CN101661885B - 已减薄或划片的氮化镓基场效应管的退火处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种已减薄或划片的氮化镓基场效应管的退火处理方法，属于半导体技术领域。所述方法包括：采用丙酮和乙醇对已减薄或划片的氮化镓基场效应管进行清洗处理；将清洗处理后的氮化镓基场效应管置于保护性气体中进行退火处理，退火处理的温度为200-400℃，退火时间为30-60小时。通过本发明的上述技术方案，采用长时间的慢退火方法处理氮化镓基场效应管，可以解决目前因进行减薄、划片后导致的场效应管直流性能退化的问题，并且器件直流性能的提高将进而提高器件的功率性能，而且氮化镓基场效应晶体管在退火后特性参数得到了稳定，进而提高了器件的可靠性。

Description

已减薄或划片的氮化镓基场效应管的退火处理方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种已减薄或划片的氮化镓基场效应管的退火处理方法。
背景技术
在半导体场效应晶体管的制作过程中，在场效应管进行减薄和划片的工艺后，完成场效应管的制作。而晶圆在经过减薄和划片的过程中，不可避免的会受到机械应力的影响，并且栅帽上的金属，由于应力分布的不均衡，在AlGaN应力释放中将影响栅帽，在减薄中的应力将对栅产生严重的影响，从而降低器件的性能。而GaN基HEMT器件中二维电子气的形成主要是由于AlGaN和GaN界面的极化效应形成的，这就决定了该器件对外界机械应力的影响很敏感。该机械应力造成的损伤不完全是永久性损伤，可以通过退火的方法使其性能得到部分的恢复。
目前的方法中，对划片后的器件进行一定条件的退火，退火条件的选择很重要，过高的退火温度条件将引起器件的栅下沉，明显降低器件的饱和漏电流；过低的退火温度和过短的退火时间，不能起到提高器件直流性能的作用；而没有氮气保护下器件的退火将导致器件氧化而引起器件的严重退化。
目前，对场效应管的制作中，还没有提出采用退火的方法对其减薄、划片后的器件性能进行改进的方法。
发明内容
针对器件制作过程中，晶圆经过减薄、划片后器件性能退化的问题，而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种氮化镓基场效应管的退火处理方法，以解决上述问题。
本发明提出了一种已减薄或划片的氮化镓基场效应管的退火处理方法，所述方法包括：
采用丙酮和乙醇对已减薄或划片的氮化镓基场效应管进行清洗处理；
将清洗处理后的氮化镓基场效应管置于保护性气体中进行退火处理，退火处理的温度为200-400℃，退火时间为30-60小时。
通过本发明的上述技术方案，采用长时间的慢退火方法处理氮化镓基场效应管，可以解决目前因器件在制作过程中由于减薄、划片过程中的机械应力损伤导致的场效应管直流性能退化、不稳定的问题，并且器件直流性能的提高将进而提高器件的功率性能，而且氮化镓基场效应晶体管在退火后特性参数得到了稳定，进而提高了器件的可靠性。
附图说明
图1为本发明提供的一种氮化镓基场效应管的退火处理方法的流程图；
图2为根据本发明实施例的已进行减薄、划片处理后的氮化镓基场效应管的结构示意图；
图3为根据本发明优选实施例的一种氮化镓基场效应管的退火处理方法的流程图；
图4为根据本发明优选实施例的氮化镓基场效应管退火前后的直流特性对比曲线示意图。
具体实施方式
功能概述
在本发明实施例中，提供了一种氮化镓基场效应管的退火处理方案，在该实现方案中，通过将氮化镓基场效应管进行慢退火处理，提高减薄、划片后的氮化镓基场效应管的饱和漏电流，降低场效应管夹断时的漏电流，提高了氮化镓基场效应管的直流性能和可靠性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明提供了一种氮化镓基场效应管的退火处理方法，包括：
步骤102，晶片减薄、划片处理后形成氮化镓基场效应管；
步骤104，利用丙酮和乙醇对氮化镓基场效应管进行清洗处理；
步骤106，将清洗处理后的氮化镓基场效应管置于保护性气体中进行退火处理，退火处理的温度为200℃-400℃，退火时间为30-60小时。
通过将已减薄、划片后的氮化镓基场效应管进行一定条件下的退火处理，可以提高减薄、划片后的氮化镓基场效应管的饱和漏电流，提高跨导，降低器件的漏电，提高了氮化镓基场效应管的直流性能和器件的可靠性。
图2为步骤102中的已进行减薄、划片处理后的氮化镓基场效应管的结构示意图。如图2所示，氮化镓基场效应管包括衬底22，该衬底为SiC衬底；衬底22上淀积有氮化镓层24，氮化镓层24上淀积有铝镓氮AlGaN层26。AlGaN层26上方形成有栅极、漏极和源极，栅极、源极和漏极位于AlGaN层26上，源极与AlGaN层26之间以及漏极与AlGaN层26之间通过退火合金形成欧姆接触。栅极形成于源极和漏极之间的AlGaN层26上，可以通过光学光刻的方法，及通过蒸发金属形成。
图3为根据本发明优选实施例的氮化镓基场效应管的退火处理方法流程图。如图3所示该方法主要包括以下步骤(步骤302-步骤320)：
步骤302：提供具有二维电子气(2DEG)的外延材料的晶圆，例如SiC衬底，其上已依次淀积有氮化镓层24和铝镓氮层26的外延材料，在铝镓氮层26上形成图案化的金属薄层，利用光刻方法形成光刻对准标记，蒸发光刻金属，形成源极和漏极。
步骤304：利用光刻方式形成源漏窗口，其中，蒸发的源漏金属为Ti/Al/Ni/Au，厚度要求满足形成良好的欧姆接触；高温退火合金条件为退火温度为750℃，退火时间为75秒，使源漏金属与外延材料形成良好的欧姆接触。
步骤306：进行离子注入隔离有源区，注入隔离时，注入的离子为氮离子，注入能量为20keV至70keV，注入剂量为1×1014至2×1015/cm2。
步骤308：光学光刻制作栅线条并且进行表面预处理；表面预处理的溶液采用混合预处理溶液，该混合预处理溶液可以为盐酸氢氟酸混合溶液，该溶液的体积比为HF∶HCl∶H2O＝1∶4∶20，预处理时间为1分钟至2分钟，预处理过程在密闭容器中进行。当然也可以用其他合适的溶液。
步骤310：采用电子束蒸发的方法蒸发栅金属，蒸发的栅金属为Ni/Au，而后采用金属Ti/Au进行金属布线。
步骤312：利用减薄机对晶圆进行减薄，减薄后晶圆厚度为150μm，而后，对晶圆进行背金处理，再采用划片机沿晶圆上的划片槽将晶圆划片成氮化镓基场效应管。
步骤314：将氮化镓基场效应管分别采用丙酮、乙醇进行清洗处理，处理时间为5分钟至10分钟，处理温度为室温条件，处理容器为密闭容器。
步骤316：对高温存储箱的腔体进行清洗，而后将腔体抽真空，再充入氮气。
步骤318：将氮化镓基场效应管放入密封的石英器皿中，密封石英器皿与氮化镓基场效应管配合良好；再将该石英器皿和氮化镓基场效应管一起放入高温箱的腔体内。使用密封的石英器皿的原因在于，由于划片后的器件非常的小而薄，利用耐高温的密封的石英器皿承载氮化镓基场效应管，退火完后，易于找到氮化镓基场效应管管子，同时也为了进行测量对比的需要。此外，该石英器皿还可以保证器件在氮气保护下进行。
步骤320：使氮化镓基场效应管进行氮气保护下以350℃的高温进行48小时的慢退火。
其中，图4示出了划片后的氮化镓基场效应管退火前后的直流特性对比曲线示意图，由图4可以看出，在退火之前的氮化镓基场效应管的直流特性由图中曲线所示，可以看出，退火前(pre-T)的氮化镓基场效应管比退火后(aft-T)的氮化镓基场效应管的电流低，退火后的氮化镓基场效应管的直流特性比退火前有了显著地提高。
表1a、1b和1c中给出了样品在退火前后的饱和漏电流、跨导和阈值电压等直流参数结果的对比，表中参数Imax代表了器件的饱和漏电流，其值是在栅压为1V下测得的，Vk为器件的膝点电压值，Ip为器件夹断时漏电流的大小，Gmax为器件的跨导，例如272.80.5mailto:272.80.5中第一个值为跨导的大小，第二个值是跨导在某个栅压下的值，Vp为器件的阈值电压，Vt是器件肖特基特性中的开启电压，Ileak为肖特基特性中器件的反向漏电流的大小。由表1a、1b和1c可以看出，较长时间的退火后，器件的饱和漏电流得到了提高，跨导得到了增加，反向漏电流明显降低。
表1a
Figure G200910307846920090928D000041
表1b
表1c
综上所述，通过本发明的上述实施例，提供的氮化镓基场效应管的退火处理方案，解决了现有技术中的氮化镓基场效应管在经过减薄、划片后器件的性能严重退化的问题。通过对减薄、划片后的器件经过氮气保护高温长时间的慢退火，形变导致的应力得到了释放，使减薄和划片过程中引入的机械应力对器件造成的损伤得到了恢复，提高了器件的直流性能。进而起到了稳定器件参数的效果，利于提高器件的稳定性和可靠性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种已减薄或划片的氮化镓基场效应管的退火处理方法，其特征在于，所述方法包括：
采用丙酮和乙醇对已减薄或划片的氮化镓基场效应管进行清洗处理；
将清洗处理后的氮化镓基场效应管置于保护性气体中进行退火处理，所述退火处理的温度为200-400℃，退火时间为30-60小时；
所述保护性气体是氮气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述退火处理的温度为350℃，所述退火时间为48小时。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用丙酮和乙醇对已减薄或划片的氮化镓基场效应管进行清洗处理的步骤具体为：
采用丙酮和乙醇对已减薄或划片的氮化镓基场效应管进行常温下的清洗处理，所述清洗处理的时间为5分钟-10分钟。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将清洗处理后的氮化镓基场效应管置于所述氮气中进行退火处理的步骤具体包括：
将清洗处理后的氮化镓基场效应管置于密封石英器皿中；
将装有氮化镓基场效应管的密封石英器皿置于充入所述氮气的腔体中；
对所述氮化镓基场效应管进行退火处理。
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