[发明专利]一种具有凹槽栅的增强型氮化镓异质结HEMT的刻蚀方法有效

申请号：	201811230221.2	申请日：	2018-10-22
公开（公告）号：	CN109390234B	公开（公告）日：	2022-03-22
发明（设计）人：	周炳;陈雨雁	申请（专利权）人：	张家港意发功率半导体有限公司
主分类号：	H01L21/335	分类号：	H01L21/335;H01L21/311;H01L21/66
代理公司：	常州智慧腾达专利代理事务所(普通合伙) 32328	代理人：	曹军
地址：	215600 江苏省苏***	国省代码：	江苏;32
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摘要：
搜索关键词：	一种具有凹槽增强氮化镓异质结 hemt 刻蚀方法
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【说明书】：

本发明公开了一种具有凹槽栅的增强型氮化镓异质结HEMT的刻蚀方法。通过分别采用氧等离子体对帽层和多层外延层表面进行氧化，分别形成第一氧化层和第二氧化层，然后采用气体等离子体对第一氧化层和第二氧化层进行刻蚀。由于第二氧化层含有铝的氧化物，铝的氧化物较为致密，一定程度上降低了刻蚀速率，刻蚀损伤较小，从而获得较光滑的刻蚀表面，提高了刻蚀精度，每一个刻蚀循环都会完成固定的纳米级刻蚀深度，通过多次循环刻蚀可实现所要求的刻蚀精度和表面平整度，同时工艺过程中采用紫外激光测厚仪测量刻蚀的厚度以及配合质谱仪监测铝的离子浓度控制工艺进度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别的，涉及一种具有凹槽栅的增强型氮化镓异质结HEMT(高电子迁移率晶体管)的刻蚀方法。

背景技术

宽禁带半导体材料GaN(氮化镓)具有禁带宽度宽、临界击穿电场强度大、饱和电子速度高、介电常数小以及良好的化学稳定性等特点，特别是基于GaN的ALGaN/GaN结构具有更高的电子迁移率，使得GaN器件具有低的导通电阻、高的工作频率，能满足下一代电子装备对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣高温工作的要求。

现有的实现增强型GaN HEMT器件的方法有：凹槽栅技术、氟离子注入技术、P-GaN盖帽技术和Cascode技术。通常采用刻蚀工艺实现凹槽栅增强型GaN HEMT,刻蚀凹槽栅能降低栅极到沟道的距离从而提高栅极对沟道的控制，能够有效提高器件的阈值电压。同时，凹槽栅刻蚀能够提高器件跨导，提高ALGaN/GAN的高频性能，减少由于栅长减短而引起的短沟道效应。

中国专利CN107293587A公开了一种通过采用含有HBr与He的刻蚀气体产生的等离子体对GaN/ALGaN层进行蚀刻，从而形成GaN/ALGaN栅槽，然而，由于蚀刻过程中，离子轰击造成刻蚀材料化学键断裂的同时造成表面产生刻蚀损伤，刻蚀精度不易控制，增加表面漏电。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中存在的上述问题，现提供一种减少刻蚀损伤的氮化镓异质结HEMT的刻蚀方法，包括以下步骤：

S100：在一半导体衬底上形成GaN/AlGaN多层外延材料层，所述多层外延材料层自下往上依次包括：缓冲层、多层外延层以及帽层，所述多层外延层包括依此设置的GaN层、AlN层以及AlGaN层，所述AlGaN层位于所述AlN层和所述帽层之间；

S200：在所述GaN/AlGaN多层外延材料层的表面形成刻蚀阻挡层，所述刻蚀阻挡层为Al₂O₃。

S300：将所述刻蚀阻挡层的中间部分通过光刻形成凹槽，将所述帽层表面暴露出来；

S400：使用氧等离子体对暴露出来的所述帽层进行氧化处理以形成第一氧化层；

S500：采用气体等离子体对步骤S400中形成的所述第一氧化层进行刻蚀，以去除所述第一氧化层；

S600：使用氧等离子体对经步骤S500处理后暴露出来的AlGaN层进行一定深度的氧化处理以形成第二氧化层；

S700：采用气体等离子体对步骤S600中形成的所述第二氧化层进行刻蚀，以去除所述第二氧化层；

S800：重复步骤S600和步骤S700，直至在所述AlGaN层上刻蚀形成所需深度的凹槽栅结构。

进一步地，在步骤S700中，采用紫外激光测厚仪实时监测所述凹槽处的增强型氮化镓异质结HEMT的厚度，确定刻蚀终点。