[發明專利]一種低損傷GaN/AlGaN HEMT柵槽刻蝕方法

有效

• 申請號: 201710756527.0
• 申請日: 2017-08-29
• 公開（公告）號: CN107591326B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 閆未霞
• 申請（專利權）人: 成都海威華芯科技有限公司
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L21/3065;H01L21/308
• 代理公司: 成都華風專利事務所(普通合伙) 51223
• 代理人: 徐豐;張巨箭

本發明涉及半導體制造技術領域，公開了一種低損傷GaN/AlGaN HEMT柵槽刻蝕方法，包括如下內容：在GaN/AlGaN HEMT外延結構上形成刻蝕阻擋層；對所述刻蝕阻擋層進行圖形化，露出預設為柵部分的GaN/AlGaN外延結構的表面；將所述露出預設為柵部分的GaN/AlGaN HEMT外延結構的表面置于浸沒有HBr與He的刻蝕氣體的刻蝕機內，并加以偏置電壓，以刻蝕所述預設為柵部分的GaN/AlGaN外延結構的表面到指定深度，形成柵槽結構，進而降低了刻蝕粒子對GaN/AlGaN HEMT的柵槽的影響，降低了柵槽的刻蝕損傷，提高了器件電性和良率。

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種低損傷GaN/AlGaN HEMT柵槽刻蝕方法。

背景技術

GaN材料具有禁帶寬度寬、電子遷移率高、擊穿電場高、輸出功率大且耐高溫的特點，基于GaN材料的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)可以工作在高頻和高壓下，輸出功率大和導通電阻小，在最近十幾年成為了微波功率器件及電力電子領域的研究熱點。

常規工藝制作的AlGaN/GaN HEMT均為耗盡型(閾值電壓Vth＜0V)。因為要使用負的開啟電壓，耗盡型HEMT比增強型(Vth＞0V)HEMT電路設計要復雜得多，這增加了HEMT電路的尺寸和成本。目前的主要解決AlGaN/GaN HEMT的閾值電壓小于零的方法之一是采用刻蝕凹柵槽，刻蝕凹柵槽能降低柵極到溝道的距離從而提高柵極對于溝道的耗盡，能夠有效提高器件的閾值電壓成正值。同時，凹柵槽刻蝕能夠提高器件跨導，提高AlGaN/GaN HEMT的高頻性能。

現有凹柵槽型AlGaN/GaN HEMT器件的刻蝕工藝廣泛存在等離子體對界面的損傷，等離子體損傷可分為三種類型：(1)在刻蝕過程中由于高能粒子轟擊而造成的物理損傷與等離子體的高化學活性造成表層元素組分改變；(2)在刻蝕表面由于反應化合物引起的化學污染；(3)與射頻電場相關的電子損傷及充電效應、等離子體非均勻性、偏壓非均勻性以及電子陰影效應。

在等離子刻蝕工藝中，采用Cl₂/Ar或CF₄/Ar氣體刻蝕的技術比較成熟，主要應用在臺面刻蝕，其刻蝕損傷和殘留物限制了其在凹柵槽刻蝕時的應用。

黃俊等人提出采用Cl₂/Ar/C₂H₄混合氣體刻蝕，通過引入小流量具有鈍化緩沖作用的C₂H₄降低離子物理轟擊作用，從而達到減小凹柵刻蝕表面粗糙度并降低刻蝕損傷的作用；B.Rong等人提出采用BCl₃/Cl₂/Ar或在Cl₂/Ar刻蝕后采用N₂等離子體處理的方式修復由等離子體刻蝕帶來的元素失配，減少對其氯氣或碳的氟化物通常作為主刻蝕氣體；A.T.Ping等人較早嘗試化學活性較低的HBr：Ar及HBr:H₂的組合氣體；然而Kataoka等人通過俄歇電子能譜及X射線吸收譜等發現在純Ar等離子體刻蝕條件下即會產生GaN的N元素被選擇性刻蝕，從而使Ga面形成懸掛鍵，當暴露在空氣環境中時表面也極易氧化形成Ga-O鍵。Ⅲ-Ⅴ族化合物的刻蝕損傷主要源自于等離子體對于材料表面的物理轟擊。目前針對GaN/AlGaNHEMT的柵槽刻蝕尚不能較好地解決刻蝕損傷的問題。

發明內容

本發明為了解決現有技術中在對GaN/AlGaN HEMT的柵槽的刻蝕存在有刻蝕損傷的技術問題，進而提供了一種低損傷GaN/AlGaN HEMT柵槽刻蝕方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種低損傷GaN/AlGaN HEMT柵槽刻蝕方法，包括如下內容：

在GaN/AlGaN HEMT外延結構上形成刻蝕阻擋層；