[發(fā)明專利]一種低損傷AlGaN/GaNHEMT柵槽刻蝕方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910323485.0
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN110047748B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳雷雷;閆大為;趙琳娜;顧曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 江南大學
• 主分類號: H01L21/3065
• 分類號: H01L21/3065;H01L21/67;H01L21/28;H01L21/335;H01L29/423
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

本發(fā)明公開了一種低損傷AlGaNGaNHEMT柵槽刻蝕方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。所述方法刻蝕過程中控制等離子體中離子運動方向與襯底方向水平，且控制等離子體濃度在10⁸?10¹⁰cm^?3，提高了刻蝕的均勻度，降低刻蝕面的粗糙度，還保證了等離子體對樣品表面的轟擊減少到最小，達到降低表面損傷的目的，同時，刻蝕速率可降至2?3nm/min，實現(xiàn)刻蝕過程中刻蝕精度的精確控制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種低損傷AlGaN/GaNHEMT柵槽刻蝕方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

GaN HEMT器件由于其寬禁帶特性，具有良好的高溫特性和抗輻照特性，在惡劣環(huán)境下的GaN基集成電路中具有很好的應(yīng)用前景。但是由于GaN中空穴和電子的遷移率差異很大，無論器件平面結(jié)構(gòu)還是器件工作速度，以類似CMOS的方式制備互補對稱GaN場效應(yīng)管電路單元都還難以實現(xiàn)。一個可行的方法是研制需要加正柵壓才能開啟溝道的n型GaN增強型器件的導(dǎo)通和關(guān)斷，可實現(xiàn)GaN大功率開關(guān)器件和電路，以及增強/耗盡模式的數(shù)字集成電路。通常AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)在材料制備完成時，已經(jīng)形成高密度的二維電子氣導(dǎo)電通道，這樣的材料制備的GaN HEMT器件都是耗盡型器件(D-HEMT)，在柵極加負偏壓時器件才能處于關(guān)斷狀態(tài)，是一種常開(normally on)器件。為了實現(xiàn)與耗盡型器件完全兼容的增強型器件(E-HEMT)，需要采用一些特殊的結(jié)構(gòu)或特殊的工藝來實現(xiàn)，主要有薄勢壘層、槽柵、柵下pn結(jié)、柵下區(qū)域氟等離子體注入等方法。

E-HEMT器件主要是在D-HEMT器件基礎(chǔ)上通過降低溝道2DEG密度，使得在柵壓零偏置情況下溝道的2DEG密度小到可忽略，從而實現(xiàn)增強型特性。在AlGaN/GaN HEMT器件中，2DEG密度與AlGaN勢壘層的Al組分(主要影響AlGaN/GaN界面的極化電荷、導(dǎo)帶帶階和AlGaN表面的肖特基勢壘高度)、厚度、應(yīng)力狀態(tài)、雜志狀態(tài)密切相關(guān)，要改變2DEG密度應(yīng)該從勢壘層入手。減小AlGaN勢壘層的Al組分和厚度就能夠減小2DEG密度，因此采用薄勢壘層AlGaN/GaN HEMT是實現(xiàn)增強型特性的一種途徑。第一只增強型器件就是Khan等人采用薄勢壘結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的，其勢壘層為10nm Al0.1Ga0.9N。單純減小勢壘層厚度實現(xiàn)增強型的方法的優(yōu)點在于沒有因為對柵下區(qū)域進行刻蝕引起的工藝損傷，因而肖特基特性較好，柵泄露電流較低，可以實現(xiàn)優(yōu)良的高頻特性；這種方法的不足之處是由于整體消減勢壘層的厚度，整個溝道區(qū)域的2DEG濃度較低，器件的飽和電流較小。

為了增加E-HEMT的電流密度，在器件工藝中利用槽柵是比較簡單的手段。將柵下AlGaN勢壘層刻蝕掉一部分，當勢壘層薄到一定程度時，柵下2DEG密度將減小到可以忽略的程度；而柵源、柵漏等區(qū)域不受刻蝕影響，這些區(qū)域的2DEG密度維持原有水平。這樣的器件飽和電流及跨導(dǎo)會比薄勢壘結(jié)構(gòu)的E-HEMT有所提高。例如，采用未摻雜的AlGaN勢壘層(23nm厚)刻蝕掉15nm形成的槽柵結(jié)構(gòu)研制E-HEMT，得到柵長1um的器件閾值電壓為0.47V，飽和電流為455mA/mm，最大跨導(dǎo)為310mS/mm。但槽柵結(jié)構(gòu)的E-HEMT器件也有弱點，主要是AlGaN勢壘層的厚度以及槽柵刻蝕深度的準確控制比較難，因此工藝重復(fù)性差，閾值電壓的可控性較差；另外，刻蝕損傷大，導(dǎo)致?lián)舸╇妷航档汀?/p>

發(fā)明內(nèi)容

為了解決目前現(xiàn)有刻蝕技術(shù)對刻蝕樣品表面損傷較大導(dǎo)致易被擊穿、樣品刻蝕表明不均勻、刻蝕精度無法準確控制的問題，本發(fā)明提出一種低損傷AlGaN/GaNHEMT柵槽刻蝕方法，本發(fā)明提供的低損傷AlGaN/GaNHEMT柵槽刻蝕方法，基于溫和等離子體技術(shù)；

一種低損傷AlGaN/GaNHEMT柵槽刻蝕方法，所述方法包括：

步驟11，在AlGaN/GaN HEMT外延結(jié)構(gòu)上形成刻蝕阻擋層；

步驟12，對所述刻蝕阻擋層進行圖形化，露出預(yù)設(shè)為柵槽部分的外延結(jié)構(gòu)表面；