[发明专利]一种提高GaN HEMT界面质量的方法

说明书

本发明提供一种提高GaN HEMT界面质量的方法，包括如下步骤：外延生长；Si基GaN外延晶片清洗；光刻及对准标记形成；台面隔离；源、漏欧姆接触；钝化层沉积；栅槽刻蚀；紫外/O₂处理；栅金属沉积；保护层沉积；开孔及金属互联。本发明采用有效波长为85％254nm和15％185nm紫外热阴极低压汞蒸汽灯，加上氧气对栅金属沉积前进行预处理生成Ga₂O界面介质层，不仅具有低成本无污染的优势而且还有效提高了界面质量，有利于器件的产业化应用。

技术领域

本发明涉及电子元器件制造技术领域，具体涉及一种提高槽栅GaN HEMT(氮化镓高电子迁移率晶体管)器件可靠性的方法。

背景技术

GaN HEMT非常适合高功率开关应用，在击穿电压方面具有突破性的性能优势，并且结合了高速和低损耗开关性能，适合超高带宽的开关电源和蜂窝电话基站的微波功率器件。

但是，现有技术制造的GaN HEMT由于栅极下不可避免的界面缺陷会产生栅电流泄漏、导通电阻增大、电流崩塌、开关损耗增大等问题，并在器件之间引起明显的陷阱辅助隧穿等，是其产业化进程的一大制约因素。因此，有必要对现有技术进行改进，以克服现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种提高GaN HEMT界面质量的方法，采用有效波长为85％254nm和15％185nm紫外(UV)热阴极低压汞蒸汽灯，加上氧气对栅金属沉积前进行预处理生成Ga₂O界面介质层，不仅具有低成本的优势而且还有效提高了界面质量，有利于器件的产业化应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种提高GaN HEMT界面质量的方法，包括如下步骤：

1)外延生长：在Si衬底上通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)自下而上分别生长AlN成核层、GaN缓冲层、AlN插入层、AlGaN势垒层、GaN冒层，形成Si基GaN外延晶片；

2)Si基GaN外延晶片清洗：将外延衬底依次放入MOS级丙酮和MOS级乙醇中超声3min，用流动的去离子水清洗样片2min并用氮气枪吹干；接着将器件浸入HF:HCl:H₂O体积比为1:4:20的溶液1min，去除表面上的天然氧化物，然后用去离子水冲洗2min并用氮气枪吹干，完成样品清洗；

3)光刻及对准标记形成：对样品甩正胶S9912，转速6000转/min，在100℃的热板上烘5min，通过紫外光刻、显影、定影，形成腐蚀窗口，同时在光刻胶上形成对准标记；

4)台面隔离：采用反应离子刻蚀(RIE)法，利用氯气(Cl₂)作为反应刻蚀气体，干法刻蚀GaN冒层、AlGaN势垒层、AlN插入层和部分GaN缓冲层；将有源区以外的异质结二维电子气刻蚀掉，形成器件有源区之间的隔离；

5)源、漏欧姆接触：对样品甩正胶AZ6130，转速为6000转/min，95℃的热板上烘2min；与步骤3)的对准标记套刻光刻，显影、定影形成源/漏电极窗口；然后采用电子束蒸发设备完成金属堆栈沉积，形成Ti/Al/Ni/Au金属层；在850℃下快速热退火30s，形成有源极与漏极的欧姆接触电极；

6)钝化层沉积：通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法，以气体流量为600sccm的SiH₄、1960sccm的N₂和20sccm的NH₃作为化学反应源，温度为250℃，射频功率为60W，等离子体增强化学气相沉积的腔室压力为500Torr的条件下沉积160nm厚的Si₃N₄钝化层；