专利名称：一种制作氮化镓基场效应晶体管的方法
技术领域：
本发明涉及宽禁带半导体材料中场效应晶体管(FET)技术领域， 尤其涉及一种制作氮化镓(GaN)基场效应晶体管的方法。
背景技术：
GaN作为第三代宽禁带半导体材料，以其禁带宽度大(3.4eV)、 击穿电压高G.3MV/cm)、 二维电子气浓度高(〉1013cm2)、饱和电子 速度大(2.8X107cm/s)等特性在国际上受到广泛关注。目前， AlGaN/GaNHEMT器件的高频、高压、高温以及大功率特性使之在微
波功率器件方面有着巨大的前景。
对于常规的用于X波段的GaN HEMT器件，通常的工艺步骤为 步骤1、电子束直写光刻或者普通光学光刻，形成电子束对准标记，
蒸发标记金属；
步骤2、电子束直写或者直接普通光学光刻源漏图形，并蒸发源漏 金属；
步骤3、高温退火，使源漏金属与衬底材料形成良好的欧姆接触； 步骤4、有源区隔离；
步骤5、电子束直写制作栅线条，蒸发栅金属；； 步骤6、 PECVD淀积氮化硅钝化； 步骤7、金属布线。
虽然铝镓氮/氮化镓(AlGaN/GaN) HEMT器件的性能近年来得到 了长足的进展，尤其在高频大功率方面。但是电流崩塌效应仍然是 AlGaN/GaN HEMTs进一步发展的瓶颈问题。
研究发现，电流崩塌效应与AlGaN的表面态和表面原始氧化层有 密切的关系。栅极和漏极之间的表面态俘获电子形成虚栅，是引起电 流崩塌效应的主要机理。由于材料生长的限制以及AlGaN表面裸露情况，AlGaN表面的表面态问题和表面原始氧化层问题，在理论上和实 践过程中一直都没有得到有效的改善和抑制，这严重影响了 GaN基 HEMT的功率特性和可靠性，成为向实用化迈进的桎梏。
目前，采用SiN对AlGaN表面钝化是抑制电流崩塌的一种主要方 法。然而目前常规的钝化方法存在三个严重的问题
1、 氮化硅钝化工艺都在蒸发栅金属之后完成，而在之前的工艺步 骤中，AlGaN表面一直裸露空气中，可能会导致表面AlGaN会进一步 被氧化，AlGaN表面态密度增大；
2、 氮化硅钝化并没有消除或降低AlGaN表面存在表面态和表面 原始氧化层，PECVD淀积氮化硅钝化，在AlGaN和氮化硅界面存在 的表面态和原始氧化层，使得依然存在一定程度的电流崩塌效应；
3、 高温退火过程中，裸露的AlGaN表面，容易受到外界的碳元 素和氧元素的污染，恶化AlGaN/GaNHEMTs的电流崩塌效应。
发明内容
(一) 要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的一个目的在于为GaN基场效应管提供一种表 面处理方法，以解决AlGaN的表面原始氧化层，消除表面氧化层诱生 的AlGaN表面态。
本发明的另一个目的在于提供一种GaN基场效应管的制作方法， 以解决AlGaN表面长期裸露在空气中受到碳和氧等引起的AlGaN表面 污染，以及AlGaN表面态密度增大的问题，从而有效地抑制AlGaN/GaN HEMT电流崩塌效应。
(二) 技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种制作氮化镓基场效应晶体管 的方法，该方法包括
A、 对氮化镓基材料层进行表面处理，淀积二氧化硅保护层；
B、 进行光刻形成光刻对准标记，干法刻蚀二氧化硅保护层，蒸发 标记金属；C、 参照所述对准标记，进行光刻形成源漏图形，干法刻蚀二氧化 硅保护层，蒸发源漏金属；
D、 高温退火合金，使源漏金属与氮化镓基材料层形成良好的欧姆
接触；
E、 进行光刻形成屏蔽有源区图形，并离子注入形成有源区隔离；
F、 湿法腐蚀二氧化硅保护层；
G、 在腐蚀了二氧化硅保护层的GaN基材料表面淀积氮化硅，对 场效应管进行钝化；
H、 电子束直写或光学光刻制作栅线条，干法刻蚀氮化硅和顶层的 氮化镓基材料层形成栅槽结构，蒸发栅金属，并金属布线。
上述方案中，步骤A中所述对氮化镓基材料层进行表面处理包括 分别利用丙酮、异丙醇、盐酸与氢氟酸混合处理溶液对氮化镓基材料 层进行表面处理，所述丙酮处理时间为5分钟至10分钟，异丙醇处理 处理时间为5分钟至IO分钟，盐酸与氢氟酸混合溶液处理时间为1分 钟至2分钟，处理温度为室温条件，处理容器为密闭容器。
上述方案中，所述盐酸与氢氟酸混合处理溶液的体积配比为氢氟 酸一份、盐酸四份、水二十份。
上述方案中，步骤A中所述淀积二氧化硅保护层采用PECVD方 法进行，所述淀积的二氧化硅保护层的厚度为3000 A。
上述方案中，步骤B、步骤C和步骤E中所述光刻为普通光学光 刻；所述的干法刻蚀采用电感耦合等离子体干法刻蚀。
上述方案中，步骤D中所述高温退火条件为退火温度为750至 90(TC，退火时间为30秒至75秒。
上述方案中，步骤E中所述离子注入时注入的粒子为氦离子。
上述方案中，步骤F中所述湿法腐蚀二氧化硅保护层时，腐蚀溶
液采用醋酸氟化氨水体积比为1: 1: 1，腐蚀时间为3分钟至5 分钟。
上述方案中，步骤G中所述淀积的氮化硅的厚度为IOOOA至 1500A。
上述方案中，步骤H中所述栅线条尺寸为0.1pm至l)im，所述干
6法刻蚀采用电感耦合等离子体干法刻蚀。
(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果
1、 本发明提供的这种应用于氮化镓基材料的制作方法，采用
HF:HCl:H2O=l:4:20的混合处理溶液对氮化镓基材料表面进行处理，腐 蚀表面原始氧化层，消除由于氧化层引起的表面态，减小了氮化镓基 材料表面态密度，有效的解决了氮化镓基材料表面态存在引起的 AlGaN/GaNHEMTs电流崩塌效应。
2、 本发明提供的这种应用于氮化镓基材料的制作方法，在进行表 面处理之后，所有工艺之前率先淀积二氧化硅，利用二氧化硅对氮化 镓基材料表面进行保护，在工艺过程中避免氮化镓基材料表面裸露在 空气中，有效的防止了氮化镓基材料表面在工艺过程中被氧化，抑制 了氮化镓基材料表面态密度的增加。
3、 本发明提供的这种应用于氮化镓基材料的制作方法，在所有工 艺之前率先淀积二氧化硅钝化氮化镓基材料表面，高温退火过程中， 二氧化硅避免氮化镓基材料表面裸露在高温腔体中，有效地避免了高 温退火过程中碳元素和氧元素对氮化镓基材料的污染，有效地抑制了 AlGaN/GaN HEMTs的电流崩塌效应。
4、 利用本发明，有效地去除表面脏污，腐蚀表面原始氧化层，消 除由于氧化层引起的表面态，减小了氮化镓基材料表面态密度，淀积 二氧化硅保护层避免了氮化镓基材料表面裸露在空气中，防止了氮化 镓基材料表面在工艺过程中被氧化，有效地回避了高温退火过程中碳 元素和氧元素对氮化镓基材料的污染。
图1是本发明提供的制作氮化镓基场效应晶体管的方法流程图； 图2-1至图2-7是依照本发明实施例制作GaN基场效应晶体管的 工艺流程图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具 体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
本发明的核心思想是采用丙酮、异丙醇、盐酸和氢氟酸混合处 理溶液对氮化镓基材料进行表面处理，去除表面脏污，腐蚀表面原始 氧化层，消除由于氧化层引起的表面态，减小了氮化镓基材料表面态 密度，并在进行HEMT制造工艺之前，率先采用PECVD在氮化镓基 材料淀积二氧化硅，保护氮化镓基材料表面，避免氮化镓基材料表面 裸露在空气中，防止了氮化镓基材料表面在工艺过程中被氧化，避免 高温退火过程中碳元素和氧元素对氮化镓基材料的污染。在进行表面 处理和淀积二氧化硅保护层之后，再采用常规方法进行后续工艺。
如图1所示，图1是本发明提供的制作氮化镓基场效应晶体管的 方法流程图，该方法包括如下步骤
步骤101:对氮化镓基材料层进行表面处理，淀积二氧化硅保护层；
步骤102:进行光刻形成光刻对准标记，干法刻蚀二氧化硅保护层， 蒸发标记金属；
步骤103:参照所述对准标记，进行光刻形成源漏图形，干法刻蚀 二氧化硅保护层，蒸发源漏金属；
步骤104:高温退火合金，使源漏金属与氮化镓基材料层形成良好 的欧姆接触；
步骤105:进行光刻形成屏蔽有源区图形，并离子注入形成有源区 隔离；
步骤106:湿法腐蚀二氧化硅保护层；
步骤107:在腐蚀了二氧化硅保护层的GaN基材料表面淀积氮化 硅，对场效应管进行钝化；
步骤108:电子束直写或光学光刻制作栅线条，干法刻蚀氮化硅和 顶层的氮化镓基材料层形成栅槽结构，蒸发栅金属，并金属布线。
上述步骤101中所述对氮化镓基材料层进行表面处理包括分别 利用丙酮、异丙醇、盐酸与氢氟酸混合处理溶液对氮化镓基材料层进 行表面处理，所述丙酮处理时间为5分钟至IO分钟，异丙醇处理处理时间为5分钟至10分钟，盐酸与氢氟酸混合溶液处理时间为1分钟至 2分钟，处理温度为室温条件，处理容器为密闭容器。所述盐酸与氢氟 酸混合处理溶液的体积配比为氢氟酸一份、盐酸四份、水二十份(即
HF:HCl:H2O=l:4:20)。步骤101中所述对氮化镓基材料层进行表面处 理方式，解决了 AlGaN的表面原始氧化层，消除了表面氧化层诱生的 AlGaN表面态。
上述步骤101中所述淀积二氧化硅保护层采用PECVD方法进行， 所述淀积的二氧化硅保护层的厚度为3000 A。
上述步骤102、步骤103和步骤104中所述光刻为普通光学光刻； 所述的干法刻蚀采用电感耦合等离子体干法刻蚀。
上述步骤104中所述高温退火条件为退火温度为750至900°C, 退火时间为30秒至75秒。该高温退火方式解决了退火过程中裸露的 AlGaN表面受到腔体中碳元素和氧元素的污染。
上述步骤105中所述离子注入时注入的粒子为氦离子。
上述步骤106中所述湿法腐蚀二氧化硅保护层时，腐蚀溶液采用
醋酸氟化氨水体积比为h 1: 1，腐蚀时间为3分钟至5分钟。
上述步骤107中所述淀积的氮化硅的厚度为1000A至1500A。 上述步骤108中所述栅线条尺寸为O.lpm至lpm，所述干法刻蚀 采用电感耦合等离子体干法刻蚀。
基于图1所述的制作氮化镓基场效应晶体管的方法流程图，图2-1 至图2-7示出了依照本发明实施例制作GaN基场效应晶体管的工艺流 程图，该方法具体包括
如图2-l所示，室温条件下，利用丙酮、异丙醇、混合处理溶液在 密闭容器中对氮化镓基材料进行表面处理，PECVD淀积厚度为3000A 的二氧化硅，完全覆盖氮化镓基材料表面；
如图2-2所示，釆用光刻的方法进行光刻，形成光刻对准标记，电 感耦合等离子体干法刻蚀二氧化硅，蒸发Ti/Au标记金属。
如图2-3所示，采用光刻的方法进行光刻，形成源漏图形，电感耦 合等离子体干法刻蚀二氧化硅，并蒸发Ti/Al/Ti/Au源漏金属，高温750
9至90(TC条件下退火合金，退火时间为30秒至75秒，使源漏金属与氮 化镓基衬底材料形成良好的欧姆接触；
如图2-4所示，采用光刻的方法进行光刻，形成屏蔽有源区图形， 电感耦合等离子体干法刻蚀二氧化硅，离子注入形成有源区隔离，注 入粒子为氦离子；
如图2-5所示，采用醋酸氟化氨水=1: 1: 1 (体积比)的腐蚀
溶液，湿法腐蚀二氧化硅，腐蚀时间为3分钟至5分钟，确保二氧化
硅完全腐蚀干净。
如图2-6所示，PECVD淀积氮化硅，厚度为IOOOA至1200A，对
氮化镓及场效应管进行钝化。
如图2-7所示，电子束直写或光学光刻制作栅线条，电感耦合等 离子体干法刻蚀氮化硅和顶层的氮化镓基外延材料形成栅槽结构，氮 化镓基外延材料的刻蚀气源为含C1基的气体，蒸发栅金属，形成高性 能场效应管。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果 进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体 实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。
权利要求
1、一种制作氮化镓基场效应晶体管的方法，其特征在于，该方法包括A、对氮化镓基材料层进行表面处理，淀积二氧化硅保护层；B、进行光刻形成光刻对准标记，干法刻蚀二氧化硅保护层，蒸发标记金属；C、参照所述对准标记，进行光刻形成源漏图形，干法刻蚀二氧化硅保护层，蒸发源漏金属；D、高温退火合金，使源漏金属与氮化镓基材料层形成良好的欧姆接触；E、进行光刻形成屏蔽有源区图形，并离子注入形成有源区隔离；F、湿法腐蚀二氧化硅保护层；G、在腐蚀了二氧化硅保护层的GaN基材料表面淀积氮化硅，对场效应管进行钝化；H、电子束直写或光学光刻制作栅线条，干法刻蚀氮化硅和顶层的氮化镓基材料层形成栅槽结构，蒸发栅金属，并金属布线。
2、 根据权利要求1所述的制作氮化镓基场效应晶体管的方法，其 特征在于，步骤A中所述对氮化镓基材料层进行表面处理包括分别利用丙酮、异丙醇、盐酸与氢氟酸混合处理溶液对氮化镓基 材料层进行表面处理，所述丙酮处理时间为5分钟至10分钟，异丙醇 处理处理时间为5分钟至10分钟，盐酸与氢氟酸混合溶液处理时间为 l分钟至2分钟，处理温度为室温条件，处理容器为密闭容器。
3、 根据权利要求2所述的制作氮化镓基场效应晶体管的方法，其 特征在于，所述盐酸与氢氟酸混合处理溶液的体积配比为氢氟酸一份、 盐酸四份、水二十份。
4、 根据权利要求1所述的制作氮化镓基场效应晶体管的方法，其 特征在于，步骤A中所述淀积二氧化硅保护层采用PECVD方法进行， 所述淀积的二氧化硅保护层的厚度为3000 A。
5、 根据权利要求1所述的制作氮化镓基场效应晶体管的方法，其特征在于，步骤B、步骤C和步骤E中所述光刻为普通光学光刻；所 述的干法刻蚀采用电感耦合等离子体干法刻蚀。
6、 根据权利要求1所述的制作氮化镓基场效应晶体管的方法，其特征在于，步骤D中所述高温退火条件为退火温度为750至卯(TC， 退火时间为30秒至75秒。
7、 根据权利要求1所述的制作氮化镓基场效应晶体管的方法，其 特征在于，步骤E中所述离子注入时注入的粒子为氦离子。
8、 根据权利要求1所述的制作氮化镓基场效应晶体管的方法，其 特征在于，步骤F中所述湿法腐蚀二氧化硅保护层时，腐蚀溶液采用醋酸氟化氨水体积比为l: 1: 1，腐蚀时间为3分钟至5分钟。
9、 根据权利要求l所述的制作氮化镓基场效应晶体管的方法，其 特征在于，步骤G中所述淀积的氮化硅的厚度为IOOOA至1500A。
10、 根据权利要求1所述的制作氮化镓基场效应晶体管的方法， 其特征在于，步骤H中所述栅线条尺寸为0.1pm至ljam，所述干法刻 蚀采用电感耦合等离子体干法刻蚀。
全文摘要
本发明公开了一种制作GaN基场效应晶体管的方法，包括对GaN基材料层进行表面处理，淀积二氧化硅保护层；光刻形成光刻对准标记，干法刻蚀二氧化硅保护层，蒸发标记金属；光刻形成源漏图形，干法刻蚀二氧化硅保护层，蒸发源漏金属；高温退火合金；光刻形成屏蔽有源区图形，离子注入形成有源区隔离；湿法腐蚀二氧化硅保护层；在GaN基材料表面淀积氮化硅，对场效应管进行钝化；电子束直写或光学光刻制作栅线条，干法刻蚀氮化硅和顶层的GaN基材料层形成栅槽结构，蒸发栅金属，金属布线。本发明避免了GaN基材料表面裸露在空气中，防止了GaN基材料表面在制作工艺过程中被污染，抑制了AlGaN/GaN HEMTs的电流崩塌效应。
文档编号H01L21/335GK101459080SQ20071017935
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月12日 优先权日2007年12月12日
发明者键 刘, 刘新宇, 刘果果, 和致经, 李诚瞻, 郑英奎, 珂 魏 申请人:中国科学院微电子研究所