一种GaN基p型栅结构的制备方法技术

本发明专利技术提供一种GaN基p型栅结构的制备方法，其步骤包括：在氮化镓基材料表面涂敷光刻胶并光刻待刻蚀区域图形；采用干法刻蚀以光刻胶为掩膜，刻蚀暴露区域的GaN cap层和~90%厚度的p型栅层，去除剩余光刻胶；对处理后的氮化镓基材料进行氧化处理；将氮化镓基材料置于腐蚀性溶液中进行腐蚀，得到GaN基p型栅结构。该方法采用干法和湿法混合刻蚀，完成GaN基p型栅结构的制备；其中的湿法腐蚀解决了干法刻蚀引起的表面损伤问题，其自停止特性保证了刻蚀深度的均匀性；其中的干法刻蚀将湿法腐蚀需要刻蚀的厚度明显缩小，可大大减小单纯采用湿法腐蚀所需氧化和腐蚀时间，不仅提高了效率，更减小了侧向腐蚀效应，保证了工艺可控性。

A preparation method of GaN-based p-gate structure

The invention provides a preparation method of GaN-based p-type gate structure, which includes: coating photoresist on the surface of GaN-based material and etching the pattern of the area to be etched; etching the GaN cap layer and the p-type gate layer with a thickness of ~90% in the exposed area by dry etching, removing the residual photoresist; oxidizing the treated GaN-based material; The material was corroded in corrosive solution and GaN-based p-gate structure was obtained. In this method, the GaN-based p-gate structure is fabricated by mixing dry etching and wet etching. The wet etching solves the surface damage caused by dry etching, and its self-stop characteristic ensures the uniformity of etching depth. The dry etching reduces the thickness of wet etching and greatly reduces the oxidation and corrosion time required by wet etching alone. It not only improves the efficiency, but also reduces the side corrosion effect and ensures the controllability of the process.

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基p型栅结构的制备方法
本专利技术是关于氮化镓基（GaN）材料及器件的半导体
，具体涉及一种GaN基p型栅结构的制备方法。
技术介绍
以AlGaN/GaN、InGaN/GaN、InAlGa/GaN等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。然而由于上述材料体系中异质结结构具有强大的自发极化和压电极化效应，基于上述材料体系的GaN基异质结场效应管均为耗尽型器件，即其阈值电压为负。在实际功率转换应用中，增强型器件更受青睐，一方面增强型器件可以降低驱动电路的设计复杂度；另一方面，增强型器件可以避免误操作的风险。目前，实现增强型器件的技术中主要包括氟离子注入技术、凹槽栅技术、p型栅技术等。其中，p型栅技术最为成熟，也是在目前商业化GaN产品中采用最多的技术。然而，目前p型栅结构的制备仍然采用基于电感耦合（ICP）或反应离子刻蚀（RIE）的干法刻蚀技术，一方面干法刻蚀容易对GaN表面造成损伤，引起器件性能退化；另一方面，干法刻蚀刻蚀速率控制难度高、刻蚀深度不一致性大，从而造成片内/片间器件特性的一致性差，进而降低GaN产品良率。另一方面，针对p型栅结构的湿法腐蚀技术尚不成熟，同时，湿法腐蚀过程将不可避免的引入侧向腐蚀现象，影响器件工艺可控性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述问题，提供一种GaN基p型栅结构的制备方法，这种方法基于定制化GaN外延结构，提供一种干法和湿法相结合的混合刻蚀技术完成p型栅结构的制备，通过干法刻蚀完成p型栅层90%±5%厚度的刻蚀，剩余厚度的p型栅层采用湿法腐蚀完成，进而完成p型栅结构的制备。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术提供一种GaN基p型栅结构的制备方法，其步骤包括：1）在氮化镓基材料表面涂敷光刻胶，并光刻待刻蚀区域图形；氮化镓基材料为定制化外延片结构，所述定制化外延片结构自下而上包括：1）外延衬底Substrate；2）高阻GaN缓存层（GaNbuffer）；3）GaN沟道层；4）势垒层；5）GaN截止层；6）p型栅层；7）GaN盖帽层（GaNcap）；2）采用干法刻蚀技术，以光刻胶为掩膜，刻蚀氮化镓基材料表面的待刻蚀区域的GaN盖帽层及下面对应的90%±5%厚度的p型栅层，再去除剩余光刻胶；3）对经过步骤2）处理后的氮化镓基材料进行氧化处理，即对经过刻蚀后剩余厚度的p型栅层进行氧化处理；4）将氧化处理后的氮化镓基材料整体置于腐蚀性溶液中进行腐蚀，即对氧化后的p型栅层进行腐蚀处理，得到GaN基p型栅结构。进一步地，所述外延衬底包括但不限于硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底。进一步地，所述高阻GaN缓存层包括但不限于碳掺杂或铁掺杂GaN层。进一步地，所述势垒层包括但不限于AlGaN、InAlN、InGaN。进一步地，所述GaN截止层为GaN材料，厚度为2-5nm。进一步地，所述p型栅层包括但不限于p-AlGaN、p-InAlN、p-AlN。进一步地，所述GaN盖帽层厚度为2-5nm。进一步地，所述光刻胶可以采用AZ5214等材质；所述光刻采用接触式光刻等方式。进一步地，步骤2）所述干法刻蚀技术包括但不限于：①RIE（反应离子刻蚀，ReactiveIonEtching）处理；②ICP（电感耦合等离子体刻蚀，Inductivelycoupledplasma）处理。进一步地，步骤3）进行氧化处理的温度为590~670℃，时间为10~20min；优先选用管式退火炉进行氧化处理，气氛为氧气。进一步地，所述腐蚀性溶液为碱性溶液，如氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液：其温度为50~90℃，腐蚀时间为10min~20min。进一步地，剩余10%±5%厚度的p型栅层的氧化温度低于其下面GaN截止层的氧化温度，在一定氧化温度下，只有p型栅层能够被氧化，而氧化后的p型栅层容易被KOH等碱性溶液腐蚀，同时该碱性溶液对GaN截止层没有任何影响，从而能够选择性腐蚀特定区域的p型栅层，具有自停止特性，从而完成GaN基p型栅结构的制备。经过比对，若单纯采用传统干法刻蚀技术完成p型栅结构制备，步骤2）中应该将全部（即100%±5%）去除p型栅层，但是由于干法刻蚀深度不均匀（100%±5%）会造成p型栅层的过刻蚀和欠刻蚀现象，过刻蚀和欠刻蚀都会引起器件二维电子气降低，引起器件特性退化；另一方面单纯采用干法刻蚀将对所刻蚀材料表面造成损伤，而表面损伤会严重引起器件的动态特性退化。步骤2）中首先采用干法刻蚀去除90%±5%厚度的p型栅层，由于剩余厚度的p型栅层采用自停止湿法腐蚀技术去除，保证了刻蚀的均匀性，避免了单纯采用干法刻蚀引起的过刻蚀、欠刻蚀和表面损伤问题。进一步地，步骤3）、4）中仅需完成剩余p型栅层的去除，若单纯采用自停止湿法腐蚀技术在步骤2）中完成全部p型栅层的去除，而不是去除90%±5%厚度的p型栅层，由于p型栅层厚度较大（通常~100nm），步骤3）、4）中将需要采用较长的氧化时间（>120min）和腐蚀时间（>120min）才能完成特定区域p型栅层的去除，而如此长时间的腐蚀将大大增加腐蚀过程中的侧向腐蚀效应，从而大大降低了工艺可控性。而通过步骤2）首先采用干法刻蚀去除90%±5%厚度的p型栅层，步骤3）、4）中剩余厚度的p型栅层的氧化和腐蚀时间均可控制在20min以内，从而大大降低了腐蚀过程中的侧向腐蚀效应，增加了工艺可控性。本专利技术的有益效果如下：（1）相比于单纯采用传统干法刻蚀技术，本专利技术采用干法和湿法刻蚀相结合的混合刻蚀技术，该方法中的湿法腐蚀解决了干法刻蚀引起的表面损伤问题，另一方面，由于湿法腐蚀具有自停止特性，保证了刻蚀深度的均匀性；（2）相比于单纯采用传统自停止湿法腐蚀技术，本专利技术由于引入干法刻蚀技术将湿法腐蚀需要刻蚀的厚度缩小至10%左右，从而可以大大减小单纯采用湿法腐蚀所需氧化和腐蚀时间，不仅提高了效率，更重要的是减小了由于湿法腐蚀时间过长引起的侧向腐蚀效应，保证了工艺可控性。附图说明图1是本专利技术实施例中的定制化氮化镓外延结构示意图。图2是本专利技术所制备的GaN基p型栅结构示意图。图3是若单纯采用干法刻蚀去除p型栅层所造成的过刻蚀和欠刻蚀现象示意图。图4是若单纯采用干法刻蚀去除p型栅层所造成的表面损伤现象示意图。图5是若单纯采用湿法腐蚀去除p型栅层所造成的侧向腐蚀现象示意图。图6是本专利技术制备GaN基p型栅结构的步骤流程图。图7是实施例中p-AlGaN栅层干法刻蚀后结构图，同时也是p-AlGaN层待湿法腐蚀区域的结构图。图8是实施例中基于p-AlGaN栅层制备的GaN基p型栅结构图。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。一种GaN基p型栅结构的制备方法，如图6所示，其步骤包括：1）在氮化镓基材料表面涂敷光刻胶，并光刻待刻蚀区域图形；氮化镓基材料为定制化外延片结构，所述定制化外延片结构自下而上包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基p型栅结构的制备方法，其步骤包括：1）在氮化镓基材料表面涂敷光刻胶，并光刻待刻蚀区域图形；氮化镓基材料为定制化外延片结构，所述定制化外延片结构自下而上包括：外延衬底、高阻GaN缓存层、GaN沟道层、势垒层、GaN截止层、p型栅层、GaN盖帽层；2）采用干法刻蚀技术，以光刻胶为掩膜，刻蚀氮化镓基材料表面的待刻蚀区域的GaN盖帽层及下面对应的90%±5%厚度的p型栅层，再去除剩余光刻胶；3）对经过步骤2）处理后的氮化镓基材料进行氧化处理，即对经过刻蚀后剩余厚度的p型栅层进行氧化处理；4）将氧化处理后的氮化镓基材料整体置于腐蚀性溶液中进行腐蚀，即对氧化后的p型栅层进行腐蚀处理，得到GaN基p型栅结构。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基p型栅结构的制备方法，其步骤包括：1）在氮化镓基材料表面涂敷光刻胶，并光刻待刻蚀区域图形；氮化镓基材料为定制化外延片结构，所述定制化外延片结构自下而上包括：外延衬底、高阻GaN缓存层、GaN沟道层、势垒层、GaN截止层、p型栅层、GaN盖帽层；2）采用干法刻蚀技术，以光刻胶为掩膜，刻蚀氮化镓基材料表面的待刻蚀区域的GaN盖帽层及下面对应的90%±5%厚度的p型栅层，再去除剩余光刻胶；3）对经过步骤2）处理后的氮化镓基材料进行氧化处理，即对经过刻蚀后剩余厚度的p型栅层进行氧化处理；4）将氧化处理后的氮化镓基材料整体置于腐蚀性溶液中进行腐蚀，即对氧化后的p型栅层进行腐蚀处理，得到GaN基p型栅结构。2.如权利要求1所述的GaN基p型栅结构的制备方法，其特征在于，所述外延衬底采用于硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底中的任意一种。3.如权利要求1所述的GaN基p型栅结构的制备方法，其特征在于，所述高阻GaN缓存层采用碳掺杂或铁掺杂GaN层。4.如权利要求1所述的GaN基p型栅结构的制备方法，其特征在于，所述势垒层采用AlGaN、InAlN、InGaN中的任意一种。5.如权利要求1所述的Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐哲，周阳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51