基于CMP刻蚀技术制备凹槽栅增强型HEMT器件的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于CMP刻蚀技术制备凹槽栅增强型HEMT器件的方法，包括：在用于制作HEMT器件的外延片上设置掩模，并使势垒层的栅极区域从所述掩模中暴露出；对所述外延片设置有掩模的一侧表面进行抛光处理，其中采用的抛光液还能选择性腐蚀所述势垒层，直至在所述势垒层中形成与栅极配合的凹槽结构。本发明专利技术通过采用化学抛光方式，可以无损伤地选择性刻蚀HEMT器件外延结构中的势垒层而形成与栅极配合的凹槽结构，不仅工艺简单、成本低廉、可控制性及重复性高，而且能有效降低器件结构的刻蚀损伤，获得更小的栅下表面粗糙度，显著提高器件的可靠性，并使器件具备饱和电流大、导通电阻小、均匀性好，利于产业规模化生产。利于产业规模化生产。利于产业规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
基于CMP刻蚀技术制备凹槽栅增强型HEMT器件的方法


[0001]本专利技术属于半导体器件
，涉及一种增强型HEMT器件的制作方法，具体涉及一种基于CMP(化学机械抛光)刻蚀技术制备凹槽栅增强型HEMT器件的方法及凹槽栅增强型HEMT器件。

技术介绍

[0002]作为一种重要的第三代半导体材料，GaN材料具有禁带宽度大、击穿场强高、电子饱和速度大等优异特性，这使得基于GaN的电力电子器件的多方面性能优于传统的Si基器件。例如，GaN HEMT器件可以满足高频率、大功率和高效率的要求。
[0003]GaN HEMT器件根据阈值电压是否大于零可以分为增强型(V
th
＞0)和耗尽型(V
th
＜0)两种。常规HEMT器件都是耗尽型器件，其在应用时需要引入负压源使器件关断，存在安全隐患，同时会增加电路的复杂性和成本，因此在实际应用中更倾向于使用增强型器件。目前用于实现增强型器件的方案包括Cascode结构、F离子处理、凹槽栅结构、P型栅结构等。对于凹槽栅增强型GaN HEMT来说，当前通常是采用刻蚀工艺实现凹槽栅，以降低栅极到沟道的距离，从而提高栅极对沟道的控制，进而有效提高器件的阈值电压，同时凹槽栅刻蚀能够提高器件跨导，提高AlGaN/GaN的高频性能，减少由于栅长减短而引起的短沟道效益。
[0004]目前主要采用如下三种方法实现凹槽栅增强型GaN HEMT。其中第一种方案是利用ICP(感应耦合等离子体)技术，以Cl基气体刻蚀GaN材料，通过调节射频功率及流量、压强等，实现慢速低损伤刻蚀凹槽，但干法刻蚀对于GaN和AlGaN的刻蚀选择比小，刻蚀工艺控制困难，重复性差，而且干法刻蚀带来的损伤和高浓度界面态会导致严重的电流崩塌现象，使器件性能大幅下降。第二种方案是采用硬掩膜热氧化AlGaN，之后通过碱性溶液腐蚀的方式产生凹槽，例如可以参考CN104167362A、CN103258739A，但这种方案的重复性差，对于大尺寸产品来说均匀性也不理想，不利于工业化生产。第三种方案是先采用氧等离子体处理再进行腐蚀，此过程重复几十次，可以得到凹槽和自停止层的GaN界面，但这种方案所需时间较长，工艺复杂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种基于CMP刻蚀技术制备凹槽栅增强型HEMT器件的方法，以克服现有技术的不足。
[0006]本专利技术的另一目的在于提供一种凹槽栅增强型HEMT器件。
[0007]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0008]本专利技术的一个方面提供的一种基于CMP刻蚀技术制备凹槽栅增强型HEMT器件的方法包括：
[0009]在用于制作HEMT器件的外延片上设置掩模，并使势垒层的栅极区域从所述掩模中暴露出；
[0010]对所述势垒层的栅极区域进行抛光处理，其中采用的抛光液还能选择性腐蚀所述
势垒层，直至在所述势垒层中形成与栅极配合的凹槽结构。
[0011]本专利技术的另一个方面提供了由前述方法制备的凹槽栅增强型HEMT器件。
[0012]与现有技术相比，本专利技术通过采用化学抛光方式，可以无损伤地选择性刻蚀HEMT器件外延结构中的势垒层而形成与栅极配合的凹槽结构，不仅工艺简单、成本低廉、可控制性及重复性高，而且能有效降低器件结构的刻蚀损伤，获得更小的栅下表面粗糙度，显著提高器件的可靠性，并使器件具备饱和电流大、导通电阻小、均匀性好，利于产业规模化生产。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1是本专利技术一典型实施例中一种基于CMP刻蚀技术制备凹槽栅增强型HEMT器件的工艺流程图；
[0015]图2是本专利技术一典型实施例中一种凹槽栅增强型HEMT器件的结构示意图；
[0016]图3是本专利技术实施例1中一种增强型HEMT器件产品中凹槽的俯视图；
[0017]图4是本专利技术实施例1中一种增强型HEMT器件产品中刻蚀面的表面粗糙度测试结果。
具体实施方式
[0018]鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。针对本专利技术技术方案的更为清楚、完整地描述详见下文。
[0019]本专利技术的一些实施例提供了一种基于CMP刻蚀技术制备凹槽栅增强型HEMT器件的方法，其包括：
[0020]在用于制作HEMT器件的外延片上设置掩模，并使势垒层的栅极区域从所述掩模中暴露出；
[0021]对所述势垒层的栅极区域进行抛光处理，其中采用的抛光液还能选择性腐蚀所述势垒层，直至在所述势垒层中形成与栅极配合的凹槽结构。
[0022]在一些实施方式中，所述抛光液为碱性抛光液。
[0023]在一些实施方式中，所述抛光液还包含抛光颗粒。所述抛光颗粒的材质包括二氧化硅等，且不限于此。
[0024]在一些实施方式中，所述外延片还包括盖帽层。
[0025]在一些实施方式中，所述外延片中的多个半导体材料层可以由III
‑
V族化合物形成。例如，所述沟道层的材质包括GaN，所述势垒层的材质包括AlGaN，所述盖帽层的材质包括GaN，但均不限于此。此外，所述外延片中的多个半导体材料层可以由其它半导体材料，例如Si、GaAs等形成。
[0026]在一些实施方式中，所述掩模的材质包括无机非金属材料、金属、有机材料中的任意一种或多种的组合。例如，所述掩模的材质可以选自氮化硅、氧化硅、聚酰亚胺(PI)、Al、Cr、光刻胶中的任意一种或多种的组合。进一步的，用于形成所述掩模的原料可以选自多孔
玻璃膜(SPG)、正硅酸乙酯(TEOS)等且不限于此。
[0027]在一些实施方式中，所述的方法还包括：在所述外延片上生长形成介质层，并将所述介质层的栅极区域去除，从而形成所述掩模。
[0028]进一步的，所述的方法可以包括：
[0029]在衬底上依次生长沟道层、势垒层，从而获得所述外延片；
[0030]对所述外延片进行台面隔离；
[0031]在所述外延片上生长形成介质层，并将所述介质层的栅极区域去除，从而形成所述掩模。
[0032]进一步的，所述的方法具体可以包括：在所述介质层上形成光阻层，并对所述光阻层的栅极区域进行曝光显影，使所述介质层的栅极区域暴露出，之后采用干法刻蚀或湿法腐蚀方式将所述介质层的栅极区域去除，然后去除余留的光阻层。
[0033]在一些实施方式中，所述抛光处理包括：
[0034]将表面设置有所述掩模的外延片固定在化学抛光设备上，并使所述势垒层的栅极区域与抛光工具的抛光层接触；
[0035]在所述外延片与抛光工具之间施加压力，并使抛光液进入所述势垒层的栅极区域与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于CMP刻蚀技术制备凹槽栅增强型HEMT器件的方法，其特征在于包括：在用于制作HEMT器件的外延片上设置掩模，并使势垒层的栅极区域从所述掩模中暴露出：对所述外延片设置有掩模的一侧表面进行抛光处理，其中采用的抛光液还能选择性腐蚀所述势垒层，直至在所述势垒层中形成与栅极配合的凹槽结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述抛光液为碱性抛光液，所述抛光液还包含粒径在500nm以下的抛光颗粒；和/或，所述势垒层的材质包括A1GaN；和/或，所述外延片中沟道层的材质包括GaN；和/或，所述外延片还包括盖帽层，所述盖帽层的材质包括GaN。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述掩模的材质包括无机非金属材料、金属、有机材料中的任意一种或多种的组合。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述掩模的材质包括氮化硅、氧化硅、聚酰亚胺、Al、Cr、光刻胶中的任意一种或多种的组合。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括：在所述外延片上生长形成介质层，并将所述介质层的栅极区域去除，从而形成所述掩模。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于还包括：在衬底上依次生长沟道层、势垒层，从而获得所述外延片；对所述外延片进行台面隔离；在所述外延片上生长形成介质层，并将所述介质层的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炳良，杜仲凯，刘雷，
申请(专利权)人：苏州能屋电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：