AlGaN/GaN結(jié)構(gòu)的氧基數(shù)字蝕刻

引言

寬帶隙GaN基高電子遷移率晶體管(HEMTs)和場(chǎng)效應(yīng)晶體管(fet)能夠提供比傳統(tǒng)Si基高功率器件更高的擊穿電壓和電子遷移率。常關(guān)GaN非常需要HEMT來(lái)降低功率并簡(jiǎn)化電路和系統(tǒng)架構(gòu)，這是GaN HEMT技術(shù)的主要挑戰(zhàn)之一。凹進(jìn)的AlGaN/GaN結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)常關(guān)操作的有用選擇之一。

由于對(duì)柵極電介質(zhì)厚度、均勻性、質(zhì)量和表面形態(tài)的高要求，凹槽蝕刻在GaN HEMT的制造中是非常關(guān)鍵的步驟。通過(guò)使用氯(Cl2)或三氯化硼(BCl3)等離子體的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)在AlGaN和GaN之間會(huì)產(chǎn)生高選擇性，同時(shí)，它們也會(huì)對(duì)AlGaN造成損傷，這會(huì)顯著影響均勻性、表面質(zhì)量和形態(tài)。

實(shí)驗(yàn)與討論

在這項(xiàng)工作中，英思特使用電感耦合等離子體(ICP)工具中的氧等離子體作為氧化劑。從上到下，Si上的外延層是2.5nm GaN蓋層、19nmAl0.25Ga0.75N阻擋層、0.8nmAlN間隔層和700nm本征GaN以及緩沖層。

我們將晶片分成五組，每組分別進(jìn)行三到七次數(shù)字蝕刻循環(huán)。數(shù)字蝕刻的流程圖如圖1所示。

圖1：顯示外延結(jié)構(gòu)的橫截面的示意圖

數(shù)字蝕刻是通過(guò)具有450W的ICP功率和40W的RF偏置功率的O2等離子體氧化AlGaN。英思特在75和40W下做了一系列測(cè)試，在濕法蝕刻步驟中，使用HCl溶液(去離子水∶HCl = 5∶1)中的90秒蝕刻。

通過(guò)原子力顯微鏡(AFM)測(cè)量AlGaN蝕刻深度。在每個(gè)樣品上，測(cè)量六個(gè)點(diǎn)的深度，并使用平均蝕刻深度。蝕刻深度測(cè)量誤差為1nm。在AFM測(cè)量之前，通過(guò)BOE溶液蝕刻掉硬掩膜和GaN覆蓋層的天然氧化物。

隨著AlGaN被更多的HCl溶液和氧等離子體轟擊蝕刻，蝕刻將持續(xù)進(jìn)行。在第6次循環(huán)后，厚GaN層暴露于ICP中的氧氣，并被氧化成GaN3，其可以溶解在HCl溶液中。因此，在第6次循環(huán)后，蝕刻深度繼續(xù)增加。

圖2中比較了AlGaN/GaN樣品在3次和7次數(shù)字蝕刻工藝循環(huán)后的表面形態(tài)，其通過(guò)AFM在每個(gè)樣品的6個(gè)區(qū)域上測(cè)量，掃描面積為1×1μm2。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，粗糙度略有下降。然而，第6個(gè)周期的均方根粗糙度略有增加。由于AlN的厚度非常薄(0.8nm)，該層的外延生長(zhǎng)導(dǎo)致更高的AlN厚度不均勻性，并因此導(dǎo)致更高的Al2O3厚度不均勻性。

圖2：AFM圖像顯示

結(jié)論

英思特通過(guò)使用ICP蝕刻機(jī)研究了GaN上具有0.8nmAlN間隔物的Al0.25Ga0.75N的基于O2等離子體的數(shù)字蝕刻。在40W RF偏壓功率和40sccm氧氣流量下，Al0.25Ga0.75N的蝕刻深度為每周期5.7nm。0.8nmAlN間隔層充當(dāng)AlGaN凹陷的蝕刻停止層。

在數(shù)字蝕刻循環(huán)后，表面粗糙度改善到0.330nm。與僅干法蝕刻的方法相比，這種技術(shù)造成的損傷更少。與采用濕法蝕刻方法的選擇性氧化相比，這種方法對(duì)外延生長(zhǎng)的要求較低，并且節(jié)省了氧化工藝。AlN作為用于數(shù)字蝕刻的蝕刻停止層的存在保證了用于制備柵極凹陷HEMT的更好的凹陷控制。

江蘇英思特半導(dǎo)體科技有限公司主要從事濕法制程設(shè)備，晶圓清潔設(shè)備，RCA清洗機(jī)，KOH腐殖清洗機(jī)等設(shè)備的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維護(hù)。

審核編輯 黃宇