AlGaN/GaN HEMT器件的外延层转移方法技术

本发明专利技术涉及半导体器件技术领域，提供了一种AlGaN/GaN HEMT器件的外延层转移方法，外延层自下而上包括牺牲层、成核层、缓冲层、插入层、势垒层、帽层、钝化层和保护层，牺牲层制备在衬底层上方；外延层转移方法包括：根据光刻版图对所述外延层的无源区域进行曝光显影；在氟基刻蚀条件下刻蚀已曝光显影的无源区域下方的保护层和钝化层；在氯基刻蚀条件下刻蚀所述已曝光显影的无源区域下方的帽层、势垒层、插入层、缓冲层和成核层；以及采用化学腐蚀液蚀刻所述衬底层上方的牺牲层。所述外延层转移方法能够在保持器件结构完整性的同时减小器件的纵向尺寸，提高器件的散热性能，也可以实现器件在柔性器件领域的应用。

Epitaxy Layer Transfer Method for AlGaN/GaN HEMT Devices

The invention relates to the technical field of semiconductor devices, and provides an epitaxy layer transfer method for AlGaN/GaN HEMT devices. The epitaxy layer consists of sacrificial layer, nucleation layer, buffer layer, insertion layer, barrier layer, cap layer, passivation layer and protective layer from bottom to top, and the sacrificial layer is prepared above the substrate layer. Exposure development; etching the protective layer and passive layer below the exposed passive area under fluorine-based etching; etching the cap layer, barrier layer, insertion layer, buffer layer and nucleation layer below the exposed passive area under chlorine-based etching; and etching the sacrificial layer above the substrate layer with chemical etching solution. The epitaxy layer transfer method can reduce the longitudinal size of the device while maintaining the structural integrity of the device, improve the heat dissipation performance of the device, and also realize the application of the device in the field of flexible devices.

【技术实现步骤摘要】
AlGaN/GaNHEMT器件的外延层转移方法
本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种AlGaN/GaNHEMT器件的外延层转移方法。
技术介绍
GaN作为一种宽禁带半导体，因具有优异的材料品质因数而成为下一代高效功率器件和电力电子器件的继承者。由于AlGaN/GaN异质结中的压电极化和自发极化的诱导，异质结界面处会形成高密度和高迁移率的二维电子气(2-DEG)，基于该现象制备出了许多高性能的半导体电子器件[例如高电子迁移率晶体管(HEMTs)和功率二极管]。AlGaN/GaN异质结一般外延生长在衬底表面，自支撑的GaN衬底外延的异质结质量最好但是成本高，次之的SiC衬底因为与GaN相近的晶格常数和良好的导热能力而常被使用，蓝宝石衬底由于其低廉的价格被广泛作为衬底使用，Si材料作为AlGaN/GaN异质结生长的衬底已初步实现了商业化生产。柔性可穿戴器件是近几年来比较热的一个研究方向，其应用体现在人类生活的许多方面，包括电子皮肤、柔性电路、可卷曲显示器、薄膜晶体管、柔性门电路等。薄膜晶体管是实现柔性形变的一种重要器件。一般电子器件在晶圆片上制备完成后，基片不减薄的情况下可以达到毫米量级厚度，即使减薄后也在100微米左右。现有的AlGaN/GaNHEMT器件的厚度大都在十几微米以内，器件连同衬底材料的纵向尺寸基本在500微米以上。由于其纵向尺寸过大而难以用于柔性电子领域，因此有必要提供一种器件的外延层转移的工艺方法。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种AlGaN/GaNHEMT器件的外延层转移方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本申请提供了一种AlGaN/GaNHEMT器件的外延层转移方法，外延层自下而上包括牺牲层、成核层、缓冲层、插入层、势垒层、帽层、钝化层和保护层，牺牲层制备在衬底层上方；外延层转移方法包括：根据光刻版图对外延层的无源区域进行曝光显影；在氟基刻蚀条件下刻蚀已曝光显影的无源区域下方的保护层和钝化层；在氯基刻蚀条件下刻蚀已曝光显影的无源区域下方的帽层、势垒层、插入层、缓冲层和成核层；以及采用化学腐蚀液刻蚀衬底层上方的牺牲层。在一个优选例中，在根据光刻版图对外延的无源区域进行曝光显影之前，还包括：在衬底层上方依次制备牺牲层、成核层、缓冲层、插入层、势垒层和帽层；在帽层上方制备源电极和漏电极；在源电极、漏电极和帽层上方制备钝化层；在钝化层上方光刻栅槽图形，并移除栅槽图形下方的钝化层，以形成栅槽区域；在栅槽区域制作栅电极；在钝化层和栅电极上方制备保护层；以及在保护层和钝化层中刻蚀多个金属互联开孔区，并对多个金属互联开孔区进行金属互联。在一个优选例中，衬底层为蓝宝石，牺牲层为SiO2，成核层为AlN，缓冲层为GaN，插入层为AlN，势垒层为AlGaN，帽层为GaN，钝化层和保护层为SiN。在一个优选例中，根据光刻版图对外延层的无源区域进行曝光显影的图形为矩形。在一个优选例中，在帽层上方制备源电极和漏电极，包括：对势垒层中的源电极欧姆接触区和漏电极欧姆接触区进行施主元素注入掺杂；在N2氛围中对掺杂的势垒层进行热退火；刻蚀掺杂的势垒层表层和帽层总厚度为6～11nm的区域；通过金属淀积制备源电极和漏电极。在一个优选例中，在源电极、漏电极和帽层上方制备钝化层之前，还包括：对帽层、势垒层、插入层和部分沟道层进行刻蚀以形成电隔离区域。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种AlGaN/GaNHEMT器件的外延层转移方法，该外延层转移方法能够简单高效地将外延层与衬底分离开来，不会对外延层造成损坏，在保持器件结构完整性的同时减小了器件的纵向尺寸，为器件的散热创造了新的工程实现条件。进一步地，本专利技术采用从外延层表面到牺牲层自上而下的干法刻蚀技术形成刻蚀通道，通过刻蚀通道对牺牲层进行刻蚀，从而实现外延层的转移。该方法使用无机酸HF酸作为刻蚀溶液，采用单层的SiO2材料作为牺牲层，使得操作更加简单快捷，工艺实现更为方便。此外，外延层上旋涂有光刻胶，并且光刻胶的横向范围和纵向厚度足够大，能够保护保护层和钝化层不会被HF溶液破坏，器件有源区域不受HF溶液腐蚀，从而保持器件结构的完整性。同时也可以将AlGaN/GaNHEMT器件转移到如石墨烯或金刚石等热导率高的其它材料上，以提高器件的导热性能。可以理解，在本专利技术范围内中，本专利技术的上述各技术特征和在下文(如实施方式和例子)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。附图说明图1为本专利技术实施方式中一种AlGaN/GaNHEMT器件的外延层转移方法的流程示意图；图2为本专利技术实施方式中一种外延层转移过程中外延层有源区的结构示意图；图3为本专利技术实施方式中一种外延层转移过程中外延层无源区的结构示意图。具体实施方式在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。本申请涉及的术语解释：ICP工艺：感应耦合等离子刻蚀工艺RIE工艺；反应离子刻蚀工艺为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。本申请的第一实施方式涉及一种AlGaN/GaNHEMT器件的外延层转移方法。外延层自下而上包括牺牲层、成核层、缓冲层、插入层、势垒层、帽层、钝化层和保护层，牺牲层制备在衬底层上方；优选地，衬底层为蓝宝石衬底，牺牲层为SiO2，成核层为AlN，缓冲层为GaN，插入层为AlN，势垒层为AlGaN，帽层为GaN，钝化层和保护层为SiN；如图1所示，该外延层转移方法包括以下步骤：步骤101：根据光刻版图对外延层的无源区域进行选区曝光显影；优选地，步骤101包括：在外延层上旋涂光刻胶，并按照光刻版图的图形对光刻胶进行选区曝光显影，以暴露出外延层的部分无源区域。可以理解，曝光显影的区域可以是无源区的任意形状，比如圆形、矩形、多边形或者其它组合形状，原则上区域面积越大器件表面到达牺牲层表面的通道越宽，越有利于后续的腐蚀操作，但是曝光显影的区域过大可能导致器件的性能降低。优选地曝光显影的区域为距器件有源区较远的矩形区域。此后进入步骤102：在氟基刻蚀条件下刻蚀已曝光显影的无源区域的保护层和钝化层；此后进入步骤103：在氯基刻蚀条件下刻蚀已曝光显影的无源区域的帽层、势垒层、插入层、缓冲层和成核层；优选地，步骤102和步骤103包括：采用ICP工艺或者RIE工艺，在氟基刻蚀条件下刻蚀外延层的部分无源区域的保护层和钝化层，以及在氯基刻蚀条件下刻蚀帽层、势垒层、插入层、缓冲层和成核层，以使刻蚀区域的牺牲层暴露出来。优选地，氟基刻蚀条件为：腔体压力为3～8mTorr(优选5mTorr)，CF4为30～60sccm(优选45sccm)，O2为4～12sccm(优选5sccm)，衬片温度为10～30℃(优选20℃)，上电极功率为150～300(优选200W)，下电极功率为10～40W(优选15W)。其中，上电极为ICP刻蚀机的ICPpower电极，用于产生等离子体；下电极为ICP刻蚀机的RFpow本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种AlGaN/GaN HEMT器件的外延层转移方法，其特征在于，外延层自下而上包括牺牲层、成核层、缓冲层、插入层、势垒层、帽层、钝化层和保护层，所述牺牲层制备在衬底层上方；所述外延层转移方法包括：根据光刻版图对所述外延层的无源区域进行曝光显影；在氟基刻蚀条件下刻蚀已曝光显影的无源区域下方的保护层和钝化层；在氯基刻蚀条件下刻蚀所述已曝光显影的无源区域下方的帽层、势垒层、插入层、缓冲层和成核层；以及采用化学腐蚀液刻蚀所述衬底层上方的牺牲层。

【技术特征摘要】
1.一种AlGaN/GaNHEMT器件的外延层转移方法，其特征在于，外延层自下而上包括牺牲层、成核层、缓冲层、插入层、势垒层、帽层、钝化层和保护层，所述牺牲层制备在衬底层上方；所述外延层转移方法包括：根据光刻版图对所述外延层的无源区域进行曝光显影；在氟基刻蚀条件下刻蚀已曝光显影的无源区域下方的保护层和钝化层；在氯基刻蚀条件下刻蚀所述已曝光显影的无源区域下方的帽层、势垒层、插入层、缓冲层和成核层；以及采用化学腐蚀液刻蚀所述衬底层上方的牺牲层。2.根据权利要求1所述的AlGaN/GaNHEMT器件的外延层转移方法，其特征在于，在所述根据光刻版图对所述外延的无源区域进行曝光显影之前，还包括：在所述衬底层上方依次制备所述牺牲层、所述成核层、所述缓冲层、所述插入层、所述势垒层和所述帽层；在所述帽层上方制备源电极和漏电极；在所述源电极、所述漏电极和所述帽层上方制备所述钝化层；在所述钝化层上方光刻栅槽图形，并移除所述栅槽图形下方的钝化层，以形成栅槽区域；在所述栅槽区域制作栅电极；在所述钝化层和栅电极上方制备保护层；以及在所述保护层和所述钝化层中刻蚀多个金属互联开孔区，并对所述多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：马晓华，张新创，马佩军，朱青，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61