[發明專利]一種適合于亞微米柵長半導體器件制造的柵介質刻蝕方法

有效

• 申請號: 201310165348.1
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN103247526A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 劉海琪;王泉慧;任春江;陳堂勝
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L21/311
• 分類號: H01L21/311
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

技術領域

本發明涉及的是一種適合于亞微米柵長半導體器件制造的柵介質刻蝕方法。屬于半導體器件技術領域。

背景技術

鋁鎵氮化合物（AlGaN）/氮化鎵（GaN）高電子遷移率晶體管（HEMT）第三代寬禁帶化合物半導體器件具有輸出功率大、工作頻率高等特點，適合毫米波及以下各個頻段的大功率應用,這使得其成為近年來半導體微波功率器件研究的熱點。柵介質刻蝕是AlGaN/GaN?HEMT器件研制中的關鍵工藝，通過該工藝制備形成的柵決定了器件的頻率特性。判斷柵介質刻蝕的效果好壞主要從刻蝕后的柵腳線寬、柵腳形貌以及對器件表面的損傷等幾個方面進行。

良好的柵介質刻蝕效果首先要保證具有符合要求的柵腳線寬。柵腳線寬是決定高性能AlGaN/GaN?HEMT頻率特性的必要條件，這是因為柵腳線寬決定了AlGaN/GaN?HEMT器件中的有效溝道長度，其值大小直接影響到微波器件工作時的特征頻率、截止頻率、效率、增益等性能。柵腳線寬越小，微波器件的頻率特性會更好，但同時也會使得器件的寄生效應更加明顯，影響到效率、增益等性能。

其次良好的柵介質刻蝕效果還要具備較好的柵腳形貌，特別是進入到毫米波范圍，隨著AlGaN/GaN?HEMT器件的特征線寬的縮小，寄生效應會對器件的性能產生很大影響。為了減少器件的寄生效應，需要柵腳形貌盡可能陡直，且側壁需光滑。

最后良好的柵介質刻蝕效果還必須具有較低的損傷。在刻蝕末期，等離子體會在電場的作用下與AlGaN/GaN?HEMT器件的表面作用。AlGaN/GaN?HEMT的表面特性會影響到器件后續的肖特基接觸勢壘高度、開啟電壓、漏電和擊穿等性能，為此需要盡可能減少刻蝕末期等離子體對AlGaN/GaN?HEMT器件表面的影響，以保證器件性能良好。

目前AlGaN/GaN?HEMT柵介質刻蝕工藝普遍采用基于F系的氣體配比一定量的O₂對SiN進行刻蝕，如SF₆、CF₄、CHF₃等，刻蝕設備主要采用ICP刻蝕臺。刻蝕原理一般認為是刻蝕臺的上電極在射頻源的作用下，將通入機臺的反應氣體激發至等離子狀態。等離子體是由帶電的電子和離子組成，反應腔體中的氣體在電子的撞擊下，除了轉變成離子外，還能吸收能量并形成大量的活性基團。產生的活性基團和正、負離子，通過下電極加偏壓的作用在擴散或者電場作用下到達SiN表面，與SiN產生化學和物理相結合的反應，加入少量的O₂可以用來對側壁進行鈍化；反應后的生成物為SiF₄和N₂均為氣態，揮發脫離SiN表面，通過分子泵抽出。SF₆、CF₄作為反應氣體的優點是可以保證反應的充分進行且反應生成物完全揮發，刻蝕后線寬準確、邊緣光滑，但由于反應比較劇烈，對于保持陡直的刻蝕形貌有一定的困難；CHF₃作為反應氣體的優點是其與SiN反應生成的聚合物附著在側壁，可以用來提高刻蝕選擇比從而保證刻蝕形貌的陡直，缺點是對器件表面有一定的損傷。

機臺方面，盡管ICP具有可獨立控制等離子體密度及襯底直流偏壓的特點，可以獲得較低的刻蝕損傷（王家樺，李長健等.半導體器件物理[M].北京：科學出版社，1983：166.）。然而，由于ICP刻蝕也是化學反應與物理轟擊作用相結合的刻蝕方法，它仍將不可避免地引入刻蝕損傷，如高能電子或離子的轟擊作用會引起晶體缺陷和化學鍵的斷裂，從而引起晶格損傷；材料表面某種成分的優先去除，導致非化學劑量比的表面；刻蝕產物或其他污染物沉積在刻蝕表面產生表面污染(D.?Defives,?O.?Durand,?F.?Wyczisk,?et.al.?Electrical?behavior?and?microstructural?analysis?of?metal?Schottky?contacts?on?4H-SiC[J].?Microelectronic?Engineering,?2001,?55:369.)，這些損傷都將嚴重影響到器件的最終性能。