[發(fā)明專利]GaN刻蝕方法及高電子遷移率器件的制造方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310558534.5
• 申請日: 2023-05-17
• 公開（公告）號: CN116525429A
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡苗苗
• 申請（專利權(quán)）人: 北京北方華創(chuàng)微電子裝備有限公司
• 主分類號: H01L21/306
• 分類號: H01L21/306;H01L21/335
• 代理公司: 北京思創(chuàng)畢升專利事務(wù)所 11218
• 代理人: 廉莉莉

本發(fā)明公開了一種GaN刻蝕方法及高電子遷移率器件的制造方法，該刻蝕方法包括：利用第一工藝氣體刻蝕GaN層至預(yù)設(shè)深度，第一工藝氣體包括氯基氣體；利用第二工藝氣體繼續(xù)刻蝕GaN層至目標(biāo)深度，第二工藝氣體包括刻蝕氣體和鈍化氣體，鈍化氣體用于在刻蝕氣體的刻蝕過程中增強刻蝕形貌側(cè)壁和底部區(qū)域的鈍化。本發(fā)明能夠減小GaN刻蝕形貌底部的過刻量，改善刻蝕形貌底部的粗糙度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件制造領(lǐng)域，更具體地，涉及一種GaN刻蝕方法及高電子遷移率器件的制造方法。

背景技術(shù)

由于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)存在著極化效應(yīng)，使得異質(zhì)結(jié)處存在著高性能的二維電子氣(TwoDimensionalElectronGas，2DEG)，其常溫下遷移率為1200～2000cm2/V·s，溝道中的2DEG濃度可以達到1×1013cm^-2。基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)構(gòu)制作的晶體管由于異質(zhì)結(jié)處存在著二維電子氣，并且由于2DEG具有較高的遷移率，因此基于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)制備的晶體管被稱為高電子遷移率晶體管(HighElectronMobilityTransistor，HEMT)。由于AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)材料在未有摻雜的情況下就能夠形成高電子遷移率、高密度的2DEG，在柵極加負(fù)偏壓時器件才能處于關(guān)斷狀態(tài)，是一種常開(normallyon)器件。需要采用一些特殊的結(jié)構(gòu)或特殊工藝使柵極下方2DEG斷開，實現(xiàn)器件常關(guān)，也稱為增強型(E-HEMT)器件。

常見實現(xiàn)增強型器件功能的方式為p型GaN柵技術(shù)。P-GaN柵增強型GaNHEMT器件結(jié)構(gòu)如圖1所示。p-GaN柵技術(shù)是在柵極和AlGaN層之間，插入一定厚度的通過Mg摻雜而形成的p型GaN層，p-GaN可以抬高導(dǎo)帶到費米能級以上，最終使得柵極偏壓為零時柵極下方的2DEG耗盡。當(dāng)柵壓大于閾值電壓時，器件開始導(dǎo)通。當(dāng)柵壓增大到大于pn結(jié)勢壘時，空穴開始注入到導(dǎo)電溝道，引起電導(dǎo)調(diào)制。

P型GaNHEMT刻蝕的關(guān)鍵制程為柵上pGaN刻蝕，然而目前的刻蝕方法在pGaN刻蝕后底部粗糙，影響器件電性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種GaN刻蝕方法及高電子遷移率器件的制造方法，實現(xiàn)減小GaN刻蝕形貌底部的過刻量，改善刻蝕形貌底部的粗糙度。

為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提出了一種GaN刻蝕方法，包括：

利用第一工藝氣體刻蝕GaN層至預(yù)設(shè)深度，所述第一工藝氣體包括氯基氣體；

利用第二工藝氣體繼續(xù)刻蝕所述GaN層至目標(biāo)深度，所述第二工藝氣體包括刻蝕氣體和鈍化氣體，所述鈍化氣體用于在所述刻蝕氣體的刻蝕過程中增強刻蝕形貌側(cè)壁和底部區(qū)域的鈍化。

可選地，所述GaN層設(shè)置在AlGaN層上，所述目標(biāo)深度為所述GaN層的厚度，所述第二工藝氣體還包括保護氣體，所述保護氣體用于在所述AlGaN層上形成保護膜。

可選地，所述保護氣體包括含氟氣體。

可選地，所述鈍化氣體包括含氮氣體。

可選地，所述刻蝕氣體包括含氯氣體。

可選地，所述氯基氣體包括主刻蝕氣體和輔助刻蝕氣體；

所述主刻蝕氣體包括Cl₂，所述輔助刻蝕氣體包括BCl₃，所述輔助刻蝕氣體用于提升對GaN層的刻蝕速率及刻蝕形貌的側(cè)壁角度。

可選地，所述輔助刻蝕氣體還包括Ar。

可選地，所述預(yù)設(shè)深度為所述GaN層厚度的50-80％。

可選地，在所述第二工藝氣體中，所述刻蝕氣體為BCl₃，所述鈍化氣體為N₂，所述保護氣體為SF₆；