CN103745944A - 一种监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法，其中AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀包括Si3N4钝化层刻蚀以及AlGaN/GaN层刻蚀，该监控方法是分别在刻蚀Si3N4钝化层以及AlGaN/GaN层后对一个用于监控凹栅槽刻蚀程度的测试管芯进行I-V测试，观察该测试管芯的电流变化情况，并依据该电流变化情况判断凹栅槽刻蚀状况。利用本发明，有效监控凹栅槽刻蚀程度，并且辅助寻找出较为合适的凹栅槽刻蚀条件，保证了器件直流特性、小信号特性以及功率特性。

Description

一种监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法
技术领域
本发明涉及基于AlGaN/GaN高电子迁移率场效应晶体管(HEMT)制备技术领域，尤其是一种监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法。 
背景技术
在AlGaN/GaN HEMT中，凹栅槽刻蚀工艺对器件能否获得良好跨导特性、大电流输出能力以及良好肖特基特性起到决定性作用。实验中发现，凹栅槽刻蚀工艺的重复性以及一致性制约着AlGaN/GaN HEMT工艺流程的稳定，其难点主要存在于以下几点： 
1)所需刻蚀线条尺寸小，栅长为0.2μm，难以直观观察栅槽底部形貌，无法精确控制刻蚀深度。 
2)所需刻蚀深度浅，GaN/AlGaN层刻蚀深度约为
Figure BDA0000464604550000011
，刻蚀时间难以掌握，常常出现刻蚀不足或刻蚀过量的现象。 
3)外延材料的不一致性极大阻碍凹栅槽刻蚀条件的稳定。 
因此，凹栅槽刻蚀条件通常依靠大量的实验积累而逐步稳定，在这个过程中，寻找监控凹栅槽刻蚀程度的方法至关重要，有效保证器件直流特性、小信号特性以及功率特性。 
发明内容
(一)要解决的技术问题 
针对上述问题，本发明的主要目的是提供一种监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法，以有效监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀程度，并且辅助寻找出较为合适的凹栅槽刻蚀条件，保证了器件直流特性、小信号特性以及功率特性。 
(二)技术方案 
为达到上述目的，本发明提供了一种监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法，其中AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀包括Si3N4钝化层刻蚀以及AlGaN/GaN层刻蚀，该监控方法是分别在刻蚀Si3N4钝化层以及AlGaN/GaN层后对一个用于监控凹栅槽刻蚀程度的测试管芯进行I-V测试，观察该测试管芯的电流变化情况，并依据该电流变化情况判断凹栅槽刻蚀状况。 
上述方案中，所述用于监控凹栅槽刻蚀程度的测试管芯为单指器件，单指栅宽60μm，源漏间距4μm。所述对该测试管芯进行I-V测试，是采用半导体参数分析仪测量源、漏之间的电流，并且观察其电流变化情况。 
上述方案中，所述刻蚀Si3N4钝化层采用SF6气体，刻蚀AlGaN/GaN层采用Cl2和BCl3气体。 
上述方案中，所述观察该测试管芯的电流变化情况，并依据该电流变化情况判断凹栅槽刻蚀状况，是在刻蚀Si3N4钝化层电流下降2mA～3mA以及在刻蚀AlGaN/GaN层电流下降5mA～10mA时作为凹栅槽刻蚀程度的判据，以有效判定凹栅槽刻蚀程度，保证器件直流特性、小信号特性以及功率特性。 
(三)有益效果 
本发明提供的监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法，通过对一个用于监控凹栅槽刻蚀程度的测试管芯进行I-V测试，观察该测试管芯的电流变化情况，并依据该电流变化情况判断凹栅槽刻蚀状况，可以有效判定凹栅槽刻蚀程度，有效保证器件直流特性、小信号特性以及功率特性。 
附图说明
图1是本发明用于监控凹栅槽刻蚀程度的测试管芯的结构示意图； 
图2(a)至图2(c)是刻蚀条件A、C、D对应的器件直流特性比较；其中图2(a)为I-V特性，测试电压Vds为0V～10V，Vgs为-5V～1V；图2(b)为肖特基特性测试电压Vgd为-40V～3V；图2(c)为转移特性，测试电压Vds为6V，Vgs为-5V～3V； 
图3(a)至图3(c)是刻蚀条件A、C、D对应的器件Loadpull功率特性 比较；其中图3(a)为输出功率特性，漏压为30V，保证其处于AB类偏置；图3(b)为增益特性；图3(c)为PAE特性。 
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。 
本发明提供的是一种监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法，其中AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀包括Si3N4钝化层刻蚀以及AlGaN/GaN层刻蚀，该监控方法是分别在刻蚀Si3N4钝化层以及AlGaN/GaN层后对一个用于监控凹栅槽刻蚀程度的测试管芯进行I-V测试，观察该测试管芯的电流变化情况，并依据该电流变化情况判断凹栅槽刻蚀状况。 
其中，所述用于监控凹栅槽刻蚀程度的测试管芯如图1所示，为单指器件，单指栅宽60μm，源漏间距4μm；所述对该测试管芯进行I-V测试，是采用半导体参数分析仪测量源、漏之间的电流，并且观察其电流变化情况。所述刻蚀Si3N4钝化层采用SF6气体，刻蚀AlGaN/GaN层采用Cl2和BCl3气体。所述观察该测试管芯的电流变化情况，并依据该电流变化情况判断凹栅槽刻蚀状况，是在刻蚀Si3N4钝化层电流下降2mA～3mA以及在刻蚀AlGaN/GaN层电流下降5mA～10mA时作为凹栅槽刻蚀程度的判据，以有效判定凹栅槽刻蚀程度，保证器件直流特性、小信号特性以及功率特性。 
在本发明中，对该测试管芯进行I-V测试，是采用半导体参数分析仪测量源、漏之间的电流，并且观察其电流变化情况；四种刻蚀条件所对应的电流变化情况如表1所示。 
其中，采用刻蚀条件A时，刻蚀Si3N4后电流下降2mA～3mA，刻蚀GaN后电流再次下降1mA～3mA，电流变化较小；采用刻蚀条件B时，刻蚀GaN后电流几乎为微安级，刻蚀过量导致二维电子气破坏；采用刻蚀条件C时，刻蚀Si3N4后电流下降2mA～3mA，刻蚀GaN后电流再次下降5mA～10mA；采用刻蚀条件D时，刻蚀Si3N4后电流下降2mA～3mA，刻蚀GaN后电流再次下降6mA～22mA，电流下降较大。 
通过四个区域中器件的直流特性反馈，A区域刻蚀不足，B区域完全 刻蚀过量，C区域刻蚀深度大于A区域，D区域刻蚀深度略大于C区域。可以看出，监测刻蚀Si3N4以及GaN后电流的变化情况是监控栅槽刻蚀程度的有效手段。 
表1：刻蚀Si3N4以及GaN后对60μm测试管芯电流变化情况 
Figure BDA0000464604550000041
由于刻蚀条件B已使二维电子气完全被破坏，器件已失去基本特性，因此仅对刻蚀条件A、C、D对应的器件特性进行比较。直流测试结果如图2(a)至图2(c)所示，从直流测试结果可以看出，随着凹栅槽刻蚀深度增大，饱和输出电流下降，跨导增大，阈值电压沿正向电压增大，肖特基正向导通电压增大。高频小信号测试结果如表2所示，从高频小信号测试结果可以看出，随凹栅槽刻蚀深度的增大，其MAG略有增大，MAG/MSG拐点频率向低频方向移动。Loadpull功率测试结果如图3(a)至图3(c)所示，从Loadpull功率测试结果可以看出，凹栅槽刻蚀深度与器件PAE特性的关系并没有明显规律，线性功率增益随凹栅槽刻蚀深度的增大而增加，饱和输出功率随凹栅槽刻蚀深度的增大而略有增加，刻蚀条件C以及刻蚀条件D在大输入信号驱动下，其功率特性非常接近。 
因此，刻蚀条件C，即刻蚀Si3N4后电流下降2mA～3mA，刻蚀GaN后电流再次下降5mA～10mA为判定凹栅槽刻蚀程度的条件，能够同时获 得较高的电流输出能力、较好的高频小信号特性以及功率特性。 
表2：刻蚀条件A、C、D对应的器件在漏压为10V以及30V下小信号特性比较。 
Figure BDA0000464604550000051
从上述实施例可以看出，本发明提供的监控凹栅槽刻蚀的方法，分别在刻蚀Si3N4以及GaN/AlGaN后对所设计用于监控的测试管芯进行I-V测试，观察其电流变化情况，依据电流变化情况判断凹栅槽刻蚀状况。利用本发明，有效监控凹栅槽刻蚀程度，并且辅助寻找出较为合适的凹栅槽刻蚀条件，保证了器件直流特性、小信号特性以及功率特性。 
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (5)

1.一种监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法，其中AlGaN/GaNHEMT凹栅槽刻蚀包括Si3N4钝化层刻蚀以及AlGaN/GaN层刻蚀，该监控方法是分别在刻蚀Si3N4钝化层以及AlGaN/GaN层后对一个用于监控凹栅槽刻蚀程度的测试管芯进行I-V测试，观察该测试管芯的电流变化情况，并依据该电流变化情况判断凹栅槽刻蚀状况。
2.根据权利要求1所述的监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法，所述用于监控凹栅槽刻蚀程度的测试管芯为单指器件，单指栅宽60μm，源漏间距4μm。
3.根据权利要求2所述的监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法，所述对该测试管芯进行I-V测试，是采用半导体参数分析仪测量源、漏之间的电流，并且观察其电流变化情况。
4.根据权利要求1所述的监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法，所述刻蚀Si3N4钝化层采用SF6气体，刻蚀AlGaN/GaN层采用Cl2和BCl3气体。
5.根据权利要求1所述的监控AlGaN/GaN HEMT凹栅槽刻蚀的方法，所述观察该测试管芯的电流变化情况，并依据该电流变化情况判断凹栅槽刻蚀状况，是在刻蚀Si3N4钝化层电流下降2mA～3mA以及在刻蚀AlGaN/GaN层电流下降5mA～10mA时作为凹栅槽刻蚀程度的判据，以有效判定凹栅槽刻蚀程度，保证器件直流特性、小信号特性以及功率特性。
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