基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法，隔离区利用自停止氧化湿法腐蚀技术制备，消除了等离子体对有源区边缘及隔离区表面的损伤，可以有效降低泄漏电流，而隔离区仅势垒层被刻蚀掉，相对于ICP刻蚀来说台阶高度明显降低，且可以方便地与自停止刻蚀的栅凹槽同时完成，从而简化自停止刻蚀的凹槽栅氮化镓基增强型器件制备工艺，具有很高的可操作性和可重复性，十分利于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体技术中的氮化镓基器件领域，具体涉及一种基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法。
技术介绍
以AlGaN/GaN为材料基础的器件统称为氮化镓基器件，例如AlGaN/GaN异质结场效应管(heterostructurefieldeffecttransistors,HFET)，异质结双极晶体管(heterostructurebipolartransistor,HBT)等。氮化镓基器件具有击穿场强大、电子迁移率高、饱和速度大等优点，被认为是下一代功率开关器件的有力竞争者，近年来备受研究者青睐。目前存在多种氮化镓基器件的隔离方法，最常用的是BCl3/Cl2基的ICP(InductivelyCoupledPlasma)隔离，但是此种隔离方法对有源区边缘以及隔离区表面损伤较大，容易引发缺陷辅助的泄漏电流。氟离子注入等基于离子注入或离子诱发损伤的平面隔离方法也有一定的应用，但是高能等离子体很容易引发器件表面的损伤破坏，从而降低器件的性能增大关态泄漏电流。近来也有研究组进行过局域表面热氧化的隔离方式研究，但是隔离区氧化物形成所需要的温度过高，且高温时间过长，严重退化器件的性能。因此，对于氮化镓基器件而言，能够开发出一种方便而又尽可能保持器件性能降低泄漏电流的隔离方法是非常有意义的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法，隔离区利用自停止氧化湿法腐蚀技术制备，消除了等离子体对有源区边缘及隔离区表面的损伤，可以有效降低泄漏电流，而隔离区仅势垒层被刻蚀掉，相对于ICP刻蚀来说台阶高度明显降低，且可以方便地与自停止刻蚀的栅凹槽同时完成，从而简化自停止刻蚀的凹槽栅氮化镓基增强型器件制备工艺，具有很高的可操作性和可重复性，十分利于工业化生产。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法，其步骤包括：1)在氮化镓基表面光刻器件区域；2)刻蚀非器件区域的氮化镓盖帽层并去除剩余光刻胶；3)对所述氮化镓基表面在高温条件下进行氧化处理；4)将氧化处理后的氮化镓基表面置于腐蚀性溶液中进行腐蚀，形成隔离岛。进一步地，步骤1)中所述氮化镓基的材料主要包括AlGaN/GaN、InGaN/GaN、InAlN/GaN等材料；光刻方式包括接触式光刻等，光刻胶采用AZ5214等材质。进一步地，步骤2)中所述刻蚀方法包括但不限于：RIE(反应离子刻蚀，ReactiveIonEtching)，BOE(BufferOxideEtch，缓冲蚀刻液)等溶液进行浸泡处理或其他干法刻蚀方法。进一步地，步骤2)中采用有机溶剂清洗的方法去除剩余光刻胶，有机溶剂为丙酮、异丙醇等有机溶剂。进一步地，步骤3)通过快速退火炉或管式退火炉等进行所述氧化处理，氧化温度为590-670℃，时间为40min-80min，但不限于此。进一步地，步骤4)所述腐蚀性溶液一般为强碱溶液(其他类溶液根据实际情况也可)：氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液等；质量浓度(即碱性固体物质在其溶液中的质量百分数(wt％))为10％-70％，其温度为50-90℃，腐蚀时间为25min-70min，但不限于此。进一步地，上述方法还可以包括：在光刻器件区域之前，在氮化镓基表面淀积保护层，此时，步骤2)还包括同时刻蚀非器件区域的保护层，步骤4)还包括将腐蚀后的氮化镓基表面上的保护层去除。进一步地，所述保护层的材料包括SiO2或SiN等材料。进一步地，淀积保护层的方法包括但不限于：PECVD(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition，等离子体增强化学气相沉积)，ICP-CVD(InductivelyCoupledPlasmaChemicalVaporDeposition,电感耦合等离子体化学气相淀积)、光学薄膜沉积。进一步地，步骤4)一般采用可腐蚀氮化物或氧化物等的酸性溶液去除氮化镓基材料表面的保护层，所述酸性溶液包括但不限于：1)BOE(BufferOxideEtch，缓冲蚀刻液)溶液浸泡处理，可调整浓度范围；2)HF(氢氟酸)溶液浸泡处理，可调整浓度范围。本专利技术基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法，具有以下有益效果：(一)利用了自停止氧化腐蚀技术，即只氧化势垒层，后续腐蚀可以只腐蚀掉被氧化的势垒层，腐蚀过程停止在GaN层表面，更利于控制，因而隔离区表面平整，台阶边缘光滑，也可以有效抵抗位错优先氧化的影响，提供了一种具有更低泄漏电流的氮化镓基器件的隔离方法；(二)只需保证温度是在自停止氧化范围内，时间超过氧化到GaN表面所需时间即可，不需精确控制二者，简单可控，是浅槽隔离，隔离效果超过ICP，同时也降低了器件的关态泄漏电流；(三)仅仅腐蚀掉势垒层就可以实现很好的隔离特性，而且由于氧化温度低，时间短，对器件性能几乎没有影响，相对于此前专利的隔离方法来说具有很大优势；(四)相对ICP隔离方法大大降低了台阶高度，且可操作性和可重复性也很高，可与自停止刻蚀栅凹槽同步完成简化凹槽栅氮化镓基增强型器件的工艺流程，利于工业化生产；(五)采用本专利技术方法制备的氮化镓基器件隔离性能优异，40μm间距隔离岛在10V偏压下的岛间泄漏电流约为6x10-8mA/mm，比同一晶圆上制造的ICP隔离岛间泄漏电流低约一个数量级，更加利于工业化生产。附图说明图1是本专利技术的基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备流程图。图2是本专利技术实施例中基于自停止刻蚀隔离的氮化镓基HEMT的制备流程图。图3(a)是实施例中ICP隔离HEMT的正反扫转移特性曲线和栅泄漏电流曲线，图3(b)是实施例中自停止隔离HEMT的正反扫转移特性曲线和栅泄漏电流曲线；横坐标VGS为栅源电压，左纵坐标ID为漏极电流，右纵坐标IG为栅极电流。图4(a)是实施例中ICP隔离HEMT的半对数坐标转移特性曲线和提取的跨导曲线，图4(b)是实施例中自停止隔离HEMT的半对数坐标转移特性曲线和提取的跨导曲线；横坐标VGS为栅源电压，左纵坐标ID为漏极电流，右纵坐标Gm为跨导。图5(a)是实施例中ICP隔离HEMT的输出特性曲线，图5(b)是实施例中自停止隔离HEMT的输出特性曲线；横坐标VDS为漏源电压，纵坐标为IDS为漏极电流。图6是实施例中VGS＝-7V,VDS＝10V偏置下ICP隔离HEMT和自停止隔离HEMT关态栅极泄漏电流随温度的变化曲线。横坐标为测试温度，纵坐标为IG为关态栅极泄漏电流。图7是实施例中VGS＝1V,VDS＝10V偏置下ICP隔离HEMT和自停止隔离HEMT开态漏极电流随温度的变化曲线。横坐标为测试温度，纵坐标ID为开态漏极电流。具体实施方式下面通过具体实施例并配合附图，对本专利技术做详细的说明。本专利技术可实现基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的原理是：在AlGaN/GaN、InGaN/GaN、InAlN/GaN等氮化镓基材料中，由于GaN比AlGaN等其他材料层具有更高的抗氧化特性，在氧化处理时，使暴露出的AlGaN等材料层被氧化而不影响其下面的GaN层及未暴露出的AlGaN等材料层(包括未刻蚀的盖帽层下或未刻蚀的保护层下的AlGaN等材料层)，形成的氧化物容易被KOH等碱性溶液腐蚀，同时该碱性溶液对GaN层没有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法，其步骤包括：1)在氮化镓基表面光刻器件区域；2)刻蚀非器件区域的氮化镓盖帽层并去除剩余光刻胶；3)对所述氮化镓基表面在高温条件下进行氧化处理；4)将氧化处理后的氮化镓基表面置于腐蚀性溶液中进行腐蚀，形成隔离岛。

【技术特征摘要】
1.一种基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法，其步骤包括：1)在氮化镓基表面光刻器件区域；2)刻蚀非器件区域的氮化镓盖帽层并去除剩余光刻胶；3)对所述氮化镓基表面在高温条件下进行氧化处理；4)将氧化处理后的氮化镓基表面置于腐蚀性溶液中进行腐蚀，形成隔离岛。2.如权利要求1所述的基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述氮化镓基的材料包括AlGaN/GaN、InGaN/GaN和InAlN/GaN。3.如权利要求1所述的基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法，其特征在于，步骤1)中光刻方式为接触式光刻，光刻胶采用AZ5214。4.如权利要求1所述的基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述刻蚀方法包括：RIE，BOE或其他干法刻蚀方法；采用有机溶剂清洗的方法去除剩余光刻胶，所述有机溶剂包括丙酮、异丙醇。5.如权利要求1所述的基于自停止刻蚀的氮化镓基器件隔离的制备方法，其特征在于，步骤3)通过快速退火炉或管式退火炉等进行所述氧化处理，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘靖骞，王金延，徐哲，王茂俊，谢冰，于民，吴文刚，张进城，马晓华，郝跃，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11