通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型hemt器件的方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法及系統(tǒng)。所述方法包括：將刻蝕樣品與陪片放置在刻蝕設(shè)備內(nèi)的等效刻蝕位置，使所述刻蝕樣品的刻蝕表面和所述陪片直接暴露在刻蝕環(huán)境內(nèi)，通過(guò)監(jiān)控所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化實(shí)現(xiàn)對(duì)所述刻蝕樣品的刻蝕監(jiān)控，并相應(yīng)的實(shí)時(shí)調(diào)整刻蝕條件，從而實(shí)現(xiàn)凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的精確、可控的制備。所述系統(tǒng)包括：具有與刻蝕樣品相同的外延結(jié)構(gòu)的陪片，電流監(jiān)控裝置以及控制單元。本發(fā)明有效解決了現(xiàn)有刻蝕技術(shù)中通過(guò)單一的刻蝕條件、單一的刻蝕速率及簡(jiǎn)單地通過(guò)刻蝕時(shí)間實(shí)現(xiàn)不同的刻蝕深度而產(chǎn)生的諸多缺陷，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刻蝕過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)調(diào)整，且設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，適于大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】
通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵増強(qiáng)型HEMT器件的方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的制備，尤其是涉及一種利用刻蝕工藝通過(guò)原位的刻蝕監(jiān)控，來(lái)制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法及其系統(tǒng)，屬于微電子技術(shù)的半導(dǎo)體材料和制作領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]HEMT(High Electron Mobility Transistor)，高電子遷移率晶體管，是一種異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，又稱為調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MODFET)、二維電子氣場(chǎng)效應(yīng)晶體管(2-DEGFET)、選擇摻雜異質(zhì)結(jié)晶體管(SDHT)等。這種器件及其集成電路既能夠工作于超高頻(毫米波)、超高速的微波器件領(lǐng)域，也能工作在高電壓、大電流的電力電子器件領(lǐng)域，原因就在于它是利用具有很高迀移率的二維電子氣和m族氮化物半導(dǎo)體優(yōu)異物理特性(如寬帶隙、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)等)來(lái)工作的。
[0003]現(xiàn)有的ΙΠ族氮化物半導(dǎo)體HEMT器件作為高頻器件或者高壓大功率開(kāi)關(guān)器件使用時(shí)，特別是作為功率開(kāi)關(guān)器件時(shí)，增強(qiáng)型HEMT器件與耗盡型HEMT器件相比有助于提高系統(tǒng)的安全性、降低器件的損耗和簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)電路。
[0004]目前實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型HEMT主要的方法有薄的勢(shì)皇層、凹柵結(jié)構(gòu)、P型蓋帽層和F處理等技術(shù)。但是每一種方法都存在自身的不足。例如，世界上首支增強(qiáng)型HEMT器件是采用較薄的勢(shì)皇層來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種方法不使用刻蝕工藝，所以帶來(lái)的損傷小，但是由于較薄的勢(shì)皇層，器件的飽和電流較小;F等離子處理也能實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型HEMT器件，并且不需要刻蝕，但是F等離子體在注入的過(guò)程中也會(huì)刻蝕勢(shì)皇層，造成器件性能的降低;P型蓋帽層技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生離子刻蝕對(duì)溝道電子的影響，所以具有較高的飽和電流，但是由于P-N結(jié)的正向?qū)ǎ蛊骷哂休^小的柵擺幅。
[0005]在增強(qiáng)型HEMT器件中，凹柵增強(qiáng)型HEMT器件具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、柵漏電小和柵擺幅大等特點(diǎn)，因此具有較高的市場(chǎng)前景。在實(shí)現(xiàn)凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法中，由于GaN材料具有較好的耐刻蝕特性，通常的酸類如硫酸、鹽酸、硝酸等和通常的堿類如氫氧化鉀、氫氧化鈉等都不能對(duì)GaN進(jìn)行有效的刻蝕，并且至今為止，還沒(méi)有一種能夠?qū)崿F(xiàn)AlxGa(1-x)N(0〈X〈 =I)和GaN兩種材料高選擇刻蝕比的溶液。在傳統(tǒng)的凹柵結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中，柵下的勢(shì)皇層主要是通過(guò)等離子體(主要的是氯基等離子體)刻蝕的方法實(shí)現(xiàn)的，并且一般的HEMT器件勢(shì)皇層只有20?30nm，所以凹柵的刻蝕面臨著刻蝕厚度的控制和刻蝕損傷的修復(fù)等問(wèn)題，采用傳統(tǒng)刻蝕工藝形成凹柵結(jié)構(gòu)的工藝難于控制，重復(fù)性較差。因此，如何采用新的刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)凹柵增強(qiáng)型HEMT器件，也是業(yè)界研發(fā)人員關(guān)注的重點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的主要目的在于提供一種通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法及系統(tǒng)，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0007]為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括:
[0008]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法，包括:
[0009]將刻蝕樣品與陪片放置在刻蝕設(shè)備內(nèi)的等效刻蝕位置，以保證刻蝕樣品與陪片處于相同的刻蝕條件下，所述陪片具有與所述刻蝕樣品相同的外延結(jié)構(gòu)，并且所述陪片具有兩個(gè)電極，該兩個(gè)電極通過(guò)所述陪片內(nèi)的二維電子氣電連接；
[0010]使所述刻蝕樣品的刻蝕表面和所述陪片直接暴露在刻蝕環(huán)境內(nèi)，通過(guò)監(jiān)控所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化實(shí)現(xiàn)對(duì)所述刻蝕樣品的刻蝕監(jiān)控，并相應(yīng)的實(shí)時(shí)調(diào)整刻蝕條件，從而實(shí)現(xiàn)凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的精確、可控的制備。
[0011 ]作為更優(yōu)選實(shí)施方案之一，該方法還包括:在刻蝕過(guò)程中，以控制單元實(shí)時(shí)接收和處理所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化信號(hào)，并輸出反饋指令而實(shí)時(shí)調(diào)整刻蝕條件。
[0012]作為優(yōu)選方案之一，所述刻蝕樣品表面覆設(shè)有圖形化掩膜，且所述刻蝕樣品的刻蝕表面從圖形化掩膜中暴露出.
[0013]作為優(yōu)選方案之一，所述陪片表面覆設(shè)有圖形化掩膜，且所述陪片的刻蝕表面從圖形化掩膜中暴露出。
[0014]更優(yōu)選的，所述刻蝕樣品的刻蝕表面分布于所述刻蝕樣品表面的柵極區(qū)域。
[0015]具體的，所述刻蝕設(shè)備采用等離子刻蝕設(shè)備。
[0016]進(jìn)一步的，所述刻蝕樣品的外延層結(jié)構(gòu)中包含待刻蝕層和刻蝕終止層，且所述待刻蝕層與刻蝕終止層之間具有較小的刻蝕選擇比，優(yōu)選為0.5?2，尤其優(yōu)選為I左右。
[0017]更進(jìn)一步的，所述刻蝕條件包括所述刻蝕設(shè)備的功率、所述刻蝕設(shè)備內(nèi)的氣壓、所述刻蝕設(shè)備內(nèi)的氣體組份，以及所述刻蝕設(shè)備的刻蝕頻率中的任意一者或兩種以上的組入口 ο
[0018]優(yōu)選的，該方法還包括:在刻蝕過(guò)程中，當(dāng)所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流達(dá)到最小值時(shí)，則停止刻蝕。
[0019]進(jìn)一步的，該方法還包括:在刻蝕結(jié)束后，于刻蝕樣品的勢(shì)皇層中形成與凹柵結(jié)構(gòu)相應(yīng)的凹槽，之后在刻蝕樣品上制作源電極、漏電極和柵電極，形成所述凹柵增強(qiáng)型HEMT器件。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例還提供了通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的系統(tǒng)，包括:
[0021]陪片，用以在原位刻蝕過(guò)程中與刻蝕樣品放置在刻蝕設(shè)備內(nèi)的等效刻蝕位置，所述陪片具有與刻蝕樣品相同的外延結(jié)構(gòu)，同時(shí)所述陪片具有兩個(gè)電極，該兩個(gè)電極通過(guò)所述陪片內(nèi)的二維電子氣電連接；
[0022]電流監(jiān)控裝置，用以在刻蝕過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化；
[0023]以及，控制單元，用以在刻蝕過(guò)程中實(shí)時(shí)接收和處理所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化信號(hào)，并輸出反饋指令而實(shí)時(shí)調(diào)整刻蝕條件。
[0024]優(yōu)選的，所述控制單元包括刻蝕設(shè)備的控制系統(tǒng)和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0025]優(yōu)選的，所述刻蝕設(shè)備選自等離子刻蝕設(shè)備，所述等離子刻蝕設(shè)備包括反應(yīng)等離子體刻蝕設(shè)備、感應(yīng)等離子體刻蝕設(shè)備或離子束刻蝕設(shè)備。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括:
[0027](I)本發(fā)明通過(guò)實(shí)時(shí)的監(jiān)控陪片上兩個(gè)電極之間的電流變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的刻蝕過(guò)程進(jìn)行原位的監(jiān)測(cè)，可以有效的得出樣品上勢(shì)皇層的刻蝕狀況，有效避免勢(shì)皇層的過(guò)刻蝕出現(xiàn)；
[0028](2)在本發(fā)明的刻蝕過(guò)程中，可以通過(guò)陪片上兩個(gè)電極之間電流的變化作為反饋信號(hào)，將反饋信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)中，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)中特定程序的處理，根據(jù)所得結(jié)果，對(duì)刻蝕條件做進(jìn)一步的處理，如:壓強(qiáng)的變化、功率的變化、氣體組份的變化及刻蝕頻率的變化等，最終達(dá)到較為復(fù)雜的刻蝕要求，有效的解決了現(xiàn)有刻蝕技術(shù)中通過(guò)單一的刻蝕條件、單一的刻蝕速率及簡(jiǎn)單地通過(guò)刻蝕時(shí)間實(shí)現(xiàn)不同的刻蝕深度的問(wèn)題；
[0029](3)本發(fā)明提供的通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的系統(tǒng)，作為新的刻蝕設(shè)備，也可以對(duì)現(xiàn)有的刻蝕設(shè)備做一定的改造，并且改造過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低廉，對(duì)于大部分刻蝕設(shè)備，如反應(yīng)等離子體刻蝕、感應(yīng)等離子體刻蝕、離子束刻蝕等具有較高的兼容性，具有易于進(jìn)行凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的大規(guī)模生產(chǎn)和在刻蝕工藝中的大范圍推廣等特點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中通過(guò)陪片電流的變化對(duì)刻蝕樣品進(jìn)行原位刻蝕監(jiān)測(cè)的工藝原理圖；
[0031]圖2是本發(fā)明中用作刻蝕原位監(jiān)控陪片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3是應(yīng)用舉例中耗盡型HEMT器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中采用電流原位監(jiān)控制備的凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1-真空腔室，2-上電極，3-下電極，4-控制單元，5-刻蝕樣品，6_陪片，7-電流表，8-等離子體，9-計(jì)算機(jī)，I O-襯底，11-溝道層，12-二維電子氣，13-空間層，14-勢(shì)皇層，15-蓋帽層，16-第一電極，17-掩膜，18-第二電極，19-源電極，20-柵電極，21-漏電極。
【具體實(shí)施方式】
[0035]鑒于現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本案發(fā)明人經(jīng)長(zhǎng)期研究和大量實(shí)踐，得以提出本發(fā)明的技術(shù)方案。如下將對(duì)該技術(shù)方案、其實(shí)施過(guò)程及原理等作進(jìn)一步的解釋說(shuō)明。但是，應(yīng)當(dāng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)，本發(fā)明的各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
[0036]本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)方面提供了一種通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法，包括:
[0037]將刻蝕樣品與陪片放置在刻蝕設(shè)備內(nèi)的等效刻蝕位置，以保證刻蝕樣品與陪片處于相同的刻蝕條件下，所述陪片具有與所述刻蝕樣品相同的外延結(jié)構(gòu)，并且所述陪片具有兩個(gè)電極，該兩個(gè)電極通過(guò)所述陪片內(nèi)的二維電子氣電連接；
[0038]使所述刻蝕樣品的刻蝕表面和所述陪片直接暴露在刻蝕環(huán)境內(nèi)，通過(guò)監(jiān)控所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化實(shí)現(xiàn)對(duì)所述刻蝕樣品的刻蝕監(jiān)控，并相應(yīng)的實(shí)時(shí)調(diào)整刻蝕條件，從而實(shí)現(xiàn)凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的精確、可控的制備。
[0039]作為更優(yōu)選實(shí)施方案之一，該方法還包括:在刻蝕過(guò)程中，以控制單元實(shí)時(shí)接收和處理所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化信號(hào)，并輸出反饋指令而實(shí)時(shí)調(diào)整刻蝕條件。
[0040]作為優(yōu)選方案之一，所述刻蝕樣品表面覆設(shè)有圖形化掩膜，且所述刻蝕樣品的刻蝕表面從圖形化掩膜中暴露出。
[0041]作為優(yōu)選方案之一，所述陪片表面覆設(shè)有圖形化掩膜，且所述陪片的刻蝕表面從圖形化掩膜中暴露出。
[0042]更優(yōu)選的，所述刻蝕樣品的刻蝕表面分布于所述刻蝕樣品表面的柵極區(qū)域。
[0043]所述刻蝕樣品可以選擇但不限于通過(guò)光刻的方式，在樣品的表面進(jìn)行圖形化處理，使用掩膜保護(hù)柵以外的有源區(qū)域?？梢缘幌抻谠跇悠返谋砻嬖O(shè)置圖形化掩膜，暴露出刻蝕表面;或者直接將樣品放置在刻蝕位置。
[0044]具體的，所述刻蝕設(shè)備采用等離子刻蝕設(shè)備。
[0045]進(jìn)一步的，所述刻蝕樣品的外延層結(jié)構(gòu)中包含待刻蝕層和刻蝕終止層，且所述待刻蝕層與刻蝕終止層之間具有較小的刻蝕選擇比。
[0046]進(jìn)一步的，為節(jié)約成本和簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，所述陪片可以制作于刻蝕樣品之上。
[0047]更進(jìn)一步的，所述刻蝕條件包括所述刻蝕設(shè)備的功率、所述刻蝕設(shè)備內(nèi)的氣壓、所述刻蝕設(shè)備內(nèi)的氣體組份，以及所述刻蝕設(shè)備的刻蝕頻率中的任意一者或兩種以上的組入口 ο
[0048]優(yōu)選的，該方法還包括:在刻蝕過(guò)程中，當(dāng)所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流達(dá)到最小值時(shí)，則停止刻蝕。
[0049]進(jìn)一步的，該方法還包括:在刻蝕結(jié)束后，于刻蝕樣品的勢(shì)皇層中形成與凹柵結(jié)構(gòu)相應(yīng)的凹槽，之后在刻蝕樣品上制作源電極、漏電極和柵電極，形成所述凹柵增強(qiáng)型HEMT器件。
[0050]本發(fā)明實(shí)施例還提供了通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的系統(tǒng)，包括:
[0051]陪片，用以在原位刻蝕過(guò)程中與刻蝕樣品放置在刻蝕設(shè)備內(nèi)的等效刻蝕位置，所述陪片具有與刻蝕樣品相同的外延結(jié)構(gòu)，同時(shí)所述陪片具有兩個(gè)電極，該兩個(gè)電極通過(guò)所述陪片內(nèi)的二維電子氣電連接；
[0052]電流監(jiān)控裝置，用以在刻蝕過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化；
[0053]以及，控制單元，用以在刻蝕過(guò)程中實(shí)時(shí)接收和處理所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化信號(hào)，并輸出反饋指令而實(shí)時(shí)調(diào)整刻蝕條件。
[0054]優(yōu)選的，所述控制單元包括刻蝕設(shè)備的控制系統(tǒng)和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0055]優(yōu)選的，所述刻蝕設(shè)備選自等離子刻蝕設(shè)備，所述等離子刻蝕設(shè)備包括反應(yīng)等離子體刻蝕設(shè)備、感應(yīng)等離子體刻蝕設(shè)備或離子束刻蝕設(shè)備。
[0056]總之，藉由本發(fā)明的方法及系統(tǒng)，可以有效地實(shí)現(xiàn)凹柵刻蝕工藝的原位監(jiān)測(cè)，且具有設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低廉，易于進(jìn)行凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的大規(guī)模生產(chǎn)等特點(diǎn)。
[0057]下面將結(jié)合附圖及一些典型實(shí)施案例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。
[0058]如圖1所示，在干法刻蝕中，通過(guò)在上電極2和下電極3施加射頻功率，從而產(chǎn)生等離子體8，等離子體的狀態(tài)可以由控制單元4控制，一般包括刻蝕設(shè)備的功率、刻蝕設(shè)備內(nèi)的壓強(qiáng)、所述刻蝕設(shè)備內(nèi)的氣體組份，以及刻蝕設(shè)備的刻蝕頻率等關(guān)鍵參數(shù)。在傳統(tǒng)的刻蝕系統(tǒng)中，產(chǎn)生的等離子體8會(huì)對(duì)刻蝕樣品5表面產(chǎn)生物理刻蝕和化學(xué)刻蝕，一般通過(guò)提前測(cè)得的刻蝕速率乘以刻蝕時(shí)間來(lái)得到刻蝕深度。但是等離子體在剛剛產(chǎn)生時(shí)處于非穩(wěn)定狀態(tài)，并且設(shè)備本身也存在參數(shù)的漂移，所以對(duì)于傳統(tǒng)的刻蝕設(shè)備，要想獲得納米級(jí)或者亞納米級(jí)的刻蝕結(jié)果非常困難，特別是對(duì)于具有較低刻蝕選擇比的兩種材料，例如，在增強(qiáng)型HEMT器件制作中，凹柵的刻蝕工藝。
[0059]鑒于上述傳統(tǒng)刻蝕設(shè)備存在的缺陷，本案發(fā)明人提出了本發(fā)明的技術(shù)方案，其主要包括:在對(duì)刻蝕樣品(如下簡(jiǎn)稱樣品)的刻蝕過(guò)程中，在刻蝕樣品的等效位置放置一個(gè)鍍有電極的陪片6，在刻蝕樣品的刻蝕過(guò)程中，刻蝕樣品5的刻蝕速率和陪片6的刻蝕速率相同，可以通過(guò)陪片6上兩個(gè)電極之間的電流變化監(jiān)控刻蝕樣品5上的刻蝕狀況，并且將得到的結(jié)果作為輸入信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)9中，通過(guò)在計(jì)算機(jī)9中提前設(shè)定好的程序，將輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，處理結(jié)果作為輸出信號(hào)輸入到控制單元4中，從而保持或改變刻蝕條件，達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控，精確刻蝕的目的。
[0060]如圖2所示為陪片的基本結(jié)構(gòu)示意圖，在陪片上制作有第一電極16和第二電極18，并且可以在陪片上制作與樣品上相同的圖形，將兩個(gè)電極與電流表連接，隨著勢(shì)皇層的刻蝕，溝道中的電子減小，電流不斷下降，當(dāng)勢(shì)皇層全部刻蝕干凈時(shí)，兩個(gè)電極之間的電流最小，并且電流不再變化，所以當(dāng)電流達(dá)到最小時(shí)，刻蝕需要停止，因此，就可以通過(guò)電流的變化監(jiān)控刻蝕樣品的刻蝕狀態(tài)。
[0061]為了更好的理解本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，如下將詳細(xì)的闡述本發(fā)明在制作凹柵增強(qiáng)型器件的具體應(yīng)用。
[0062]如圖3所示，對(duì)于普通HEMT器件(以AlGaN/GaN器件為例)，一般而言，當(dāng)在柵電極20施加零偏壓或者沒(méi)有加偏壓時(shí)，源電極19和漏電極21都與二維電子氣12相連接，所以HEMT器件的源電極19和漏電極21是導(dǎo)通的，HEMT器件處于開(kāi)啟狀態(tài)，一般稱這種HEMT器件為耗盡型HEMT器件，也可以稱作常開(kāi)型HEMT器件。為了使HEMT器件處于斷開(kāi)狀態(tài)，必須使源電極19和漏電極21之間的二維電子氣12耗盡或者某個(gè)區(qū)域的二維電子氣耗盡，這可以通過(guò)在柵電極20施加一定的電壓實(shí)現(xiàn)，當(dāng)柵電極20加負(fù)偏壓達(dá)到柵極電壓Vg〈Vth時(shí)，Vth為器件的閾值電壓，對(duì)于普通HEMT器件一般Vth為負(fù)值，可以耗盡柵下區(qū)域的二維電子氣，從而使HEMT器件處于關(guān)斷狀態(tài)。這種HEMT器件在實(shí)際電路應(yīng)用過(guò)程中由于只有在柵電極20施加負(fù)偏壓時(shí)，HEMT器件才能關(guān)斷，與增強(qiáng)型HEMT器件相比，增加了功耗，并且系統(tǒng)的安全性較差。
[0063]鑒于上述普通HEMT器件存在的缺陷，凹柵增強(qiáng)型HEMT器件可以有效的解決這個(gè)問(wèn)題，但是在勢(shì)皇層刻蝕過(guò)程中，勢(shì)皇層14與溝道層11具有非常低的刻蝕選擇比，如果勢(shì)皇層沒(méi)有刻蝕干凈，會(huì)增加器件在零偏壓下的漏電；如果刻蝕存在過(guò)刻蝕，開(kāi)態(tài)的導(dǎo)通電阻會(huì)增加，器件的性能會(huì)下降。而本發(fā)明提出的通過(guò)陪片兩個(gè)電極間電流的變化可以對(duì)刻蝕工藝進(jìn)行原位監(jiān)測(cè)，可以很好的解決這個(gè)問(wèn)題。
[0064]首先，在器件表面進(jìn)行圖形化處理，處理的方法可以選擇但不限于光刻、激光直寫(xiě)和電子束曝光等，將需要保護(hù)的柵電極20下端的勢(shì)皇層14以外區(qū)域使用掩膜保護(hù)起來(lái)，其余區(qū)域暴露在刻蝕等離子中，刻蝕的掩膜可以選擇但不限于光刻膠、二氧化硅和氮化硅等。
[0065]使用與刻蝕樣品相同的外延結(jié)構(gòu)制作陪片。首先，在陪片上制作第一電極16和第二電極18，一般采用的方法為沉積鈦、鋁、鎳、金(T1、Al、N1、Au，厚度分別為20nm、130nm、50nm、150nm)等多層金屬，然后進(jìn)行快速退火，條件為890°C下退火30秒，并將需要刻蝕的區(qū)域在等離子體中，并且可以在陪片上制作與刻蝕樣品上相同的圖形。
[0066]然后，如圖1所示，將HEMT器件外延片放置在真空腔室I中，并將帶有結(jié)構(gòu)的陪片6放置在與刻蝕樣品等效的刻蝕位置，以保證刻蝕樣品與陪片處于相同的等離子體刻蝕條件下。因?yàn)闃悠飞系目涛g速率與陪片上的刻蝕速率相同，就可以通過(guò)陪片上電流的變化趨勢(shì)對(duì)刻蝕樣品進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且可以通過(guò)將電流信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)9，計(jì)算機(jī)9控制刻蝕的條件，當(dāng)電流出現(xiàn)下降時(shí)，刻蝕自動(dòng)停止，從而實(shí)現(xiàn)可控、精確及帶有反饋的刻蝕工藝。
[0067]刻蝕結(jié)束后，將刻蝕樣品清洗干凈，在樣品的表面制作源電極19和漏電極21，首先在樣品表面旋涂光刻膠，然后通過(guò)設(shè)計(jì)的掩膜版和光刻技術(shù)在樣品表面形成源、漏電極的圖形化，然后再沉積金屬，一般選擇沉積鈦、鋁、鎳、金(T 1、A1、N 1、A u，厚度分別為2 O n m、130nm、50nm、150nm)等多層金屬，金屬沉積后將源、漏電極外的金屬剝離干凈，然后進(jìn)行快速退火，條件為890 °C下退火30秒，退火后源電極19和漏電極21與二維電子氣12相連接。
[0068]然后在樣品表面生長(zhǎng)一層介質(zhì)層21，生長(zhǎng)方式可以但不限于等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)、原子層沉積(ALD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)和感應(yīng)耦合等離子體化學(xué)氣相沉積等常用的半導(dǎo)體沉積技術(shù)。其中，沉積的介質(zhì)可選但不限于氧化鋁、氮化鋁、氧化硅和氮化硅等半導(dǎo)體中常用的介質(zhì)薄膜。
[0069]沉積完成后再通過(guò)光刻的方法形成柵金屬的圖形，在樣品的P型半導(dǎo)體的上方沉積柵金屬和剝離工藝，形成柵電極20，最后將源、漏電極上的介質(zhì)層刻蝕干凈。其中，柵金屬一般選擇附、々11，厚度分別為5011111、150111110
[0070]因此，參照?qǐng)D4所示，最后制作實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)型HEMT器件包括源、漏、柵電極、凹柵結(jié)構(gòu)，源、漏電極通過(guò)形成于異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的二維電子氣電連接，源、漏電極位于勢(shì)皇層14表面并且通過(guò)歐姆接觸與二維電子氣12相連接，柵電極20設(shè)于源、漏電極之間，在柵電極金屬和勢(shì)皇層表面之間存在柵介質(zhì)21和凹柵結(jié)構(gòu)，形成增強(qiáng)型MIS-HEMT結(jié)構(gòu)，凹柵結(jié)構(gòu)通過(guò)帶有電流原位監(jiān)控的方法進(jìn)行刻蝕完成。
[0071]本發(fā)明制備的增強(qiáng)型HEMT器件的工作原理為:參考圖4所示，在增強(qiáng)型HEMT器件中，閾值電壓Vth為正值，當(dāng)在柵電極20加零偏壓或不加偏壓時(shí)，柵電壓Vg〈Vth，由于勢(shì)皇層被刻蝕，柵下二維電子氣被耗盡，這時(shí)由于柵下沒(méi)有導(dǎo)電溝道，所以源電極19和漏電極21處于斷開(kāi)，器件處于斷開(kāi)狀態(tài)。當(dāng)在柵電極加正向電壓時(shí)，柵電壓Vg>Vth，這時(shí)柵下區(qū)域會(huì)積累電子，積累的電子形成新的導(dǎo)通溝道，使源電極19和漏電極21導(dǎo)通，器件處于開(kāi)啟狀態(tài)。如此，HEMT器件就從原有的耗盡型器件轉(zhuǎn)變成增強(qiáng)型器件。
[0072]本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容及技術(shù)特征已揭示如上，然而熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示及揭示而作種種不背離本發(fā)明精神的替換及修飾，因此，本發(fā)明保護(hù)范圍應(yīng)不限于實(shí)施例所揭示的內(nèi)容，而應(yīng)包括各種不背離本發(fā)明的替換及修飾，并為本專利申請(qǐng)權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法，其特征在于包括: 將刻蝕樣品與陪片放置在刻蝕設(shè)備內(nèi)的等效刻蝕位置，以保證刻蝕樣品與陪片處于相同的刻蝕條件下，所述陪片具有與所述刻蝕樣品相同的外延結(jié)構(gòu)，并且所述陪片具有兩個(gè)電極，該兩個(gè)電極通過(guò)所述陪片內(nèi)的二維電子氣電連接； 使所述刻蝕樣品的刻蝕表面和所述陪片直接暴露在刻蝕環(huán)境內(nèi)，通過(guò)監(jiān)控所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化實(shí)現(xiàn)對(duì)所述刻蝕樣品的刻蝕監(jiān)控，并相應(yīng)的實(shí)時(shí)調(diào)整刻蝕條件，從而實(shí)現(xiàn)凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的精確、可控的制備。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法，其特征在于還包括:在刻蝕過(guò)程中，以控制單元實(shí)時(shí)接收和處理所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化信號(hào)，并輸出反饋指令而實(shí)時(shí)調(diào)整刻蝕條件。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法，其特征在于:所述刻蝕樣品表面覆設(shè)有圖形化掩膜，且所述刻蝕樣品的刻蝕表面從圖形化掩膜中暴露出；和/或，所述陪片表面覆設(shè)有圖形化掩膜，且所述陪片的刻蝕表面從圖形化掩膜中暴露出。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法，其特征在于:所述刻蝕樣品的刻蝕表面分布于所述刻蝕樣品表面的柵極區(qū)域;和/或，所述刻蝕設(shè)備采用等離子刻蝕設(shè)備。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法，其特征在于:所述刻蝕樣品的外延層結(jié)構(gòu)中包含待刻蝕層和刻蝕終止層，且所述待刻蝕層與刻蝕終止層之間刻蝕選擇比為0.5?2。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法，其特征在于:所述刻蝕條件包括所述刻蝕設(shè)備的功率、所述刻蝕設(shè)備內(nèi)的氣壓、所述刻蝕設(shè)備內(nèi)的氣體組份，以及所述刻蝕設(shè)備的刻蝕頻率中的任意一者或兩種以上的組合。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法，其特征在于包括:在刻蝕過(guò)程中，當(dāng)所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流達(dá)到最小值時(shí)，則停止刻蝕。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的方法，其特征在于包括:在刻蝕結(jié)束后，于刻蝕樣品的勢(shì)皇層中形成與凹柵結(jié)構(gòu)相應(yīng)的凹槽，之后在刻蝕樣品上制作源電極、漏電極和柵電極，形成所述凹柵增強(qiáng)型HEMT器件。9.一種通過(guò)原位刻蝕監(jiān)控制備凹柵增強(qiáng)型HEMT器件的系統(tǒng)，其特征在于包括: 陪片，用以在原位刻蝕過(guò)程中與刻蝕樣品放置在刻蝕設(shè)備內(nèi)的等效刻蝕位置，所述陪片具有與刻蝕樣品相同的外延結(jié)構(gòu)，同時(shí)所述陪片具有兩個(gè)電極，該兩個(gè)電極通過(guò)所述陪片內(nèi)的二維電子氣電連接； 電流監(jiān)控裝置，用以在刻蝕過(guò)程中實(shí)時(shí)檢測(cè)所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化； 以及，控制單元，用以在刻蝕過(guò)程中實(shí)時(shí)接收和處理所述陪片的兩個(gè)電極之間的電流變化信號(hào)，并輸出反饋指令而實(shí)時(shí)調(diào)整刻蝕條件。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述控制單元包括刻蝕設(shè)備的控制系統(tǒng)和/或計(jì)算機(jī)系統(tǒng);和/或，所述刻蝕設(shè)備選自等離子刻蝕設(shè)備，所述等離子刻蝕設(shè)備包括反應(yīng)等離子體刻蝕設(shè)備、感應(yīng)等離子體刻蝕設(shè)備或離子束刻蝕設(shè)備。
【文檔編號(hào)】H01L21/335GK105870012SQ201610250596
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】張志利, 張寶順, 蔡勇, 付凱, 于國(guó)浩, 孫世闖, 宋亮, 李維毅
【申請(qǐng)人】蘇州能屋電子科技有限公司