一种氮化镓增强型器件的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种氮化镓增强型器件的制造方法，其采用干刻蚀和湿刻蚀结合的复合式刻蚀技术，对AlGaN/GaN屏蔽层表面的破坏性较低，且能够在刻蚀接近AlGaN/GaN屏蔽层时精准停止。该方法原理是在p‑GaN层下方设置AlN刻蚀停止层，然后配合复合式刻蚀进行p‑GaN层去除。由于AlN刻蚀停止层在氧化处理时，表层材料被氧化形成Al

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓增强型器件的制造方法
本专利技术涉及半导体光电器件
，具体涉及一种氮化镓增强型器件的制造方法。
技术介绍
一般传统的功率器件绝大部分是以硅(Silicon,Si)材料为主，主因是硅属于地球上含量较多的材料，价格便宜且在技术发展上也较其它材料成熟；但受限于材料的物理特性，加上基板的漏电损失较大，已经无法应用于高功率及高频电路，导致硅材料为主的器件在能源转换效率上出现了瓶颈，渐渐的将发展重心转移到宽带隙(Widebandgap)半导体材料。氮化镓与硅相比具有以下优势：如具有较宽的带隙(Eg)，较高的崩溃电场、电子迁移率(electronmobility)、电子饱和速度(electronsaturationvelocity)、热传导速率(thermalconductivity)等。氮化镓之所以具有上述优势，主要原因是氮化镓具有独特的极化效应，氮化镓和氮化铝镓异质接面处会形成一个三角位能井，引发一个具有高电子迁移率的二维电子气(2DEG)通道，对场效晶体管的性能很有帮助。但因为氮化镓材料原始特性，氮化镓基器件一般为耗尽型器件。如果将其作为功率开关器件，会增加电路应用中的设计复杂度才能达成低功耗的效能。且新材料的制程对于传统硅制程有更多的要求，才能实现高稳定度的器件。所以对于氮化镓器件而言，需要能够实现增强型且达到可控制性、可操作性和可重复性，才能有利于工业化生产。鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种氮化镓增强型器件的制造方法，该方法可有效提升器件稳定度以及提升刻蚀制程均匀性，更利于工业化生产。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术涉及一种氮化镓增强型器件的制造方法，包括以下步骤：1)在基底表面依次生长AlN成核层、AlN/GaN缓冲层和AlGaN/GaN屏蔽层；2)通过外延技术在所述AlGaN/GaN屏蔽层表面依次生长AlN刻蚀停止层和p-GaN层，所述AlN成核层、AlN/GaN缓冲层、AlGaN/GaN屏蔽层、AlN刻蚀停止层和p-GaN层构成外延层；3)在所述外延层表面定义出栅极区域和非栅极区域，并将非栅极区域作为刻蚀区；4)采用复合式刻蚀，除去非栅极区域的p-GaN层；5)在栅极区域的p-GaN层表面淀积金属层并制备栅极金属；6)在AlGaN/GaN屏蔽层表面淀积金属层并制备源极金属和漏极金属。进一步地，步骤1)中AlN成核层和AlN/GaN缓冲层是选择性制备的，即可以不生长AlN成核层和/或AlN/GaN缓冲层。进一步地，步骤2)所述p-GaN层在刻蚀后形成栅极区域，是增强型器件的主要层。AlN层为刻蚀停止层，作用为增强氮化镓增强型器件的稳定性，AlGaN或GaN层作为屏蔽层，控制形成的2DEG。进一步地，步骤3)通过黄光微影制程定义出栅极区域和非栅极区域，包括涂胶、曝光、显影、烘干、刻蚀、剥膜、检测步骤。其主要目的是在栅极区域保留AlN刻蚀停止层和p-GaN层，并通过p-GaN层排除2DEG沟道电子，实现氮化镓增强型器件。进一步地，步骤4)的复合式刻蚀是针对非栅极区域的p-GaN层和AlN刻蚀停止层进行，复合式刻蚀结束后对栅极区域的光刻胶进行腐蚀以除去多余的光刻胶。所述复合式刻蚀包括干刻蚀和湿刻蚀。由于氮化镓材料无法直接进行湿刻蚀，因此本专利技术先通过干刻蚀将p-GaN层表面氧化成Ga2O3，然后通过湿刻蚀将氧化表面去除。湿刻蚀制程使用的酸性溶液为盐酸溶液、氢氟酸溶液或BOE刻蚀溶液(缓冲氧化物刻蚀液，由49％的氢氟酸与水或氟化铵与水混合而成)，可通过调节该酸性溶液的浓度使其保持一定的刻蚀率。不能使用碱性刻蚀液，如含有过氧化氢和氢氧化钾的混合溶液，原因是碱性刻蚀液会损伤AlGaN/GaN屏蔽层。如选用盐酸溶液，其与氧化层的反应方程式如式(1)所示：Ga2O3+6HCl＝2GaCl3+3H2O(1)将上述进行一次干刻蚀+湿刻蚀的过程称为进行一次复合式刻蚀，简称为1cycle。1cycle腐蚀的氮化镓厚度为2～6nm，如果需要刻蚀厚度为60nm的氮化镓，预计需要5～30cycle。在本专利技术的一个具体实施例中，步骤4)使用电感耦合等离子体光谱仪(ICP机台)或反应离子刻蚀技术(RIE)进行第一阶段干刻蚀氧化步骤，向刻蚀设备中通入O2或N2O气体进行GaN氧化制程。所述刻蚀ICP功率为20-40W，腔体压力为50-70mTorr，气体流量为20-40sccm，刻蚀时间为120-170s。这一过程中将p-GaN层表面氧化成Ga2O3，氧化层厚度约为4nm；第二阶段为湿刻蚀制程，使用酸性溶液与p-GaN层表面的氧化层发生反应去除氧化层，时间约为120秒。进行15次的复合式刻蚀，可以达到的刻蚀深度约为60nm。p-GaN层刻蚀完成后，刻蚀AlN刻蚀停止层同样采用干刻蚀+湿刻蚀的复合式刻蚀。在干刻蚀阶段O2或N2O气体与AlN生成Al2O3，然而Al2O3是稳定界面氧化层，在使用酸性溶液的湿刻蚀制程中刻蚀速率较慢，因此避免了湿刻蚀过程中将AlGaN/GaN屏蔽层腐蚀。进一步地，步骤5)通过接触式光刻技术定义出栅极区域，主要是在p-GaN层上进行图形定义。然后通过电子束蒸发在p-GaN层上依次沉积Ni/Au，并通过lift-off制程将光阻与金属剥除，只在p-GaN层上保留Ni/Au层作为栅极金属。进一步地，步骤6)通过接触式光刻技术定义出源漏极接触孔图形。然后通过透过电子束蒸发在AlGaN/GaN屏蔽层上依次沉积Ti/Al/Ni/Au，并通过lift-off制程将光阻与金属剥除，接着利用快速热退火制程，在875℃下退火30秒，形成源极金属和漏极金属，以及上述金属与AlGaN/GaN屏蔽层之间的欧姆接触。附图说明图1为本专利技术的氮化镓增强型器件的外延层结构图。图2为本专利技术在非栅极区域使用复合式刻蚀后，形成栅极结构的外延层结构图。图3为本专利技术的氮化镓增强型器件的栅极金属结构。图4为本专利技术的氮化镓增强型器件的源漏极金属结构。其中，标示1为AlGaN/GaN屏蔽层，标示2为AlN刻蚀停止层，标示3为p-GaN层，标示4为栅极金属，标示5为源极金属和漏极金属。图5为本专利技术实施例进行复合式刻蚀时，p-GaN层和AlN刻蚀停止层的刻蚀速率曲线。图6为本专利技术实施例中样品的原子力显微镜图像，反映表面粗糙度。图7为本专利技术实施例所得增强型器件的输出特性曲线。图8为本专利技术实施例所得增强型器件的崩溃电压特性曲线。具体实施方式本专利技术提供的氮化镓增强型器件的制造方法，采用干刻蚀和湿刻蚀结合的复合式刻蚀技术，对AlGaN/GaN屏蔽层表面的破坏性较低，且能够在刻蚀接近AlGaN/GaN屏蔽层时精准停止。该方法原理是：在p-GaN层下方设置AlN刻蚀停止层，然后配合复合式刻蚀进行p-GaN层去除。由于AlN刻蚀停止层在氧化处理时，表层材料被氧化形成Al2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓增强型器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)在基底表面依次生长AlN成核层、AlN/GaN缓冲层和AlGaN/GaN屏蔽层；/n2)通过外延技术在所述AlGaN/GaN屏蔽层表面依次生长AlN刻蚀停止层和p-GaN层，所述AlN成核层、AlN/GaN缓冲层、AlGaN/GaN屏蔽层、AlN刻蚀停止层和p-GaN层构成外延层；/n3)在所述外延层表面定义出栅极区域和非栅极区域，并将非栅极区域作为刻蚀区；/n4)采用复合式刻蚀，除去非栅极区域的p-GaN层；/n5)在栅极区域的p-GaN层表面淀积金属层并制备栅极金属；/n6)在AlGaN/GaN屏蔽层表面淀积金属层并制备源极金属和漏极金属。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓增强型器件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在基底表面依次生长AlN成核层、AlN/GaN缓冲层和AlGaN/GaN屏蔽层；
2)通过外延技术在所述AlGaN/GaN屏蔽层表面依次生长AlN刻蚀停止层和p-GaN层，所述AlN成核层、AlN/GaN缓冲层、AlGaN/GaN屏蔽层、AlN刻蚀停止层和p-GaN层构成外延层；
3)在所述外延层表面定义出栅极区域和非栅极区域，并将非栅极区域作为刻蚀区；
4)采用复合式刻蚀，除去非栅极区域的p-GaN层；
5)在栅极区域的p-GaN层表面淀积金属层并制备栅极金属；
6)在AlGaN/GaN屏蔽层表面淀积金属层并制备源极金属和漏极金属。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)通过黄光微影制程定义出栅极区域和非栅极区域。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤4)的复合式刻蚀包括干刻蚀和湿刻蚀。


4.根据权利要求3所述的方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祥骏，彭立仪，邱昭玮，邱显钦，敖金平，
申请(专利权)人：宁波铼微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33