口Q1的端部的底面为弧面，弧面的圆心角为14°。
实施例3 含多电势场板结构的器件的制备方法
本实施例提供了一种含多电势场板结构的器件的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一：如图1所示，选取硅作为衬底1进行氮化物外延生长，依次形成成核层、缓冲层、沟道层和势垒层，氮化物为GaN。成核层、缓冲层、沟道层和势垒层构成完整的半导体外延层2结构，并能够在沟道层和势垒层之间的异质结界面形成高浓度的二维电子气，产生导电沟道。
步骤二：在外延层2上通过MOCVD法沉积SiN，形成第一介质层5，如图2所示，以用于对高浓度的二维电子气通道的控制。
步骤三：在第一介质层5上沉积SiO2，形成第二介质层6，如图3所示，以用于保护第一介质层5不受工艺破坏。
步骤四：在外延层2、第一介质层5和第二介质层6上进行刻蚀，形成源电极孔22和漏电极孔21，如图4所示，并在源电极孔22和漏电极孔21中进行欧姆金属沉积和刻蚀，再进行退火形成欧姆接触，分别形成源电极4和漏电极3，如图5所示。
步骤五：在第二介质层6上进行刻蚀，形成栅电极孔61，如图6所示。
步骤六：在栅电极孔61中沉积三层金属并刻蚀掉多余金属，以形成三层场板金属，如图7所示，三层场板金属依次堆叠，由下至上，依次为：第一层场板金属81、第二层场板金属82、第三层场板金属83。
其中，第三层场板金属83的热膨胀系数大于第二层场板金属82的热膨胀系数，第三层场板金属83的热膨胀系数为0~15×10-6/℃，优选4×10-6~11×10-6/℃；第二层场板金属82的热膨胀系数为20×10-6~40×10-6/℃，优选20×10-6~25×10-6/℃。
本实施例中，第三层场板金属83为钨，热膨胀系数4.5×10-6/℃，厚度为100nm，长度为10μm；第二层场板金属82为铝铜合金，热膨胀系数20×10-6/℃，厚度为100nm，长度为10μm；第一层场板金属81为铝，厚度为200nm，长度为10μm。
步骤七：先对三层场板金属中的第一层场板金属81的一端涂光刻胶，使用碱性溶液四甲基氢氧化铵对第一层场板金属81的另一端进行腐蚀，使得第一层场板金属81的另一端形成第一缺口Q1；再将第一层场板金属81具有第一缺口Q1的一端涂光刻胶，使用碱性溶液甲基氢氧化铵对第一层场板金属81远离第一缺口Q1的一端进行腐蚀，使得第一层场板金属81远离第一缺口Q1的一端形成第二缺口Q2，如图13所示。本实施例中，第一层场板金属81的端部刻蚀后剩余的场板金属的长度占第一层场板金属81的端部刻蚀前的长度的40%。
步骤八：对三层场板金属在400℃的温度下进行退火处理，处理时间为30s，使第三层场板金属83和第二层场板金属82靠近第一缺口Q1和第二缺口Q2的两端均向上翘曲，如图14所示。
步骤九：采用SOD法，利用旋涂、烘烤在第二介质层6上生长SiO2，形成第三介质层7，并刻蚀掉多余的第三介质层7，得到如图15所示的含多电势场板结构的器件，场板的高度呈梯度变化。
本实施例中，第一缺口Q1的长度大于第二缺口Q2的长度，第二层场板金属82靠近第一缺口Q1的端部的底面为第一斜面，第一斜面与第二介质层6的顶面之间的夹角为16°；第二层场板金属82靠近第一缺口Q1的端部的底面为第二斜面，第二斜面与第二介质层6的顶面之间的夹角为14°。
实施例4 含多电势场板结构的器件的制备方法
本实施例提供了一种含多电势场板结构的器件的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤一：如图1所示，选取硅作为衬底1进行氮化物外延生长，依次形成成核层、缓冲层、沟道层和势垒层，氮化物为GaN。成核层、缓冲层、沟道层和势垒层构成完整的半导体外延层2结构，并能够在沟道层和势垒层之间的异质结界面形成高浓度的二维电子气，产生导电沟道。
步骤二：在外延层2上通过MOCVD法沉积SiN，形成第一介质层5，如图2所示，以用于对高浓度的二维电子气通道的控制。
步骤三：在第一介质层5上沉积SiO2，形成第二介质层6，如图3所示，以用于保护第一介质层5不受工艺破坏。
步骤四：在外延层2、第一介质层5和第二介质层6上进行刻蚀，形成源电极孔22和漏电极孔21，如图4所示，并在源电极孔22和漏电极孔21中进行欧姆金属沉积和刻蚀，再进行退火形成欧姆接触，分别形成源电极4和漏电极3，如图5所示。
步骤五：在第二介质层6上进行刻蚀，形成栅电极孔61，如图16所示。
步骤六：在栅电极孔61中沉积三层金属并刻蚀掉多余金属，以形成三层场板金属，如图17所示，三层场板金属依次堆叠，由下至上，依次为：第一层场板金属81、第二层场板金属82、第三层场板金属83。
其中，第三层场板金属83的热膨胀系数大于第二层场板金属82的热膨胀系数，第三层场板金属83的热膨胀系数为0~15×10-6/℃，优选4×10-6~11×10-6/℃；第二层场板金属82的热膨胀系数为20×10-6~40×10-6/℃，优选20×10-6~25×10-6/℃。
本实施例中，第三层场板金属83为钛，热膨胀系数10.8×10-6/℃，厚度为100nm，长度为10μm；第二层场板金属82为铝镁合金，热膨胀系数24×10-6/℃，厚度为100nm，长度为10μm；第一层场板金属81为铝，厚度为200nm，长度为10μm。
步骤七：使用碱性溶液四甲基氢氧化铵同时对第一层场板金属81的两端均进行腐蚀，使得第一层场板金属81的两端分别形成第一缺口Q1、第二缺口Q2，如图18所示。本实施例中，第一层场板金属81的端部刻蚀后剩余的场板金属的长度占第一层场板金属81的端部刻蚀前的长度的50%。
步骤八：对三层场板金属在450℃的温度下进行退火处理，处理时间为20s，使第三层场板金属83和第二层场板金属82靠近第一缺口Q1和第二缺口Q2的两端均向上翘曲，如图19所示。
步骤九：采用SOD法，利用旋涂、烘烤在第二介质层6上生长SiO2，形成第三介质层7，并刻蚀掉多余的第三介质层7，得到如图20所示的含三层多电势场板结构的器件，场板的高度呈梯度变化。
本实施例中，第一缺口Q1的长度等于第二缺口Q2的长度，第二层场板金属82的底面为弧面，弧面的圆心角为14°。
本发明的含多电势场板结构的器件的制备方法，通过在栅电极孔61中沉积n层金属并通过刻蚀后得到n层场板金属，再对位于底部的第一层场板金属81的端部经过刻蚀后，通过一次退火处理可直接使得第一层场板金属81上方的第二层至第n层的场板金属的端部同时向远离第二介质层6的方向翘曲，以形成电场梯度场板，最终得到了含多电势场板结构的器件，相比传统场板工艺减少5~8步工序，工艺简化的同时，制备得到含有多电势场板结构的器件，从而能够有效控制场板与下方二维电子气之间的电势差，并且避免了繁多的工艺步骤导致的引入缺陷隐患的问题，对器件的可靠性有利。
本发明的方法制得的上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (16)
1.一种含多电势场板结构的器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
制备基础结构并在基础结构的第二介质层上进行刻蚀，形成栅电极孔；
在所述栅电极孔中沉积n层金属并刻蚀，以形成n层场板金属，所述n为大于或等于3的正整数；n层所述场板金属中，每层场板金属的热膨胀系数由第n层向第二层逐渐增大；
对第一层场板金属的端部进行刻蚀；
对n层场板金属进行退火处理，使第n层至第二层的场板金属的端部向远离第二介质层的方向翘曲；
在所述第二介质层上生长第三介质层并刻蚀掉多余的第三介质层以形成场板，得到所述含多电势场板结构的器件。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对第一层场板金属的端部进行刻蚀的方法为湿法刻蚀，所述第一层场板金属为溶于碱性溶液的金属。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述栅电极孔中沉积n层金属并刻蚀，以形成n层场板金属的步骤中，n层所述场板金属中，每层场板金属的长度均相同。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述对第一层场板金属的端部进行刻蚀的方法，包括如下步骤：
对第一层场板金属的一端涂光刻胶，再使用碱性溶液对第一层场板金属的另一端进行腐蚀，使得第一层场板金属的另一端形成第一缺口。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述对第一层场板金属的端部进行刻蚀的方法，包括如下步骤：
先将第一层场板金属的一端涂光刻胶，使用碱性溶液对第一层场板金属的另一端进行腐蚀，使得第一层场板金属的另一端形成第一缺口；再将第一层场板金属具有所述第一缺口的一端涂光刻胶，使用碱性溶液对第一层场板金属远离所述第一缺口的一端进行腐蚀，使得第一层场板金属远离所述第一缺口的一端形成第二缺口。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述对第一层场板金属的端部进行刻蚀的方法，包括如下步骤：
使用碱性溶液同时对第一层场板金属的两端均进行腐蚀，使得第一层场板金属的两端分别形成第一缺口、第二缺口。
7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述第一缺口的长度与所述第二缺口的长度相同或不同。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二层场板金属靠近所述第一缺口的端部的底面为第一斜面，所述第一斜面与所述第二介质层的顶面之间的夹角为10°~20°。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第二层场板金属靠近所述第一缺口的端部的底面为弧面，所述弧面的圆心角为20°~40°。
10.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述第二层场板金属靠近所述第一缺口的端部的底面为第一斜面，所述第二层场板金属靠近所述第二缺口的端部的底面为第二斜面，所述第一斜面与所述第二介质层的顶面之间的夹角为10°~20°，所述第二斜面与所述第二介质层的顶面之间的夹角为10°~20°。
11.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述第二层场板金属的底面为弧面，所述弧面的圆心角为20°~40°。
12.根据权利要求4-6任意一项所述的制备方法，其特征在于，第一层场板金属的端部刻蚀后剩余的场板金属的长度占第一层场板金属的端部刻蚀前的长度的40%~50%。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对n层场板金属进行退火处理的步骤中，退火的温度为380~500℃。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基础结构由下至上依次包括衬底、外延层、第一介质层和第二介质层。
15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，制备基础结构的方法包括：在衬底上进行氮化物外延生长形成外延层结构，并在所述外延层上依次生长第一介质层和第二介质层；
在所述外延层、第一介质层和第二介质层上进行刻蚀，形成源电极孔和漏电极孔，并在源电极孔和漏电极孔中进行金属沉积和刻蚀，再进行退火形成欧姆接触，分别形成源电极和漏电极。
16.一种含多电势场板结构的器件，其特征在于，由权利要求1~15任意一项所述的制备方法制备得到。
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