[发明专利]一种刻蚀GaN基高电子迁移率晶体管异质结的方法

说明书

一种刻蚀GaN基高电子迁移率晶体管异质结的方法，属于半导体加工技术领域。所述GaN基高电子迁移率晶体管异质结包括从上到下依次排列的掩膜材料层、pGaN层、AlGaN层、GaN层和底层材料层，所述方法包括以下步骤：将已经打开掩膜材料层的待刻蚀样品经传送装置传送至反应离子刻蚀机的刻蚀腔，通入第一组刻蚀气体先快速刻蚀大部分pGaN层材料。待第一组刻蚀气体刻蚀结束后，向反应离子刻蚀机的刻蚀腔中通入第二组刻蚀气体慢速刻蚀余下部分pGaN层材料，刻蚀结束后取出样品。本发明所述方法能够选择性刻蚀pGaN并停止在AlGaN层，该刻蚀工艺对AlGaN层的刻蚀量小于2 nm。

技术领域

本发明属于半导体加工技术领域，具体涉及一种刻蚀GaN基高电子迁移率晶体管异质结的方法。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，半导体技术对我们生活的影响越来越明显。生活中处处都会用到半导体器件，我们在生活方面对半导体技术的依赖程度也越来越高，这也促进了半导体技术的发展。

电子电力器件，即半导体功率器件，主要用于电力设备的电能转换和控制电路方面大功率的电子器件。Si、Ge材料被誉为第一代半导体材料，GaAs、InSb化合物被誉为第二代半导体材料，而GaN和SiC等材料被誉为第三代半导体材料。

GaN半导体材料具有禁带宽度大、高击穿电场、高电子饱和漂移速率、导热率好、较小的介电常数等优点。同时，第三代半导体材料比前两代材料具有更加更定的化学性质和耐腐蚀性能，能够在更加恶劣的环境中工作。

氮化镓高电子迁移率晶体管即HEMT器件是一种异质结场效应晶体管，这种器件依靠半导体异质结中具有量子效应的二维电子气（2DEG）形成的沟道，评判器件的性能由二维电子气的密度、迁移率的大小和饱和速度等因素共同决定的。HEMT器件具有电子迁移率高、电流大、电子饱和速度快、热导率高等特点，广泛应用于高温高辐射领域半导体器件的制作，并能降低能耗。同时氮化镓材料具有很强的自发和压电极效应，该特性能够提高HEMT结构中二维电子气的密度和迁移率，因此基于GaN材料的HEMT成为目前高频功率器件和功率开关器件等领域的研究热点。

目前，GaN HEMT 结构以AlGaN/GaN 异质结为主，由于该异质结构导带的偏移比较大，在异质结附近能产生很强的自发和压电极化效应，因此不需要特意掺杂就能在界面处堆积高浓度的2DEG，这样就可以使掺杂原子和载流子在空间上得到分离，减小了二者之间的库仑作用及杂质散射的影响，所以HEMT 具有其他结构难以达到的高电子迁移率。

在HEMT器件制备过程中存在一定的难点，如图1，需要刻蚀pGaN后停在AlGaN表面或AlGaN损伤尽量小于2 nm。该步刻蚀工艺对HEMT器件的性能有着至关重要的作用。而使用传统的GaN刻蚀菜单（如Cl₂/BCl₃或Cl₂/BCl₃/Ar体系）对pGaN和AlGaN的刻蚀速率基本一致无选择性刻蚀，刻蚀深度误差无法准确控制在2 nm以内。而AlGaN损伤量越大，该器件的性能就会大大降低。另外刻蚀后，若台阶底部出现“sub-trench”形貌，也会造成器件性能的变差。为了提高该HEMT器件性能，一种有效刻蚀pGaN并对AlGaN低损伤的方法至关重要。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供一种刻蚀GaN基高电子迁移率晶体管异质结的方法，所述方法能够选择性刻蚀pGaN并停止在AlGaN层，该刻蚀工艺对AlGaN层的刻蚀量小于2 nm。