[發明專利]基于氮化鎵外延異質結的常開型HEMT器件及其制備方法

在審

• 申請號: 202010218115.3
• 申請日: 2020-03-25
• 公開（公告）號: CN111463274A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 關赫;沈桂宇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/20;H01L29/40;H01L29/06
• 代理公司: 西安利澤明知識產權代理有限公司 61222
• 代理人: 林兵

1.一種基于氮化鎵外延異質結的常開型HEMT器件，其特征在于，包括GaN外延、SiN鈍化層、源漏電極、柵電極、第一SiO₂鈍化層、源場板、第二SiO₂鈍化層；所述GaN外延位于最底層，所述SiN鈍化層、源漏電極均位于GaN外延表面，第一SiO₂鈍化層位于SiN鈍化層表面、源漏電極之間并覆蓋柵電極；所述源場板位于第一SiO₂鈍化層和源電極表面，所述第二SiO₂鈍化層位于最頂層并覆蓋源場板。

2.如權利要求1所述的一種基于氮化鎵外延異質結的常開型HEMT器件，其特征在于，還包括臺面隔離層，所述臺面隔離層位于不同器件單元區域邊緣，實現不同器件單元的電學隔離。

3.一種基于氮化鎵外延異質結的常開型HEMT器件的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(a)準備GaN外延；

(b)在所述GaN外延上生長SiN鈍化層；

(c)在所述SiN鈍化層進行標記光刻；

(d)離子注入完成器件隔離；

(e)歐姆接觸在樣品上生長源漏電極；

(f)柵工藝在樣品上生長柵電極；

(g)在生長柵電極后的樣品表面生長第一SiO₂鈍化層；

(h)在所述生長第一SiO₂鈍化層后的樣品上生長場板金屬；

(i)在所述生長場板金屬后的樣品表面生長第二SiO₂鈍化層，即完成該基于氮化鎵外延異質結的常開型HEMT器件。

4.如權利要求3所述的一種基于氮化鎵外延異質結的常開型HEMT器件的制備方法，其特征在于，所述步驟(a)包括樣品的減薄以及準備工作；

所述步驟(b)中采用采用低壓力化學氣相沉積法生長SiN鈍化層；

所述步驟(c)中使用光刻鍵合對準機完成標記光刻；

所述步驟(e)中在所述樣品上進行普通光刻標記出源漏電極生長區域，然后采用RIE對所述SiN鈍化層進行刻蝕，刻蝕結束后在對應區域完成金屬淀積源漏，最后進行金屬剝離/PDA；

所述步驟(f)中采用電子束光刻完成柵電極標記，通過金屬淀積以及剝離完成柵金屬的生長工藝，形成柵電極；

所述步驟(g)中采用PECVD工藝在所述樣品表面生長第一SiO₂鈍化層，在所述第一SiO₂鈍化層上光刻標記處源漏柵電極圖形，并采用RIE設備刻蝕開窗口；

所述步驟(h)中在所述樣品表面光刻標記出源漏金屬位置，通過金屬淀積、金屬剝離完成場板以及源漏開窗口工藝；

所述步驟(i)在所述樣品表面采用PECVD工藝淀積第二SiO₂鈍化層，在所述第二SiO₂鈍化層上光刻標記處源漏電極圖案，然后使用RIE實現刻蝕開窗口。

5.如權利要求3所述的一種基于氮化鎵外延異質結的常開型HEMT器件的制備方法，其特征在于，

步驟(a)中樣品的減薄以及準備工作具體包括以下步驟：

(a1)減薄：將樣品剪薄到400um，然后將樣品用高溫膠帶固定在支架上；

(a2)樣品清洗：將晶圓樣品置于含有丙酮的燒杯中，然后加入異丙醇(IPA)，所有有機溶劑清洗均在超聲波水浴中進行，去除和清洗樣品表面的有機污染物；用去離子水沖洗樣品，用氮氣、氮氣槍吹干，完成清洗程序；

步驟(b)采用采用低壓力化學氣相沉積法生長SiN鈍化層的具體步驟為：

(b1)使用HCl:10H₂O溶液清洗樣品；

(b2)以SiH₂Cl₂和氨氣作為反應氣體，通入反應設備中；

(b3)在特定溫度的環境下沉積；

步驟(c)中使用光刻鍵合對準機完成標記光刻的具體步驟為：

(c1)涂膠：使用正膠作為光刻膠均勻旋涂于樣品表面；

(c2)烘烤：將樣品放置在的熱板上烘烤，除去抗蝕劑膜上的溶劑，增加抗蝕劑對晶圓片的附著力；

(c3)光刻：使用光刻鍵合對準機，將樣品放置其中在紫外下曝光；

(c4)顯影：將樣品放置在顯影液中浸泡一段時間，然后使用DI水沖洗樣品，最后將樣品用N₂槍干燥；

(c5)金屬：在樣品光刻區域濺射TiW金屬；

(c6)剝離：使用丙酮+異丙酮混合溶液進行剝離，剝離后用DI沖洗樣品，使用顯影液去除光刻膠，將樣品用DI沖洗，最后進行N₂干燥；

步驟(d)中進行離子注入的具體步驟為：

(d1)涂膠：在樣品表面均勻旋涂光刻膠；

(d2)烘烤：將樣品放置在熱板上烘烤；

(d3)光刻：用光刻鍵合對準機將樣品暴露在紫外線下，以形成所需的圖案；

(d4)顯影：使用顯影液浸泡樣品，然后用DI水沖洗樣品，最后用N₂槍干燥；

(d5)離子注入：注入氟離子；

步驟(e)中，具體包括以下步驟：

(e1)光刻：

(e1.1)涂膠：將正膠均勻旋涂于樣品表面；

(e1.2)烘烤：將樣品放置在熱板上烘烤，除去抗蝕劑膜上的溶劑，增加抗蝕劑對晶圓片的附著力；

(e1.3)光刻：使用光刻鍵合對準機，將樣品放置其中在紫外下曝光；

(e1.4)顯影：將樣品在顯影液中浸泡，然后使用DI水沖洗樣品，最后使用N₂槍干燥；

(e2)刻蝕：

(e2.1)鈍化層刻蝕：采用RIE技術刻蝕SiN；

(e2.2)帽層及勢壘層刻蝕：采用ICP技術刻蝕GaN帽層和部分勢壘層；

(e3)源漏電極生長：

(e3.1)去氧化層：刻蝕結束后，HCl漂洗樣品，以去除樣品表面氧化層；

(e3.2)金屬淀積：使用電子束金屬蒸發器沉積Ti/Al/Ni/Au；

(e3.3)金屬剝離：使用丙酮和異丙酮混合溶液浸泡樣品完成剝離，剝離結束后，使用DI沖洗樣品，并最終用N₂槍干燥；

(e3.4)退火：在N₂氛圍中快速熱退火工藝，完成源漏電極的生長；

步驟(f)中，形成柵電極的具體步驟為：

(f1)電子束光刻：

(f1.1)涂膠：將光刻膠均勻旋涂在樣品表面；

(f1.2)光刻：使用EBL設備完成光刻工藝，將樣品放于光刻設備中，對掩模進行對準,當樣品與掩模上的圖案正確對齊后，樣品與掩模接觸，光刻膠暴露在紫外線下；

(f1.3)顯影：將樣品使用DI浸泡去導電膠，之后放入顯影液四甲基異戊酮+異丙醇中浸泡，之后再放入異丙醇對樣品進行清洗，用N₂吹干樣品，最后采用O2plasama處理去除樣品表面的殘膠底模；

(f2)柵電極生長：

(f2.1)金屬淀積：使用電子束金屬蒸發器沉積Ni/Au；

(f2.2)剝離：將樣品放置于丙酮中浸泡同時進行超聲，然后將樣品浸泡在丙酮+異丙醇混合溶液中完成金屬剝離，將樣品用DI浸泡同時超聲波水浴，組后用N₂吹干樣品；

步驟(g)中，具體步驟還包括：

(g1)生長鈍化層：

(g1.1)以N₂O和SiH₄作為反應氣體；

(g1.2)在特定溫度設備環境下，生長所述鈍化層；

(g2)光刻：

(g2.1)涂膠：將正膠均勻旋涂于樣品表面；

(g2.2)顯影：將樣品在顯影液中浸泡；

(g3)刻蝕開窗口：將樣品放置于RIE設備中刻蝕；

(g4)樣品清洗：將樣品放置于丙酮溶液中浸泡同時進行超聲以實現去膠，然后將樣品放置于丙酮+異丙醇的混合溶液中浸泡去除雜質，之后用DI溶液浸泡同時超聲波水浴清洗樣品，最后用N₂吹干樣品；

步驟(h)中，具體步驟還包括：

(h1)光刻：

(h1.1)涂膠：將正膠均勻旋涂于樣品表面；

(h1.2)烘烤：將樣品放置在熱板上烘烤，除去抗蝕劑膜上的溶劑，增加抗蝕劑對晶圓片的附著力；

(h1.3)光刻：使用光刻鍵合對準機，將樣品放置其中在紫外下曝光；

(h1.4)顯影：將樣品在顯影液中浸泡，然后使用DI水沖洗樣品，最后使用N₂槍干燥；

(h2)場板金屬生長：

(h2.1)金屬淀積：在所述樣品表面使用電子束金屬蒸發器沉積Ni/Au；

(h2.2)金屬剝離：將所屬樣品浸泡在丙酮+異丙醇的混合溶液中，然后用DI沖洗，最后用N₂吹干樣品，完成場板工藝；

步驟(i)中，具體步驟還包括：

(i1)SiO₂鈍化層生長：

(i1.1)以N₂O和SiH₄作為反應氣體；

(i1.2)在特定溫度的設備環境下生長所述鈍化層；

(i2)光刻：

(i2.1)涂膠：將正膠均勻旋涂于樣品表面；

(i2.2)顯影：將樣品在顯影液中浸泡，然后使用DI水沖洗樣品，最后使用N₂槍干燥；

(i3)刻蝕開窗口：將樣品放置于RIE設備中刻蝕；

(i4)樣品清洗：將樣品放置于丙酮溶液中浸泡同時進行超聲以實現去膠，然后將樣品放置于丙酮+異丙醇的混合溶液中浸泡去除雜質，之后用DI溶液浸泡同時超聲清洗樣品，最后用N₂吹干樣品。