專利名稱：一種提高GaN HEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種提高GaN HEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法。
背景技術(shù)：
GaN HEMT作為寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料器件，具有輸出功率高、耐高溫的特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。柵槽刻蝕技術(shù)，作為提高GaN HEMT器件跨導(dǎo)，提升功率輸出的一種有效手段，已被廣泛應(yīng)用于GaN HEMT器件生產(chǎn)工藝流程中。但由于需要刻蝕掉的GaN帽層很薄，同時(shí)二維電子氣也很容易被刻蝕所破壞，這就要求柵槽刻蝕具有淺距離、低損傷的特點(diǎn)，同時(shí)還要求很好的均勻性和可重復(fù)性。GaN HEMT器件柵槽刻蝕過(guò)程對(duì)刻蝕條件十分敏感，GaN外延片的厚度會(huì)影響到外延片與ICP腔體上極板之間的距離，進(jìn)而影響柵槽刻蝕速率。因此同一 GaN外延片上不同區(qū)域厚度的變化會(huì)造成柵槽刻蝕深度的不均勻，而不同批次的GaN外延片的厚度變化會(huì)造成柵槽刻蝕的不重復(fù)。這就需要在刻蝕過(guò)程中盡量降低GaN外延片厚度對(duì)柵槽刻蝕速率的影響。由于隨著柵槽刻蝕深度的增加，GaN HEMT器件的源漏電流會(huì)下降。通常為檢測(cè)柵槽刻蝕深度，需要進(jìn)行低速刻蝕，并在刻蝕過(guò)程中不時(shí)中斷，從腔體中取出GaN外延片，對(duì) GaN HEMT器件的源漏電流下降程度進(jìn)行測(cè)量。但GaN HEMT器件的源漏電流下降也可能是由刻蝕對(duì)溝道層的損傷所引起，因此需要在柵槽刻蝕過(guò)程中盡量降低刻蝕損傷。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種提高GaN HEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法，以達(dá)到提高刻蝕可重復(fù)性，同時(shí)降低刻蝕損傷的目的。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種提高GaN HEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法，該方法包括增大ICP托盤內(nèi)徑尺寸；提高ICP托盤高度；以及將待刻蝕的GaN外延片粘附于載片之上再進(jìn)行柵槽刻蝕。上述方案中，所述ICP托盤選用石英或藍(lán)寶石材質(zhì)制作而成。上述方案中，所述增大ICP托盤內(nèi)徑尺寸，是將ICP托盤內(nèi)徑由2時(shí)增大至4時(shí)， 以降低刻蝕氣體等離子體分布體積。上述方案中，所述提高ICP托盤高度，是將ICP托盤的高度由0.35時(shí)提高至 400 μ m,以縮短刻蝕氣體等離子體加速距離，同時(shí)消除GaN外延片厚度對(duì)刻蝕的影響。上述方案中，所述將待刻蝕的GaN外延片粘附于載片之上，是通過(guò)在GaN外延片下粘附載片，防止等離子體湮沒(méi)，同時(shí)縮短刻蝕氣體等離子體加速距離。上述方案中，所述載片選用Si、SiO2或石英制作而成。(三)有益效果本發(fā)明提供的這種提高GaN HEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法，通過(guò)增大ICP等離子體刻蝕機(jī)反應(yīng)腔體內(nèi)的等離子體分布體積，降低等離子體密度，縮短等離子體加速距離，達(dá)到了提高刻蝕可重復(fù)性，同時(shí)降低刻蝕損傷的目的，并且消除了 GaN外延片厚度對(duì)柵槽刻蝕的影響，降低了 GaNHEMT柵槽刻蝕過(guò)程中的等離子體轟擊損傷，提高了器件直流和高頻特性。


圖1是本發(fā)明提供的提高GaN HEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法流程圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)GaN HEMT柵槽進(jìn)行刻蝕的示意圖；圖3是利用本發(fā)明對(duì)GaN HEMT柵槽進(jìn)行刻蝕的示意圖；圖4是采用傳統(tǒng)ICP托盤刻蝕前后GaN HEMT器件源漏電流對(duì)比圖；圖5是采用新型ICP托盤刻蝕前后GaN HEMT器件源漏電流對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明針對(duì)傳統(tǒng)GaN HEMT柵槽刻蝕過(guò)程中出現(xiàn)的刻蝕損傷和不均勻不重復(fù)狀況， 采用一種新型的ICP托盤，達(dá)到降低刻蝕損傷，提高刻蝕均勻性重復(fù)性的目的。如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的提高GaN HEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法流程圖， 該方法包括步驟1 增大ICP托盤內(nèi)徑尺寸；步驟2 提高ICP托盤高度；步驟3 將待刻蝕的GaN外延片粘附于載片之上再進(jìn)行柵槽刻蝕。其中，增大ICP托盤內(nèi)徑尺寸，是將ICP托盤內(nèi)徑由2時(shí)增大至4時(shí)，以降低刻蝕氣體等離子體分布體積。所述ICP托盤選用石英或藍(lán)寶石材質(zhì)制作而成。ICP托盤的內(nèi)徑尺寸直接決定了 ICP腔體內(nèi)刻蝕氣體等離子體的分布半徑。在起輝功率和刻蝕功率，以及腔體壓力、溫度等條件均相同的情況下，刻蝕氣體等離子體的總量也相同，分布半徑越大，相同面積下的等離子體濃度就會(huì)越稀薄。由于刻蝕速率和刻蝕損傷與等離子體濃度成正比， 通過(guò)降低等離子體濃度，可以有效降低刻蝕損傷，同時(shí)對(duì)刻蝕深度的掌控也更加有效。提高ICP托盤高度，是將ICP托盤的高度由0. 35時(shí)提高至400 μ m，以縮短刻蝕氣體等離子體加速距離，同時(shí)消除GaN外延片厚度對(duì)刻蝕的影響。GaN HEMT柵槽刻蝕過(guò)程中， GaN外延片與ICP腔體上極板之間的距離決定了刻蝕氣體等離子體的加速長(zhǎng)度，進(jìn)而決定了等離子體轟擊在GaN外延片上的能量，距離越長(zhǎng)，轟擊能量越大，刻蝕速率以及刻蝕損傷也越大。通過(guò)增加ICP托盤高度，可以縮短GaN外延片與ICP腔體上極板之間的距離，從而降低刻蝕速率和刻蝕損傷。同時(shí)ICP托盤增高后，GaN外延片厚度相對(duì)于ICP托盤的高度可以忽略不計(jì)，這樣也可以降低GaN外延片厚度的變化帶來(lái)的柵槽刻蝕的不重復(fù)性和不均勻性。將待刻蝕的GaN外延片粘附于載片之上，是通過(guò)在GaN外延片下粘附載片，防止等離子體湮沒(méi)，同時(shí)縮短刻蝕氣體等離子體加速距離。由于ICP托盤為筒狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑增大后，GaN外延片不能完全遮蓋托盤下的金屬，這就需要將待刻蝕的GaN外延片粘附于Si載片(或SiO2載片或石英載片)之上再進(jìn)行柵槽刻蝕，否則刻蝕氣體等離子體會(huì)在露出的金屬上湮沒(méi)。同時(shí)Si載片(或SiO2載片或石英載片)也可以進(jìn)一步縮短GaN外延片與ICP 腔體上極板之間的距離，從而降低刻蝕速率和刻蝕損傷，提高柵槽刻蝕的重復(fù)性與均勻性。圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)GaN HEMT柵槽進(jìn)行刻蝕的示意圖，圖3示出了利用本發(fā)明對(duì)GaN HEMT柵槽進(jìn)行刻蝕的示意圖。對(duì)刻蝕后的GaN HEMT器件源漏電流Ids進(jìn)行測(cè)量，并與刻蝕前進(jìn)行對(duì)比。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)的ICP托盤，在進(jìn)行柵槽刻蝕之后，GaN HEMT器件源漏電流下降明顯，同時(shí)正偏壓和負(fù)偏壓下的源漏電流出現(xiàn)了不對(duì)稱現(xiàn)象，如圖3所示。而采用新型ICP托盤后，在相同的刻蝕條件下，GaNHEMT器件源漏電流下降不明顯，同時(shí)正偏壓和負(fù)偏壓下的源漏電流沒(méi)有出現(xiàn)不對(duì)稱現(xiàn)象，如圖4所示。實(shí)驗(yàn)顯示，新型ICP托盤確實(shí)可以降低柵槽刻蝕損傷，提高柵槽刻蝕均勻性。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種提高GaN HEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法，該方法包括增大ICP托盤內(nèi)徑尺寸；提高ICP托盤高度；以及將待刻蝕的GaN外延片粘附于載片之上再進(jìn)行柵槽刻蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高GaNHEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法，其特征在于，所述 ICP托盤選用石英或藍(lán)寶石材質(zhì)制作而成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高GaNHEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法，其特征在于，所述增大ICP托盤內(nèi)徑尺寸，是將ICP托盤內(nèi)徑由2時(shí)增大至4時(shí)，以降低刻蝕氣體等離子體分布體積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高GaNHEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法，其特征在于，所述提高ICP托盤高度，是將ICP托盤的高度由0. 35時(shí)提高至400 μ m,以縮短刻蝕氣體等離子體加速距離，同時(shí)消除GaN外延片厚度對(duì)刻蝕的影響。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高GaNHEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法，其特征在于，所述將待刻蝕的GaN外延片粘附于載片之上，是通過(guò)在GaN外延片下粘附載片，防止等離子體湮沒(méi)，同時(shí)縮短刻蝕氣體等離子體加速距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的提高GaNHEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法，其特征在于，所述載片選用Si、SiO2或石英制作而成。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種提高GaN HEMT柵槽刻蝕可重復(fù)性的方法，該方法包括增大ICP托盤內(nèi)徑尺寸；提高ICP托盤高度；以及將待刻蝕的GaN外延片粘附于載片之上再進(jìn)行柵槽刻蝕。本發(fā)明通過(guò)增大ICP等離子體刻蝕機(jī)反應(yīng)腔體內(nèi)的等離子體分布體積，降低等離子體密度，縮短等離子體加速距離，達(dá)到消除GaN外延片厚度對(duì)柵槽刻蝕的影響，降低GaNHEMT柵槽刻蝕過(guò)程中的等離子體轟擊損傷，提高器件直流和高頻特性。
文檔編號(hào)H01L21/335GK102315123SQ201010227180
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者劉新宇, 劉果果, 樊捷, 魏珂, 黃 俊 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所