一种基于ICP刻蚀的高选择比GaNHEMT背孔刻蚀方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，属于晶体管技术领域，主要使用第一刻蚀参数对SiC层进行第一刻蚀，第一刻蚀采用SF6和O2的混合气体；使用第二刻蚀参数对GaN层进行第二刻蚀，第二刻蚀采用Cl2、BCl3、Ar的混合气体；使用第三刻蚀参数对AlGaN层进行第三刻蚀，第三刻蚀采用Cl2、BCl3的混合气体，且基于所述第二刻蚀参数，增大Cl2的比例，用于减少第一刻蚀和第二刻蚀中残余氧分子与表面金属悬键的结合，使所述AlGaN层表面的N空位减少。本发明专利技术兼顾不同层材料特性，提供了不同刻蚀阶段刻蚀参数的配套选择方案，在实现高选择比的同时，完成形貌良好、管壁粗糙度更小的通孔制备，提高了GaN HEMT器件的性能和可靠性，具备广泛的工业化生产应用前景。具备广泛的工业化生产应用前景。具备广泛的工业化生产应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法


[0001]本专利技术涉及晶体管
，尤其涉及一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法。

技术介绍

[0002]SiC基AlGaN/GaN HEMT器件在电力电子和微波功率领域应用广泛。为了实现大电流、高功率、高温、高频率、高效率的性能，SiC基AlGaN/GaN HEMT器件的背面通孔结构的制备成为一个尤为关键的工艺环节。
[0003]在高性能GaN HEMT领域，目前主流采用SiC衬底上外延GaN材料，制备出的GaN HEMT具有高工作温度、高应用频率、大输出功率、高增益等的特点。通孔结构是贯穿GaN HEMT器件的衬底、缓冲层、势垒层、钝化层的孔状结构，对器件的频率特性、寄生电容电感有重要的影响。设计合理、制备完好的通孔接地结构，可以减少源端的寄生电感，减小传输阻抗，优化器件整体的频率特性，提高器件的散热性能，改善器件的高温可靠性。
[0004]SiC与GaN晶格匹配度好，具有禁带宽度较大、电子和空穴迁移率高、热导率高使其常用作GaN HEMT器件的衬底材料。SiC由IV族元素Si和C构成，基本结构单元是Si原子和C原子构成的正四面体，Si
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C的键能较强，总体结构的稳定性，导致SiC硬度极高且耐化学腐蚀能力好，决定了很难用湿法对SiC进行刻蚀，业界一般用激光或等离子体干法刻蚀对其进行加工。
[0005]GaN具有较宽的禁带宽度，较高的击穿场强，很高的电子饱和漂移速度，这些性质使器件具备功率密度高、体积小、耐高温等特点。GaN稳定状态晶体结构多为纤锌矿结构，晶格对称性较低。其与AlGaN构成的GaN/AlGaN异质结界面产生很强的极化(自发极化和压电极化)效应，在异质结量子阱中产生面密度非常大迁移率极高的二维电子气(2DEG)，这是GaN/AlGaN异质结构成GaN HEMT的主要优势。
[0006]SiC基GaN HEMT背孔工艺目的是制备穿透GaN/AlGaN异质结界面的低损伤通孔，所以要求在刻穿SiC层的基础上依次对GaN层、AlGaN层进行刻蚀。常见的GaN及AlGaN刻蚀包括电子回旋共振等离子体(ECR)、反应离子刻蚀(RIE)、电感耦合等离子(ICP)刻蚀、磁中性环路放电等离子体(NLD)刻蚀等。
[0007]目前SiC的ICP刻蚀工艺中，常见的工作气体为CF4、SF6、NF3、C2F6等氟基气体，按特定比例混合O2或Ar作为辅助气体，提高刻蚀速率，降低刻蚀损伤。以CF4/O2混合气体作为刻蚀气体，ICP源功率200W
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1000W，RF功率100W
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150W，CF4流量为15sccm，CF4/O2流量比控制为1至0.68，工作压强为0.25Pa。GaN的ICP刻蚀工艺常用工作气体为Cl2/BCl3，总气流量100sccm，为保护正面结构，多选择500
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1000W的ICP功率，RF功率为250W
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500W，工作压强为1.07Pa。上述工作气体方案只考虑单一SiC或GaN的最佳刻蚀速率及选择比。然而，在工艺制备过程中，通孔的直径和深度受到外延层材料和厚度制约且一般孔的深度超过孔直径6倍时，就无法保证孔壁能均匀镀金属层，刻蚀过程涉及不同层材料的刻蚀速率以及不同层刻蚀带来的副产物，上一层的刻蚀会影响到下一层的刻蚀效果，因此，需要开发兼顾不同层之
间的刻蚀效率与刻蚀质量的背面通孔刻蚀工艺。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术中背孔刻蚀存在的问题，考虑整体AlGaN/GaN/SiC材料刻蚀速率、效果及选择比，提供了一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法。
[0009]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0010]主要提供一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，在刻穿SiC层的基础上依次对GaN层、AlGaN层进行刻蚀，所述方法包括：
[0011]使用第一刻蚀参数对所述SiC层进行第一刻蚀，所述第一刻蚀采用SF6和O2的混合气体进行等离子体刻蚀；
[0012]在所述第一刻蚀完成后，使用第二刻蚀参数对所述GaN层进行第二刻蚀，所述第二刻蚀采用Cl2、BCl3、Ar的混合气体进行等离子体刻蚀；
[0013]在所述第二刻蚀完成后，使用第三刻蚀参数对所述AlGaN层进行第三刻蚀，所述第三刻蚀采用Cl2、BCl3的混合气体进行等离子体刻蚀，且基于所述第二刻蚀参数，增大Cl2的比例，用于减少第一刻蚀和第二刻蚀中残余氧分子与表面金属悬键的结合，使所述AlGaN层表面的N空位减少。
[0014]作为一优选项，一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，所述第一刻蚀参数为：所述SF6和O2的气体流量比包含但不限定于4:1、5:1、6:1、8:1、16:1；所述第二刻蚀参数为：Cl2、BCl3和Ar的气体流量比包含但不限定于20:2:1、16:2:1、8:2:1；所述第三刻蚀参数为：所述Cl2和BCl3的气体流量比包含但不限定于1:1、2:1、4:1、8:1。
[0015]作为一优选项，一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，所述第一刻蚀参数中气体总流量为20sccm
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130sccm，工作气压为0.34Pa
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1.2Pa；所述第二刻蚀参数中气体总流量为90sccm
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130sccm，工作气压为0.6Pa
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1.3Pa；所述第三刻蚀参数中气体总流量为25sccm
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100sccm，工作气压为0.3Pa
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1.1Pa。
[0016]作为一优选项，一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，所述第一刻蚀的刻蚀厚度为80μm
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200μm。
[0017]作为一优选项，一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，所述第二刻蚀的刻蚀厚度为1μm
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3μm。
[0018]作为一优选项，一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，所述第三刻蚀的刻蚀厚度为10nm
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200nm。
[0019]作为一优选项，一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，所述方法还包括在第一刻蚀前的预处理步骤，所述预处理包括背孔区域光刻和背面掩膜制备。
[0020]作为一优选项，一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，所述背孔区域光刻包括：
[0021]使用光刻胶作为背孔位置掩膜，光刻形成背孔图形。
[0022]作为一优选项，一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，所述背面掩膜制备包括：
[0023]在所述背孔图形上进行Ni金属掩膜层的电镀，淀积一层包含但不限定于2μm
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5μm
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，在刻穿SiC层的基础上依次对GaN层、AlGaN层进行刻蚀，其特征在于，所述方法包括：使用第一刻蚀参数对所述SiC层进行第一刻蚀，所述第一刻蚀采用SF6和O2的混合气体进行等离子体刻蚀；在所述第一刻蚀完成后，使用第二刻蚀参数对所述GaN层进行第二刻蚀，所述第二刻蚀采用Cl2、BCl3、Ar的混合气体进行等离子体刻蚀；在所述第二刻蚀完成后，使用第三刻蚀参数对所述AlGaN层进行第三刻蚀，所述第三刻蚀采用Cl2、BCl3的混合气体进行等离子体刻蚀，且基于所述第二刻蚀参数，增大Cl2的比例，用于减少第一刻蚀和第二刻蚀中残余氧分子与表面金属悬键的结合，使所述AlGaN层表面的N空位减少。2.根据权利要求1所述的一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀参数为：所述SF6和O2的气体流量比包含但不限定于4:1、5:1、6:1、8:1、16:1；所述第二刻蚀参数为：Cl2、BCl3和Ar的气体流量比包含但不限定于20:2:1、16:2:1、8:2:1；所述第三刻蚀参数为：所述Cl2和BCl3的气体流量比包含但不限定于1:1、2:1、4:1、8:1。3.根据权利要求2所述的一种基于ICP刻蚀的高选择比GaN HEMT背孔刻蚀方法，其特征在于，所述第一刻蚀参数中气体总流量为20sccm
‑
130sccm，工作气压为0.34Pa
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1.2Pa；所述第二刻蚀参数中气体总流量为90sccm
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130sccm，工作气压为0.6Pa
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【专利技术属性】
技术研发人员：王培培，魏小洋，郑茜，蒲德雄，
申请(专利权)人：成都海威华芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：