一种带表面钝化工艺的GaN、HEMT的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体器件制造领域，特别涉及一种GaN、HEMT功率器件的表面钝化 方法。
【背景技术】
[0002] 宽禁带半导体材料氮化镓（GaN)作为第三代半导体材料的典型代表，具有禁带宽 带大、耐高压、耐高温、耐酸碱腐蚀、抗辐射、电子饱和速度和漂移速度高、容易形成高质量 异质结构的优异特性，非常适合制造高温、高频、大功率、抗辐照微波电子器件。
[0003] AlGaN和GaN形成异质结后，由于存在较强的自发极化和压电极化，在AlGaN/GaN 异质结界面处存在高浓度的二维电子气。
[0004] AlGaN/GaNHEMT沟道中热电子受强电场激发隧穿进入器件表面并被表面电子陷阱 捕获，被捕获的电子在器件表面形成虚栅耗尽了沟道中的二维电子气，使得器件出现电流 崩塌.对AlGaN/GaN HEMT的电流崩塌，工艺上可采用SiN钝化加以抑制。
[0005] 尽管SiN钝化方法在工业中应用广泛，但是SiN钝化过程中，如果没有有效的表面 处理，则很容易引起器件表面缺陷，如器件欧姆接触制作中的高温退火过程引起的N空穴 位、GaN表面悬空键，最终引起器件电流泄漏、电流崩塌等，即SiN钝化不能完全解决表面 缺陷引起的泄漏电流等问题。
[0006] 而在SiN钝化之前使用N2, H2, NH3等离子体预处理解决GaNHEMT器件表面特性，得 到更高的2DEG密度，更小的栅长，更好的可靠性。N自由基可以有效的修复N空穴、减小GaN 表面悬空键，帮助移除C基和O基化学键。因此N2可以更有效改善器件的表面特性。但若 使用順3和H 2等离子体会产生H自由基扩散进入GaN结构影响Ga-N化学键，在GaN表面生 成N空穴或Ga-H键，这些H自由基引起的GAN器件性能衰退。因此不含H离子的纯队等 离子体处理可以得到更好的GaN表面特性。
【发明内容】
[0007] 为了解决上述问题，本发明提出了一种队和SiN相结合的钝化方法，能够有效地 减小GaN表面N空穴缺陷、GaN表面悬空键缺陷。
[0008] 一种GaN、HEMT功率器件表面钝化方法，包括以下步骤：使用电子束蒸发设备制 备Ti/Al/Ni/Au源漏金属形成欧姆接触，使用化学收缩法制备T型栅，在纯氮环境下，进行 850°C持续1分钟的热退火处理；使用ICP设备对GaN晶圆表面进行队等离子体处理；使用 PECVD设备生长SiN钝化层。
[0009] SiN钝化过程中，如果没有有效的表面处理，则很容易引起器件表面缺陷，而在 SiN钝化之前使用H2,順3等离子体预处理会产生H自由基扩散进入GaN结构影响Ga-N键， 在GaN表面生成N空穴或Ga-H键，这些H自由基引起的GaN器件性能衰退。因此不含H离 子的纯队等离子体处理可以得到更好的GaN表面特性；
[0010] 源漏欧姆接触是使用正胶AZ? MIR-701进行涂胶显影，使用ICP-RIE设备进行 干法刻蚀，使用电子束蒸发Ti/Al/Ni/Au制备源漏金属；使用化学收缩法制备T型栅，栅金 属为Ni/Au金属。所述栅漏距离、栅源距离、栅长分别为15 μπι、3 μπι、2 μπι。
[0011] 所述N2等离子体钝化预处理是使用ICP设备，通过控制电极功率、N 2气体流量，产 生队等离子体处理。
[0012] 队等离子体钝化处理之后，采用PECVD设备，反应气体为NH 3、SiHjP N2，在源漏电 极的表面及AlGaN势皇层的表面淀积钝化层，所述的钝化层的材料为SiN，厚度为20nm。
【附图说明】
[0013] 图1为该方法的实施流程图。
【具体实施方式】
[0014] 如图1所示，本发明提供的队和SiN相结合的钝化方法制备GaN、HEMT包括以下 步骤：
[0015] SI.使用电子束蒸发设备制备Ti/Al/Ni/Au源漏金属形成欧姆接触，使用化学收 缩法制备T型栅，栅金属采用了 Ni/Au金属；在钝化前，在纯氮环境下，进行850°C持续1分 钟的热退火处理；
[0016] S2.使用ICP设备对AlGaN/GaN晶圆表面进行N2等离子体处理5分钟，形成N 2等 离子体钝化层处理时ICP上电极加射频功率而下电极则不加功率，以减少离子轰击可能对 器件表面产生的损伤；
[0017] S3.使用PECVD设备生长SiN钝化层。
[0018] 实施例
[0019] 1.制作源漏金属形成欧姆接触，T型栅；
[0020] 制备源漏电极：
[0021] 对样品甩正胶AZ? MIR-701，转速为5000转/min，在150°C的热板上烘2分钟， 采用紫外光刻及显影、定影形成腐蚀窗口；
[0022] 使用ICP-RIE设备干法刻蚀AlGaN势皇层和GaN缓冲层，刻蚀深度为150nm，反应 气体为Cl 2/Ar。
[0023] 电子束蒸发Ti/Al/Ni/Au金属，在氮气氛围内快速热退火，在AlGaN势皇层上面的 两侧形成源漏电极。该源漏电极间距为18 μ m，退火条件为，温度850°C下，退火时间1分钟。
[0024] 使用化学收缩法制备T型栅，栅金属采用了 Ni/Au金属。
[0025] 所述栅漏距离、栅源距离、栅长分别为15 μπι、3 μπι、2 μπι。
[0026] 2.使用ICP设备进行N2等离子体钝化处理；
[0027] 将晶圆放入ICP-180设备中，为减少离子轰击可能对器件表面产生的损伤，参数 设置为上电极功率50W，下电极功率0W，队气体流量60sccm，产生N 2等离子体处理5分钟， 形成队等离子体钝化层22。N2等离子体机制为，N 2等离子体注入AlGaN表面产生N自由基 进入N空穴，移除氧原子相关原子键，并使用完整的G-N键替代器件表面悬挂键。
[0028] 处理结束后，将片子取出立即放入PECVD设备中进行SiN钝化介质的生长。
[0029] 3.使用PECVD设备生长SiN钝化层；
[0030] 淀积钝化层：采用PECVD设备PH2-7-100,反应气体为NH3、SiHjP N 2，在源漏电极 的表面及AlGaN势皇层的表面淀积钝化层，所述的钝化层的材料为SiN，厚度为20nm。
【主权项】
1. 一种GaN、HEMT功率器件表面钝化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，使用电 子束蒸发设备制备Ti/Al/Ni/Au源漏金属形成欧姆接触，使用化学收缩法制备T型栅，在纯 氮环境下，进行850°C持续1分钟的热退火处理；使用ICP设备对GaN晶圆表面进行N 2等离 子体处理；使用PECVD设备生长SiN钝化层。
2. 根据权利要求1所述的一种GaN、HEMT功率器件表面钝化方法，其特征在于：SiN钝 化过程中，如果没有有效的表面处理，则很容易引起器件表面缺陷，而在SiN钝化之前使用 H2,順3等离子体预处理会产生H自由基扩散进入GaN结构影响Ga-N键，在GaN表面生成N 空穴或Ga-H键，这些H自由基引起的GaN器件性能衰退。因此不含H离子的纯N2等离子 体处理可以得到更好的GaN表面特性。
3. 根据权利要求1所述的一种GaN、HEMT功率器件表面钝化方法，其特征在于：源漏欧 姆接触是使用正胶AZ? MIR-701进行涂胶显影，使用ICP-RIE设备进行干法刻蚀，使用电 子束蒸发Ti/Al/Ni/Au制备源漏金属；使用化学收缩法制备T型栅，栅金属为Ni/Au金属。 所述栅漏距离、栅源距离、栅长分别为15μπι、3μπι、2μπι。
4. 根据权利要求1所述的一种GaN、HEMT功率器件表面钝化方法，其特征在于：所述N 2 等离子体钝化预处理是使用ICP设备，通过控制电极功率、队气体流量，产生N 2等离子体处 理。
5. 根据权利要求1所述的一种GaN、HEMT功率器件表面钝化方法，其特征在于：N 2等离 子体钝化处理之后，采用PECVD设备，反应气体为NH3、SiHjP N2，在源漏电极的表面及AlGaN 势皇层的表面淀积钝化层，所述的钝化层的材料为SiN，厚度为20nm。
【专利摘要】一种GaN、HEMT功率器件表面钝化方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，使用电子束蒸发设备制备Ti/Al/Ni/Au源漏金属形成欧姆接触，使用化学收缩法制备T型栅，在纯氮环境下，进行850℃持续1分钟的热退火处理；使用ICP设备对GaN晶圆表面进行N2等离子体处理；使用PECVD设备生长SiN钝化层。
【IPC分类】H01L21-335, H01L21-318
【公开号】CN104752201
【申请号】CN201510107069
【发明人】王智勇, 高鹏坤, 王青, 张绵, 郑建华
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月11日