[發明專利]一種GaN HEMT器件中選擇性去除GaN的方法及器件

在審

• 申請號: 202011506761.6
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112635555A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 李亦衡;武樂可;夏遠洋;黃克強;朱友華;朱廷剛
• 申請（專利權）人: 江蘇能華微電子科技發展有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 王樺

本發明涉及一種GaN HEMT器件中選擇性去除GaN的方法，包括形成外延結構，在p?GaN層上沉積鈍化層，對鈍化層進行蝕刻，僅保留用于形成柵極的p?GaN區域上方的鈍化區域，對p?GaN層的進行熱分解，直至除p?GaN區域以外的所有p?GaN層完全去除。一種器件，其包括由GaN HEMT器件中選擇性去除GaN的方法形成的結構。本發明的方法通過熱分解將GaN完全去除后，下面的AlGaN“停止”層保持不受損，從而保持二維電子氣（2DEG）完整性，提升了器件的性能和質量。

技術領域

本發明涉及晶體管技術領域，特別是涉及一種GaN HEMT器件中選擇性去除GaN的方法及器件。

背景技術

GaN HEMT（高電子遷移率晶體管）是一種常開型器件（閾值電壓Vth0V），其在GaN溝道層和AlGaN勢壘層之間的界面區域存在二維電子氣（2DEG），如圖1所示。

目前，在商業產品中普遍采用最可靠的方法來實現常關型HEMT器件（Vth 0V）為：在常開型HEMT結構的頂部使用p-GaN蓋層來完全耗盡二維電子氣（2DEG）。當p-GaN柵極偏壓高于閾值電壓（Vgs Vth）或當p-GaN蓋層被完全去除時，除柵極區域以外的區域中，二維電子氣（2DEG）會重新形成，如圖2所示。

通常使用干法蝕刻技術去除p-GaN蓋層，直到蝕刻工藝通過數字蝕刻（在表面上形成薄的蝕刻副產物層并去除）等不同的選擇到達下部的AlGaN勢壘層處停止，終點檢測（揮發性氣體種類信號變化）和高蝕刻選擇性（GaN-AlGaN蝕刻選擇性10：1）配方（例如，Cl₂/O₂/Ar氣體組合），以使損傷或損耗最小化得到AlGaN勢壘層。盡管如此，AlGaN勢壘層始終存在一些殘留的表面損傷和損耗，由于比目標AlGaN勢壘層厚度薄而導致器件性能下降，例如與表面相關的動態導通電阻增加和二維電子氣（2DEG）密度降低。

如圖3a示出了一種常關“增強型”（Vth 0V）p-GaN柵極HEMT的初始外延結構，其二維電子氣（2DEG）在GaN溝道層與AlGaN勢壘層之間的界面處完全耗盡。初始AlGaN層厚度5?25nm，使得器件Vth在預定范圍內，例如1?2V。如圖3b所示：通過標準光刻方法對p-GaN層進行構圖，并按常規干法蝕刻去除掉除柵極區域以外的所有p-GaN層。但是，即使蝕刻時采用高GaN-AlGaN選擇性蝕刻配方，在干法蝕刻過程中也不可避免地損壞AlGaN勢壘表面。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種GaN HEMT器件中選擇性去除GaN的方法。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種GaN HEMT器件中選擇性去除GaN的方法，包括以下步驟：

步驟1：

（1）、形成外延結構：在基層上生長緩沖層，在緩沖層上生長溝道層，在溝道層上生長勢壘層，在勢壘層上生長p-GaN層，

（2）、在p-GaN層上沉積鈍化層，

步驟2：

對鈍化層進行蝕刻，僅保留用于形成柵極的p-GaN區域上方的鈍化區域，

步驟3：

對p-GaN層的進行熱分解，直至除p-GaN區域以外的所有p-GaN層完全去除。

優選地，在步驟2后、步驟3前，先對除p-GaN區域以外的所有p-GaN層進行蝕刻，保留p-GaN層的厚度在5?25nm之間。

優選地，所述的p-GaN層生長的厚度為50-200nm。

優選地，在步驟3中：對p-GaN層熱分解的溫度大于600℃。

優選地，在步驟3中：在真空或氫氣或氮氣或氮氫混合氣的氛圍下對p-GaN層的進行熱分解。

優選地，在步驟3中：采用管式爐或RTP工具或MOCVD室對p-GaN層的進行熱分解。