本发明专利技术公开了一种深亚微米栅长AlGaN/GaN?HEMT制作方法，其制作过程为：1)在蓝宝石或SiC衬底上外延生长本征GaN、Al0.3Ga0.7N层和GaN帽层；2)在GaN帽层上进行有源区台面隔离和欧姆接触制作；3)在GaN帽层上进行100～200nm的第一层SiN介质淀积，并在第一层SiN上进行0.5～0.7μm的亚微米级栅光刻和槽栅的干法刻蚀，形成槽栅结构；4)进行厚度为250～300nm的第二层SiN淀积介质层；5)在第二层SiN介质层上进行250～300nm厚度的SiN介质层干法刻蚀，形成深亚微米的槽栅结构，并在该槽栅结构上制作栅电极和金属互联。本发明专利技术具有工作频率高、制作工艺过程简单、栅光刻工艺设备要求低，光刻效率高的优点。可用于制作工作于X波段至ku波段的AlGaN/GaN异质结高频大功率高电子迁移率晶体管。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
，涉及半导体材料、器件制作，具体的说是一种半导体器件制作方法，可用于制作深亚微米栅长AlGaN/GaN HEMT。
技术介绍
近年来以SiC和GaN为代表的第三带宽禁带半导体以其大禁带宽度、高击穿电场、 高热导率、高饱和电子速度和异质结界面二维电子气浓度高等特性，使其受到广泛关注。在理论上，利用这些材料制作的HEMT、发光二极管LED、激光二极管LD等器件比现有器件具有明显的优越特性，因此近些年来国内外研究者对其进行了广泛而深入的研究，并取得了令人瞩目的研究成果。AlGaN/GaN HEMT在高温器件及大功率微波器件方面已显示出了得天独厚的优势， 追求器件高频率、高压、高功率吸引了众多的研究。近年来，AlGaN/GaN HEMT在雷达应用的高频功率放大器方面的需求越来越迫切，怎样从材料结构和器件结构设计上进行优化和提高是现在面临的主要研究问题。要能使得器件工作于更高的频率，器件栅长的设计尤为重要，可以说器件栅长的尺寸直接决定了器件的工作频段。这就要求器件设计和工艺中在保证一定工作电压的情况下尽可能减小器件栅长。目前AlGaN/GaN HEMT所采用的栅长多数为小于1 μ m。亚微米栅长典型尺寸为0. 5 0. 7 μ m，对于器件典型最大截止频率Ft为 15 20GHz，所以亚微米栅长AIGaN/GaNHEMT工作频段为C波段，参见Chini A, Buttari D, Coffie R, et al,12ff/mm power density AlGaN/GaN HEMTs on sapphire substrate, Electronics Letters, 2004,40 (1) :8th January。为了能使得器件工作在X波段以上的频段，就要求器件典型最大截止频率Ft大于30GHz，这就必须要求器件栅长采用深亚微米栅长，参见 Kumar V, Chen G, GuoS, et al, Field-plated 0. 25 μ m gate-length AlGaN/GaN HEMTs on 6H_SiC with power density of 9. Iff/mm at 18GHz, Electronics Letters, 2005,41(19) :15th S印tember。制作深亚微米栅的光刻手段主要有光学光刻、电子束光刻和X射线光刻技术三种1. 一般光学光刻曝光0.5μπι以上的栅线条，技术比较成熟，曝光效果较好。随着光学光刻光源波长的不断缩小，光刻胶性能的提高，光学移相掩模技术的使用等诸多因素保证了光学光刻技术能实现较小的栅线条。另外，也可以采用斜蒸、各向同性刻蚀光刻胶等手段来压缩栅线条宽度。但要采用光学光刻技术制作0. 5 μ m以下栅长尺寸的AKiaN/ GaN HEMT,需要采用移相光学掩模技术和一些特殊的技巧，工艺控制比较复杂，一致性不是太好。而且移相光学掩模，移相层的制作过程中往往会引入缺陷，而且缺陷产生率比较高， 缺陷修补的要求也比常规掩模要高。2.电子束直写可以用来制作深亚微米栅MGaN/GaN HEMT。采用电子束直写制作深亚微米栅一般都要采用多层胶工艺。其优点是栅底部的线宽可以做到很细，可以达到纳米水平，而且一致性可以做得非常好。但是电子束直写制作深亚微米栅的缺点也是非常明显的，那就是效率非常低，成本也比较高，一般来说只能适用于实验室研究。从0. 25 μ m线宽到0. 18 μ m线宽，其生产效率下降50%;从0. 18 μ m线宽到0. 13 μ m线宽，生产效率下降 66% ；到0. 13μπι线宽以下，效率成倍下降。而且电子束直写设备非常昂贵，设备维护成本较高。3.采用X射线光刻制作深亚微米栅AWaN/GaN HEMT相比于其他光刻手段有许多优点，比如它可以满足0. 05 0. 25 μ m尺寸的加工技术；一台点光源X射线光刻机效率超过7台电子束直写机。采用X射线光刻制作深亚微米栅的最大问题是X射线光源问题，以及技术成熟度有待提高。另外，X射线光刻设备昂贵，研发成本巨大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服以上制作深亚微米栅AlGaN/GaN HEMT光刻工艺的不足，提供一种基于各向异性SiN淀积和各向同性SiN干法刻蚀的双层介质刻蚀法来制作深亚微米栅AlGaN/GaN HEMT,解决目前AlGaN/GaN HEMT栅光刻工艺复杂，效率低，设备昂贵的问题， 以满足深亚微米栅AlGaN/GaN HEMT低成本高效率的栅电极制作工艺要求。本专利技术的技术思路是在栅电极制作工艺中，先采用光学曝光在第一层SiN介质上制作出亚微米级栅槽，然后各向同性的淀积第二层SiN介质，各向同性SiN淀积相当于在亚微米级栅槽的平面和侧面两个方向都进行了 SiN介质淀积，这样就将先前制作出亚微米级栅槽缩小为深亚微米级，最后进行各向异性的干法刻蚀，将形成的深亚微米栅槽中的第二层SiN介质刻蚀去除，实现深亚微米栅槽。具体制作过程包括如下第一步，在蓝宝石或SiC基片上，利用MOCVD工艺，依次生长GaN缓冲层、本征GaN 层、Ala3GEia7N层和GaN帽层；第二步，在GaN帽层上进行有源区台面隔离和欧姆接触制作形成源极和漏极； 第三步，在GaN帽层上进行100 200nm的第一层SiN介质层淀积，并在源漏极之间区域依次进行0. 5 0. 7 μ m的亚微米级栅光学光刻和各向异性的槽栅干法刻蚀，形成槽栅结构；第四步，在第一层SiN上进行各向同性的第二层SiN介质层淀积，淀积厚度为 250 300nm ；第五步，采用各向异性的干法刻蚀去除第二层淀积的250 300nm厚的SiN，形成 0. 15 0. 25 μ m的深亚微米槽栅结构。第六步，在形成的深亚微米槽栅结构上完成栅电极的制作，并对源、漏和栅电极进行压焊点引出。所述第三步和第四步中的SiN介质层淀积，工艺条件是混合气体为2% -4%的 SiH4和N2,其流量200-250sccm ；NH3流量为24sccm ；He流量为200_250sccm ；反应室压强为500-600m T ；温度为250_300°C，电极功率为20-30W。所述第三步和第五步中的干法刻蚀条件为C12流量10-20sCCm，反应室压强 10-20mT,电极功率 150-200W。本专利技术具有如下优点首先，本专利技术由于采用了基于各向异性SiN淀积和各向同性SiN干法刻蚀的双层介质刻蚀的制作工艺，所以可以使用较为简单的光学曝光设备实现深亚微米栅AKiaN/GaN HEMT，而且经过实验验证，器件栅长已经达到深亚微米级别，器件频率特性明显提高，最大截止频率能达30GHz以上，能达到深亚微米栅AWaN/GaN HEMT工作频率对应的X波段；其次，由于本专利技术所采用的光刻工艺仅采用光学光刻，不仅器件光刻工艺效率高， 光刻成品率高，而且避免了其他昂贵的光刻设备的高额成本和复杂的维护工作。由于本专利技术所制作器件的工作频率高，所采用的光刻工艺简单高效，光刻成品率高、光刻设备廉价等优点，在制作深亚微栅AlGaN/GaN HEMT方面有很好的应用前景。附图说明图1是本专利技术的工艺流程框图；图2是本专利技术的工艺流程示意图；图3是本专利技术中器件的栅槽缩小前后本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种深亚微米栅长ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴ器件的制作方法，包括如下过程：第一步，在蓝宝石或ＳｉＣ基片上，利用ＭＯＣＶＤ工艺，依次生长ＧａＮ缓冲层、本征ＧａＮ层、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎ层和ＧａＮ帽层；第二步，在ＧａＮ帽层上进行有源区台面隔离和欧姆接触制作形成源极和漏极；第三步，在ＧａＮ帽层上进行１００～２００ｎｍ的第一层ＳｉＮ介质层淀积，并在源漏极之间区域依次进行０．５～０．７μｍ的亚微米级栅光学光刻和各向异性的槽栅干法刻蚀，形成槽栅结构；第四步，在第一层ＳｉＮ上进行各向同性的第二层ＳｉＮ介质层淀积，淀积厚度为２５０～３００ｎｍ；第五步，采用各向异性的干法刻蚀去除第二层淀积的２５０～３００ｎｍ厚的ＳｉＮ，形成０．１５～０．２５μｍ的深亚微米槽栅结构。第六步，在形成的深亚微米槽栅结构上完成栅电极的制作，并对源、漏和栅电极进行压焊点引出。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王冲，郝跃，马晓华，何云龙，张进城，毛维，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：87
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