專利名稱：基于硅襯底氮化物的懸空hemt器件及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于硅襯底氮化物的HEMT器件及其制備方法，屬于信息材料與器件技術領域。
背景技術：
III族氮化物的高電子遷移率、大擊穿電壓特性和壓電性能，能夠滿足研制高速、大功率晶體管高電子遷移率晶體管(High Electron Mobility Transistor, HEMT)及壓電器件的要求。AlGaN/GaN異質結構導帶偏移較大，在異質結界面附近產生很強的自發(fā)極化和壓電極化，感生出很強的界面電荷和電場，積聚起高濃度的二維電子氣。AlGaN/GaN異質結界面的二維電子氣強烈依賴于周圍環(huán)境，環(huán)境變化引起的柵極區(qū)表面電荷濃度變化，調控二維電子氣濃度，引起源漏電流的變化，實現(xiàn)環(huán)境的感知。 高質量的硅襯底氮化物晶片日益成熟，逐步走向市場，該材料體系可以和硅工藝結合起來，進行硅襯底剝離，制備懸空AlGaN/GaN HEMT器件。懸空AlGaN/GaN HEMT的二維電子氣和壓電效應集成結構能夠增強傳感器的可靠性和靈敏度，利用器件的空間自由度，增強環(huán)境變化對二維電子氣的影響。利用其化學穩(wěn)定性好、耐輻射和耐高溫的特性，發(fā)展具有環(huán)境感知的AlGaN/GaN HEMT功能器件，實現(xiàn)與無線通訊器件的集成，在苛刻工作環(huán)境下有巨大的應用前景。
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠利用器件的空間自由度，提升器件對環(huán)境的感知能力的基于娃襯底氮化物的懸空HEMT器件及其制備方法。本發(fā)明為解決上述技術問題采用以下技術方案；本發(fā)明設計了一種基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件，實現(xiàn)載體為硅襯底氮化物晶片，所述硅襯底氮化物晶片包括硅襯底層和位于其上部的氮化物器件層，其中
所述硅襯底層包括一個由底部貫穿至氮化物器件層下表面的空腔；
所述氮化物器件層的上表面具有AlGaN/GaN HEMT器件結構，包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和柵極區(qū)域，所述源極區(qū)域內設置有源極電極，漏極區(qū)域內設置有漏極電極，柵極區(qū)域內設置有柵極電極。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結構所述源極電極和漏極電極的材質為Ti/Al/Ni/Au多層金屬薄膜。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結構所述柵極電極的材質為Ni/Au金屬薄膜。本發(fā)明還設計了一種基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件的制備方法，實現(xiàn)載體為硅襯底氮化物晶片，其中所述硅襯底氮化物晶片包括硅襯底層和位于其上部的氮化物器件層，包括如下步驟
步驟(I):在所述硅襯底氮化物晶片的頂層氮化物器件層旋涂一層光刻膠層，依次采用光刻技術和氮化物反應離子束刻蝕技術，在所述頂層氮化物器件層形成器件隔離區(qū)；步驟(2):采用光刻技術在所述光刻膠層形成AlGaN/GaN HEMT器件源極區(qū)域與漏極區(qū)域結構，并將所述光刻膠層貫穿刻蝕至所述頂層氮化物器件層；
步驟(3):采用薄膜沉積技術，在所述頂層氮化物器件層上的源極區(qū)域與漏極區(qū)域內沉積Ti/Al/Ni/Au多層金屬薄膜，所述Ti/Al/Ni/Au多層金屬薄膜分別作為AlGaN/GaN HEMT器件的源極電極和漏極電極；
步驟(4):去除光刻膠層，采用薄膜沉積技術，在所述頂層氮化物器件層的柵極區(qū)域內沉積Ni/Au金屬薄膜，所述Ni/Au金屬薄膜作為AlGaN/GaN HEMT器件的柵極電極，從而在頂層氮化物器件層實現(xiàn)AlGaN/GaN HEMT器件結構；
步驟(5 ):采用厚膠進行保護，引入背后深硅刻蝕技術，去除硅襯底層，形成基于硅襯底氮化物的懸空AlGaN/GaN HEMT器件。
本發(fā)明采用以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下技術效果
1.本發(fā)明所設計的基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件及其制備方法，提高了器件的空間自由度，并可以發(fā)展為環(huán)境感知器件，在光、氣體和壓力傳感領域，應用前景廣闊；
2.本發(fā)明所設計的基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件及其制備方法，其中該器件結構可以集成氮化物微機電系統(tǒng)，實現(xiàn)新型壓力傳感器、流體傳感器和角度傳感器。
圖I是基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件的結構示意 圖2是基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件的制備工藝流程；
圖3是基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件的壓力傳感器件示意 圖4是基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件的力學角度傳感器件示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細說明
如圖I所示，本發(fā)明設計了一種基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件，實現(xiàn)載體為硅襯底氮化物晶片，所述硅襯底氮化物晶片包括硅襯底層和位于其上部的氮化物器件層，其中
所述硅襯底層包括一個由底部貫穿至氮化物器件層下表面的空腔；
所述氮化物器件層的上表面具有HEMT器件結構，包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和柵極區(qū)域，所述源極區(qū)域內設置有源極電極，漏極區(qū)域內設置有漏極電極，柵極區(qū)域內設置有柵極電極。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結構所述源極電極和漏極電極的材質為Ti/Al/Ni/Au多層金屬薄膜。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結構所述柵極電極的材質為Ni/Au金屬薄膜。如圖2所示，本發(fā)明還設計了一種基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件的制備方法，實現(xiàn)載體為硅襯底氮化物晶片，所述硅襯底氮化物晶片包括硅襯底層和位于其上部的氮化物器件層，其特征在于，包括如下步驟
步驟(I):在所述硅襯底氮化物晶片的頂層氮化物器件層旋涂一層光刻膠層，依次采用光刻技術和氮化物反應離子束刻蝕技術，在所述頂層氮化物器件層形成器件隔離區(qū)；步驟(2):采用光刻技術在所述光刻膠層形成AlGaN/GaN HEMT器件源極區(qū)域與漏極區(qū)域結構，并將所述光刻膠層貫穿刻蝕至所述頂層氮化物器件層；
步驟(3):采用薄膜沉積技術，在所述頂層氮化物器件層上的源極區(qū)域與漏極區(qū)域內沉積Ti/Al/Ni/Au多層金屬薄膜，所述Ti/Al/Ni/Au多層金屬薄膜分別作為AlGaN/GaN HEMT器件的源極電極和漏極電極，在具體實施例中，將電極在600°C下快速退火，提高電極的導電性；
步驟(4):去除光刻膠層，采用薄膜沉積技術，在所述頂層氮化物器件層的柵極區(qū)域內沉積Ni/Au金屬薄膜，所述Ni/Au金屬薄膜作為AlGaN/GaN HEMT器件的柵極電極，從而在頂層氮化物器件層實現(xiàn)AlGaN/GaN HEMT器件結構；
步驟(5 ):采用厚膠進行保護，引入背后深硅刻蝕技術，去除硅襯底層，形成基于硅襯底 氮化物的懸空HEMT器件。在具體實施例中，能夠利用懸空AlGaN/GaN HEMT器件的結構特性，發(fā)展背部輻照感光，調控器件的二維電子氣，改變器件的源漏電流，實現(xiàn)對光環(huán)境的感知。在具體實施例中，利用AlGaN/GaN HEMT器件柵極與環(huán)境氣體的相互作用，進而影響柵極區(qū)域半導體表面的極化束縛正電荷，造成溝道二維電子氣濃度的改變，引起源漏電流的變化，實現(xiàn)對化學環(huán)境的感知。如圖4所示，進一步的，利用懸空AlGaN/GaN HEMT器件的結構特性，懸空薄膜對力學應變更加敏感，影響到AlGaN/GaN異質結構界面的二維電子氣的濃度，實現(xiàn)高靈敏度的力學角度傳感器。如圖3所示，該器件結構及其制備技術可以結合微機電驅動技術，實現(xiàn)懸空AlGaN/GaN HEMT與氮化物微機電系統(tǒng)的集成，制備新型壓力傳感器、流體傳感器和角度傳感器。
權利要求
1.一種基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件，實現(xiàn)載體為硅襯底氮化物晶片，其特征在于所述硅襯底氮化物晶片包括硅襯底層和位于其上部的氮化物器件層； 所述硅襯底層包括一個由底部貫穿至氮化物器件層下表面的空腔； 所述氮化物器件層的上表面具有AlGaN/GaN HEMT器件結構，包括源極區(qū)域、漏極區(qū)域和柵極區(qū)域，所述源極區(qū)域內設置有源極電極，漏極區(qū)域內設置有漏極電極，柵極區(qū)域內設置有柵極電極。
2.根據(jù)權利要求I所述基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件，其特征在于所述源極電極和漏極電極的材質為Ti/Al/Ni/Au多層金屬薄膜。
3.根據(jù)權利要求I所述的基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件，其特征在于所述柵極電極的材質為Ni/Au金屬薄膜。
4.一種基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件的制備方法，實現(xiàn)載體為硅襯底氮化物晶片，其特征在于，所述硅襯底氮化物晶片包括硅襯底層和位于其上部的氮化物器件層，該方法包括如下步驟 步驟(I):在所述硅襯底氮化物晶片的頂層氮化物器件層旋涂一層光刻膠層，依次采用光刻技術和氮化物反應離子束刻蝕技術，在所述頂層氮化物器件層形成器件隔離區(qū)； 步驟(2):采用光刻技術在所述光刻膠層形成AlGaN/GaN HEMT器件源極區(qū)域與漏極區(qū)域結構，并將所述光刻膠層貫穿刻蝕至所述頂層氮化物器件層； 步驟(3):采用薄膜沉積技術，在所述頂層氮化物器件層上的源極區(qū)域與漏極區(qū)域內沉積Ti/Al/Ni/Au多層金屬薄膜，所述Ti/Al/Ni/Au多層金屬薄膜分別作為AlGaN/GaN HEMT器件的源極電極和漏極電極； 步驟(4):去除光刻膠層，采用薄膜沉積技術，在所述頂層氮化物器件層的柵極區(qū)域內沉積Ni/Au金屬薄膜，所述Ni/Au金屬薄膜作為AlGaN/GaN HEMT器件的柵極電極，從而在頂層氮化物器件層實現(xiàn)AlGaN/GaN HEMT器件結構； 步驟(5 ):采用厚膠進行保護，引入背后深硅刻蝕技術，去除硅襯底層，形成基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件，實現(xiàn)載體為硅襯底氮化物晶片，所述硅襯底氮化物晶片包括硅襯底層和位于其上部的氮化物器件層；本發(fā)明還設計了一種基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件的制備方法。本發(fā)明所設計的基于硅襯底氮化物的懸空HEMT器件及其制備方法能夠利用器件的空間自由度，提升器件對環(huán)境的感知能力。
文檔編號H01L21/335GK102856369SQ20121032059
公開日2013年1月2日 申請日期2012年9月3日 優(yōu)先權日2012年9月3日
發(fā)明者王永進, 朱洪波 申請人:南京郵電大學