[發(fā)明專利]一種通過實(shí)時(shí)監(jiān)控氟注入實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型HEMT器件的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911308890.1
• 申請(qǐng)日: 2019-12-18
• 公開（公告）號(hào): CN111128701B
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李國強(qiáng);孫佩椰;萬利軍;闕顯灃;姚書南;梁敬晗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/265
• 分類號(hào): H01L21/265;H01L21/66;H01L21/335;H01L29/778
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 王東東

本發(fā)明公開了一種通過實(shí)時(shí)監(jiān)控氟注入實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型HEMT器件的方法，包括，在HEMT器件的源電極及漏電極上分別引出監(jiān)控電極，兩個(gè)電極均通過導(dǎo)線與源表相連，形成閉合回路，然后器件在氟離子處理的過程中，不斷耗盡柵下的2DEG，輸出電流逐漸減小，當(dāng)源表顯示輸出電流為零時(shí)，即實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型，有效避免了氟離子過度注入導(dǎo)致輸出電流降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增強(qiáng)型高電子遷移率場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備領(lǐng)域，具體涉及一種通過實(shí)時(shí)監(jiān)控氟注入實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型HEMT器件的方法。

背景技術(shù)

基于AlGaN/GaN的高電子遷移率晶體管具有耐高壓、大功率等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于射頻微波及功率開關(guān)等領(lǐng)域。由于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)界面存在大量極化電荷，需要在柵極接上足夠大的負(fù)偏壓才能耗盡二維電子氣(2DEG)，因此常規(guī)的AlGaN/GaN HEMT器件為耗盡型。然而，為了減少電路的復(fù)雜性和制備成本，同時(shí)提高電路的安全性，有必要開展增強(qiáng)型HEMT器件的研究。

目前實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件的方法主要有凹槽結(jié)構(gòu)、p型蓋帽層和氟離子注入。由于AlGaN勢(shì)壘層的化學(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定，因此凹槽結(jié)構(gòu)和p型蓋帽層大都是采用干法刻蝕。但干法刻蝕的精度難以控制，容易對(duì)器件造成損傷，影響器件穩(wěn)定性。而氟離子注入是通過反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備(RIE)或感應(yīng)耦合等離子體刻蝕設(shè)備(ICP)將氟離子注入柵下勢(shì)壘層，從而耗盡柵下的溝道電子。相比凹槽結(jié)構(gòu)和p型蓋帽層，氟離子注入工藝過程中采用的四氟化碳(CF4)對(duì)勢(shì)壘層的刻蝕作用較弱，器件損傷較小，且氟離子注入的工藝簡單、能與常規(guī)耗盡型HEMT器件的制備工藝兼容，成為了增強(qiáng)型HEMT器件領(lǐng)域的重點(diǎn)研究對(duì)象。但是在工藝過程中，氟離子不可避免地進(jìn)入2DEG溝道，導(dǎo)致溝道載流子遷移率降低，輸出電流密度減小，難以實(shí)現(xiàn)大飽和電流高閾值電壓增強(qiáng)型器件。因此，急需設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控氟注入的方法，使器件在耗盡柵下二維電子氣的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)高飽和電流。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種通過實(shí)時(shí)監(jiān)控氟注入實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型HEMT器件的方法。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件的同時(shí)，避免大量氟離子進(jìn)入2DEG溝道，保持器件的大飽和輸出電流。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種通過實(shí)時(shí)監(jiān)控氟注入實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型HEMT器件的方法，包括如下步驟：

S1在襯底上依次外延GaN溝道層及AlGaN勢(shì)壘層，然后在AlGaN勢(shì)壘層上進(jìn)行光刻、刻蝕，做好標(biāo)記點(diǎn)；

S2對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記點(diǎn)進(jìn)行光刻，再利用刻蝕對(duì)外延片進(jìn)行臺(tái)面隔離，進(jìn)一步形成源金屬電極和漏金屬電極；

S3在源金屬電極和漏金屬電極上分別引出源監(jiān)控電極及漏監(jiān)控電極；

S4通過光刻暴露出氟離子注入?yún)^(qū)域以及源監(jiān)控電極區(qū)域極漏監(jiān)控電極區(qū)域；

S5將兩個(gè)監(jiān)控電極分別通過導(dǎo)線與源表的正負(fù)極連接，形成閉合回路；

S6將S5得到的外延片放置在感應(yīng)耦合等離子體刻蝕腔內(nèi)，進(jìn)行氟等離子處理，不斷耗盡柵下的2DEG，源表的輸出電流示數(shù)為零時(shí)，達(dá)到注入終點(diǎn)；

S7取出外延片，用丙酮去除外延片上的光刻膠，進(jìn)一步通過光刻、蒸鍍形成柵金屬電極，得到增強(qiáng)型HEMT器件。

所述S2中，源金屬電極及漏金屬電極為Ti、Al、Ni、Au形成的合金。

所述S2中進(jìn)一步形成源金屬電極和漏金屬電極，具體是通過光刻、蒸鍍、剝離和退火形成，其中退火的氣氛為N₂，退火溫度為850℃，保溫時(shí)間為30s，升溫速率為15℃/s。

所述S1及S2中，刻蝕均為感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，刻蝕反應(yīng)氣體為Cl₂和BCl₃混合氣體，壓強(qiáng)為5mTorr，上射頻功率為300W，下射頻功率為50W，刻蝕時(shí)間分別為150s和80s。