一种改善GaN异质结器件的栅极刻蚀损伤的结构和工艺方法

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，尤其涉及一种改善GaN异质结器件的栅极刻蚀损伤的结构和工艺方法。

背景技术

氮化镓作为第三代宽禁带半导体的典型代表，具有优良的物理和化学特性，非常适于研制高频、高压、高功率的器件和电路。氮化镓异质结器件(GaN HEMT)器件具有耐压高、输出功率密度高、耐高温以及工作频率高等特点，在军用和民用的微波功率领域有广泛的应用前景。

现有技术中，栅极的刻蚀一般采用的是等离子体直接轰击异质结表面。由于GaNHEMT为二维电子气(2DEG)结构，使得GaN HEMT为表面敏感性器件，采用等离子体直接轰击异质结表面的方式容易对异质结材料造成损伤，影像材料的性能，进而影像GaN HEMT的性能。

发明内容

鉴于上述技术问题，本公开一方面提供一种改善GaN异质结器件的栅极刻蚀损伤的工艺方法，包括：在衬底表面依次制备叠设的氮化镓缓冲层和势垒层；在势垒层表面制备源电极和漏电极；在势垒层表面、源电极表面和漏电极表面制备第一钝化层；在第一钝化层表面制备第二钝化层；对第二钝化层表面的预设区域进行干法刻蚀，直至刻蚀至第一钝化层表面，继续对预设区域的第一钝化层进行湿法腐蚀，直至腐蚀至势垒层表面，形成栅槽；在栅槽中制备栅电极。

根据本公开的实施例，采用氮化硅、氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛中的至少之一制备第一钝化层；采用氮化硅、氧化硅、氧化铝至少之一制备第二钝化层。

根据本公开的实施例，采用磁控溅射或等离子体增强化学的气相沉积或原子层沉积制备第一钝化层或第二钝化层。

根据本公开的实施例，制备厚度为～nm的第一钝化层；制备厚度为～nm的第二钝化层。

根据本公开的实施例，采用稀硫酸对预设区域的第一钝化层进行湿法腐蚀。

根据本公开的实施例，在栅槽中制备栅电极之前，制备方法还包括：对形成栅槽后的器件进行退火修复。

根据本公开的实施例，退火修复的温度为-℃。

根据本公开的实施例，在势垒层表面制备源电极和漏电极之前，制备方法还包括：采用台面隔离或离子注入隔离对器件有源区进行隔离。

根据本公开的实施例，栅电极为T型栅极。

本公开另一方面提供一种氮化镓异质结器件，包括：衬底，衬底表面叠设形成有氮化镓缓冲层和势垒层；备源电极和漏电极，形成于势垒层的表面；第一钝化层，形成于势垒层表面、源电极表面和漏电极表面；第二钝化层，形成于第一钝化层表面；栅电极，沿第二钝化层表面贯穿第二钝化层和第一钝化层且与势垒层表面接触，其中，栅电极通过于法刻蚀第二钝化层和湿法腐蚀第一钝化层形成。

根据本公开实施例提供的改善GaN异质结器件的栅极刻蚀损伤的工艺方法，至少包括以下技术效果：

在栅槽的刻蚀过程中，采用两层钝化层的结构及分步刻蚀的方法，上层钝化层采用干法刻蚀去处，底层钝化层采用材料损伤很小的湿法腐蚀进行，能够避免等离子体直接轰击异质结表面，从而减小氮化镓异质结器件的刻蚀损伤，进而减小氮化镓异质结器件的kink效应，改善氮化镓异质结器件性能。

附图说明

通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示意性示出了根据本公开一实施例的改善GaN异质结器件的栅极刻蚀损伤的工艺方法的流程图。

图2A-图2F示意性示出了图1所示的各操作对应的器件的结构图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的子系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在本公开中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对本公开的限制。

类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

针对现有技术的不足，本公开实施例提供一种氮化镓基器件的制备方法，主要包括欧姆接触制作、器件隔离、器件钝化、栅槽刻蚀、栅帽及栅足金属制作、源漏电极开孔、PAD及互联金属制作等。下面结合具体的实施例进行详细介绍。

图1示意性示出了根据本公开一实施例的改善GaN异质结器件的栅极刻蚀损伤的工艺方法的流程图。图2A-图2F示意性示出了图1所示的各操作对应的器件的结构图。

如图1和图2A-图2F所示，该制备方法例如可以包括操作S101～操作S106。

在操作S101，在衬底表面依次制备叠设的氮化镓缓冲层和势垒层。

在本公开实施例中，可以通过在衬底11上外延氮化镓缓冲层12和势垒层13，形成GaN HEMT异质结材料。再通过台面隔离或离子注入隔离对器件有源区进行隔离。通过操作S101得到的器件结构如图2A所示。

在操作S102，在势垒层表面制备源电极和漏电极。

在本公开实施例中，首先，可以在势垒层13表面光刻定义欧姆接触金属位置然后，沉积金属并退火形成欧姆接触，得到源电极16和漏电极17。通过操作S102得到的器件结构如图2B所示。

在操作S103，在势垒层表面、源电极表面和漏电极表面制备第一钝化层。在第一钝化层表面制备第二钝化层。

在本公开实施例中，可以采用氮化硅、氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钛中的至少之一在势垒层13表面、源电极16表面和漏电极17表面制备第一钝化层14。可以采用氮化硅、氧化硅、氧化铝至少之一在第一钝化层14表面制备第二钝化层15。示例性的，在势垒层13表面依次生长氧化钛和氮化硅作为第一钝化层14表面和第二钝化层15。

在本公开实施例中，制备第一钝化层14和第二钝化层15的方法例如可以采用磁控溅射或等离子体增强化学的气相沉积或原子层沉积。第一钝化层14的厚度例如可以为5～20nm，第二钝化层15的厚度例如可以为50～200nm。通过操作S103得到的器件结构如图2C所示。

在操作S104，对第二钝化层表面的预设区域进行干法刻蚀，直至刻蚀至第一钝化层表面，

在本公开实施例中，首先，在第一钝化层14和第二钝化层15上光刻或电子束曝光定义出栅足线条。然后，采用干法刻蚀刻蚀掉栅足线条对应区域的上层第二钝化层15。其中，干法刻蚀所使用的气体不同或可采用其他方法能在界面处反应自终止。通过操作S104得到的器件结构如图2D所示。

在操作S105对预设区域的第一钝化层进行湿法腐蚀，直至腐蚀至势垒层表面，形成栅槽。

在本公开实施例中，继续采用湿法腐蚀腐蚀掉栅足线条对应区域(预设区域)的底层第一钝化层14，直至腐蚀至势垒层13表面。

其中，湿法腐蚀的化学药品不与上层钝化材料反应或反应选择比高，例如可以采用稀硫酸对预设区域的第一钝化层14进行湿法腐蚀。通过操作S105得到的器件结构如图2E所示。

在操作S106，在栅槽中制备栅电极。

在本公开实施例中，光刻或电子束曝光定义出栅极18，并电极金属形成栅极18。电极18例如可以为T型栅极，T型栅极可以起到调节电场分布的作用，可作为栅场板使用。通过操作S106得到的器件结构如图2F所示。

此外，在操作S106之前，制备方法例如还可以包括对形成栅槽后的器件进行退火修复，退火修复的温度为400-500℃。

在操作S106之后，制备方法例如还可以包括光刻进行源、漏电极刻蚀，漏出电极金属，再次光刻进行电极互联和PAD金属制作。

本公开实施例提供的氮化镓基器件的原理为：由于组成异质结的两种材料的禁带不同，在异质结界面处形成了势垒和势阱，由于极化效应或调制掺杂产生的自由电子，积累在非掺杂的氮化镓层靠近界面的三角形势阱中，形成二维电子气，由于使势阱中的这些电子与势垒中的电离杂质空间分离，大大降低了库伦散射，从而显著提高了材料的迁移率。研制成器件后，通过栅电极可以控制异质结界面处的二维电子气浓度19，在一定的直流偏压下，可以对高频微波信号进行放大。

根据本公开实施例提供的改善GaN异质结器件的栅极刻蚀损伤的结构和工艺方法方法，在栅槽的刻蚀过程中，采用两层钝化层及分步刻蚀的方法，上层钝化层采用干法刻蚀去处，底层钝化层采用材料损伤很小的湿法腐蚀进行，能够避免等离子体直接轰击异质结表面，从而减小氮化镓异质结器件的刻蚀损伤，进而减小氮化镓异质结器件的kink效应，改善氮化镓异质结器件性能。

本公开实施例还提供一种氮化镓异质结器件，继续参阅图2E，该氮化镓异质结器件例如可以包括：

衬底11，其表面叠设形成有氮化镓缓冲层12和势垒层13。

源电极16和漏电极17，形成于势垒层13的表面。

第一钝化层14，形成于势垒层13表面、源电极16表面和漏电极17表面。

第二钝化层15，形成于第一钝化层14表面。

栅电极18，沿第二钝化层15表面贯穿第二钝化层15和第一钝化层14且与势垒层13表面接触，其中，栅电极18通过干法刻蚀第二钝化层15和湿法腐蚀所述第一钝化层14形成。

需要说明的是，氮化镓异质结器件实施例部分的实施细节及带来的技术效果与氮化镓异质结器件制备方法部分的实施细节及带来的技术效果是相似的，具体参见制备方法实施例部分，此处不再赘述。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。