[發明專利]一種基于自對準工藝的GaNHEMT器件及其制造方法

在審

• 申請號: 201710457112.3
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107170809A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 倪煒江;袁俊;楊永江;張敬偉;李明山;胡羽中
• 申請（專利權）人: 北京華進創威電子有限公司
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/20;H01L21/335;H01L29/778
• 代理公司: 北京中創陽光知識產權代理有限責任公司11003
• 代理人: 張宇鋒

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種基于自對準工藝的GaN HEMT器件及其制造方法。

背景技術

GaN作為第三代寬禁帶半導體材料的典型代表之一，與傳統的半導體材料 Si、GaAs相比，具有禁帶寬度寬、擊穿電場大、電子飽和漂移速度高、介電常數小以及良好的化學穩定性等特點。特別是基于GaN材料的AlGaN/GaN異質結高電子遷移率晶體管(HEMT)結構具有更高的電子遷移率(高于1800cm²V^-1s^-1) 和二維電子氣(2DEG)面密度(約10¹³cm^-2)，使得基于GaN材料器件在射頻領域和電力電子領域都具有非常明顯的優勢。

柵長是GaN HEMT器件的一個關鍵參數，其直接關系到射頻器件的截止頻率和開關器件的開關速率、導通損耗。而在亞微米以下的柵長結構往往需要借助先進的光刻設備，甚至是電子束設備進行制備，這不僅增加了設備投入、器件制作的成本，同時也降低了制作效率。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于自對準工藝的GaN HEMT器件，該器件具有線寬更窄的柵凹槽。本發明的另一目的在于提供一種基于自對準工藝的GaN HEMT器件的制造方法，其利用各項同性的介質淀積和各項異性的刻蝕方法，形成在光刻基礎上形成的柵長更短的柵，實現亞微米以下尺寸的柵，突破光刻設備的關鍵尺寸限制，并且工藝簡單可控。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于自對準工藝的GaN HEMT器件，所述GaN HEMT器件的柵凹槽側壁上保留有第二介質層。

進一步，所述第二介質層為SiO₂層。

一種基于自對準工藝的GaN HEMT器件的制造方法，所述方法包括如下步驟：

1)在襯底材料上依次生長AlN成核層、GaN緩沖層、GaN溝道層和AlGaN 勢壘層；

2)將步驟1)制備的產品進行清洗，然后通過光刻、剝離的方法在源、漏淀積歐姆接觸金屬，并進行快速熱退火形成歐姆接觸；

3)在表面淀積鈍化介質層，在所述鈍化介質層上，利用光刻、刻蝕方法形成微米級的柵凹槽；然后通過原子層淀積方法各項同性的淀積第二介質層，再用感應耦合等離子體方法各項異性的刻蝕，刻蝕掉柵凹槽底部和臺面上的第二介質層，保留凹槽側壁的第二介質層；

4)用光刻、蒸發、剝離工藝制作柵金屬；

5)柵金屬完成后淀積第三介質層進行鈍化保護，然后再進行一次刻孔，并淀積金屬做上源場板；

6)最后再進行第四介質層淀積，二次刻孔，并在源、漏、柵電極壓塊金屬加厚，并形成介質橋的互連。

進一步，步驟1)中所述AlN成核層的厚度為20-100nm；GaN緩沖層的厚度為1-4μm；GaN溝道層的厚度為50-500nm；AlGaN勢壘層的厚度為10-50nm。

進一步，步驟4)中在柵金屬淀積前，用等離子體處理修復步驟3)制備的產品表面的N缺陷。

進一步，所述第三介質層為SiO₂，所述第四介質層可以為SiO₂或SiN。

本發明具有以下有益技術效果：

在柵金屬工藝中，在鈍化介質上刻蝕一定寬度的凹槽直到AlGaN勢壘層表面，在凹槽中淀積金屬作為柵金屬。凹槽的寬度即為器件的柵長。一般情況下，往往由于設備的限制和器件設計對柵長的要求，直接用光刻、刻蝕的方法無法達到要求的柵長。本方法通過在第一次刻蝕出的凹槽基礎上，再用一次或多次的各項同性介質淀積和各項異性刻蝕的方法，形成寬度達到要求的凹槽，淀積金屬后即形成細柵長的柵金屬。

在鈍化介質上，先利用一般的光刻、刻蝕方法形成微米級的柵凹槽。然后通過原子層淀積(ALD)方法各項同性的淀積第二介質層，再用感應耦合等離子體(ICP)方法各項異性的刻蝕，刻蝕掉凹槽底部和臺面上的第二介質層，保留凹槽側壁的第二介質。如此，即得到了線寬更窄的柵凹槽。最終的凹槽寬度為第一次凹槽寬度減去2倍第二介質層厚度。對深寬比比較小的柵凹槽，用一次生長刻蝕即可得到所需的線寬更小的柵凹槽。而對于深寬比比較大的柵凹槽，可以用多次的生長、刻蝕，再生長、刻蝕的方法得到最終需要線寬的柵凹槽。

附圖說明

圖1為本發明GaN HEMT器件材料結構示意圖；

圖2為本發明GaN HEMT器件制備過程中完成源、漏歐姆接觸后的器件結構示意圖；