[发明专利]一种通过实时监控氟注入实现增强型HEMT器件的方法

说明书

本发明公开了一种通过实时监控氟注入实现增强型HEMT器件的方法，包括，在HEMT器件的源电极及漏电极上分别引出监控电极，两个电极均通过导线与源表相连，形成闭合回路，然后器件在氟离子处理的过程中，不断耗尽栅下的2DEG，输出电流逐渐减小，当源表显示输出电流为零时，即实现增强型，有效避免了氟离子过度注入导致输出电流降低。

技术领域

本发明涉及增强型高电子迁移率场效应晶体管的制备领域，具体涉及一种通过实时监控氟注入实现增强型HEMT器件的方法。

背景技术

基于AlGaN/GaN的高电子迁移率晶体管具有耐高压、大功率等特点，被广泛应用于射频微波及功率开关等领域。由于AlGaN/GaN异质结界面存在大量极化电荷，需要在栅极接上足够大的负偏压才能耗尽二维电子气(2DEG)，因此常规的AlGaN/GaN HEMT器件为耗尽型。然而，为了减少电路的复杂性和制备成本，同时提高电路的安全性，有必要开展增强型HEMT器件的研究。

目前实现增强型器件的方法主要有凹槽结构、p型盖帽层和氟离子注入。由于AlGaN势垒层的化学性质很稳定，因此凹槽结构和p型盖帽层大都是采用干法刻蚀。但干法刻蚀的精度难以控制，容易对器件造成损伤，影响器件稳定性。而氟离子注入是通过反应离子刻蚀设备(RIE)或感应耦合等离子体刻蚀设备(ICP)将氟离子注入栅下势垒层，从而耗尽栅下的沟道电子。相比凹槽结构和p型盖帽层，氟离子注入工艺过程中采用的四氟化碳(CF4)对势垒层的刻蚀作用较弱，器件损伤较小，且氟离子注入的工艺简单、能与常规耗尽型HEMT器件的制备工艺兼容，成为了增强型HEMT器件领域的重点研究对象。但是在工艺过程中，氟离子不可避免地进入2DEG沟道，导致沟道载流子迁移率降低，输出电流密度减小，难以实现大饱和电流高阈值电压增强型器件。因此，急需设计一种能够实时监控氟注入的方法，使器件在耗尽栅下二维电子气的同时，实现高饱和电流。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种通过实时监控氟注入实现增强型HEMT器件的方法。本发明在实现增强型器件的同时，避免大量氟离子进入2DEG沟道，保持器件的大饱和输出电流。

本发明采用如下技术方案：

一种通过实时监控氟注入实现增强型HEMT器件的方法，包括如下步骤：

S1在衬底上依次外延GaN沟道层及AlGaN势垒层，然后在AlGaN势垒层上进行光刻、刻蚀，做好标记点；

S2对准标记点进行光刻，再利用刻蚀对外延片进行台面隔离，进一步形成源金属电极和漏金属电极；

S3在源金属电极和漏金属电极上分别引出源监控电极及漏监控电极；

S4通过光刻暴露出氟离子注入区域以及源监控电极区域极漏监控电极区域；

S5将两个监控电极分别通过导线与源表的正负极连接，形成闭合回路；

S6将S5得到的外延片放置在感应耦合等离子体刻蚀腔内，进行氟等离子处理，不断耗尽栅下的2DEG，源表的输出电流示数为零时，达到注入终点；

S7取出外延片，用丙酮去除外延片上的光刻胶，进一步通过光刻、蒸镀形成栅金属电极，得到增强型HEMT器件。

所述S2中，源金属电极及漏金属电极为Ti、Al、Ni、Au形成的合金。

所述S2中进一步形成源金属电极和漏金属电极，具体是通过光刻、蒸镀、剥离和退火形成，其中退火的气氛为N₂，退火温度为850℃，保温时间为30s，升温速率为15℃/s。

所述S1及S2中，刻蚀均为感应耦合等离子体刻蚀，刻蚀反应气体为Cl₂和BCl₃混合气体，压强为5mTorr，上射频功率为300W，下射频功率为50W，刻蚀时间分别为150s和80s。