[发明专利]一种带表面钝化工艺的GaN、HEMT的制作方法

说明书

技术领域

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

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。

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。

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。

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。

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NH₃和H₂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N₂等离子体处理可以得到更好的GaN表面特性。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种N₂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。

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℃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。

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，NH₃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；

源漏欧姆接触是使用正胶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15μm、3μm、2μm。

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、N₂气体流量，产生N₂等离子体处理。

N₂等离子体钝化处理之后，采用PECVD设备，反应气体为NH₃、SiH₄和N₂，在源漏电极的表面及AlGaN势垒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

图1为该方法的实施流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的N₂和SiN相结合的钝化方法制备GaN、HEMT包括以下步骤：

S1.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℃持续1分钟的热退火处理；

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N₂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；