CN106024695A - 用于GaN晶体管的器件隔离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于GaN晶体管的器件隔离方法，其包括：在GaN晶圆表面旋涂光刻胶形成光刻胶层，GaN晶圆表面具有器件区域，器件区域内形成有源极和漏极；采用光刻工艺对光刻胶层进行刻蚀，以保留覆盖器件区域的光刻胶层和刻蚀出隔离区域，隔离区域露出所述GaN晶圆表面；采用感应耦合等离子体刻蚀机将氟基等离子体掺入隔离区域中的GaN晶圆，以在GaN晶圆的外延层注入氟离子；去除覆盖器件区域的光刻胶层。通过上述方式，本发明能够利用GaN材料作为氟离子注入的天然掩膜实现氟离子注入，进而完成GaN晶体管之间的隔离。

Description

用于GaN晶体管的器件隔离方法
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种用于GaN晶体管的器件隔离方法。
背景技术
GaN材料属于第三代半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场强度高等典型特点，十分适合用于制作高频大功率器件。目前GaN微电子器件的已经被广泛应用于军事通讯、雷达、电子对抗等国防军工领域，随着GaN晶圆成本的逐步下降以及GaN制造技术的不断成熟，未来GaN器件将在民用领域大放异彩。未来的5G通讯或许是GaN电子器件走向大规模应用的重要契机。
GaN电子器件的研究已开展二十年有余，其工艺制备技术也逐步成熟。对于晶体管制备关键技术之一的隔离工艺，目前GaN晶体管方面主要采用的无外乎两种方式：一是台面隔离，采用干法刻蚀GaN外延层，直至缓冲层，通过物理上的切断实现器件间的电学隔离；另一种方式是注入隔离，通过将N、B、F等离子注入到外延层，对载流子的补偿，形成高阻层。
台面隔离技术具备明显的缺点：如台阶过深会导致爬坡金属容易断裂；若缓冲层绝缘性能差会引起漏电；同时栅金属在有源区以外部分由于淀积在绝缘性能不太好的GaN缓冲层上，还会引入较大的寄生电容进而影响器件的频率特性。
离子注入隔离工艺是平面工艺，克服了台面隔离工艺所带来的一系列缺点，是目前GaN电子器件隔离工艺的首选技术。但离子注入隔离技术有以下不足之处：
1、离子注入设备体积巨大、价格高昂，维护成本高；
2、离子注入工艺效果主要取决于选用离子种类、注入能量、注入剂量，注入即定性，工艺可调整性较差。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种用于GaN晶体管的器件隔离方法，能够利用GaN材料作为氟离子注入的天然掩膜实现氟离子注入，进而完成GaN晶体管之间的隔离。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种用于GaN晶体管的器件隔离方法，包括：在GaN晶圆表面旋涂光刻胶形成光刻胶层，所述GaN晶圆表面具有器件区域，所述器件区域内形成有源极和漏极；采用光刻工艺对所述光刻胶层进行刻蚀，以保留覆盖所述器件区域的光刻胶层和刻蚀出隔离区域，所述隔离区域露出所述GaN晶圆表面；采用感应耦合等离子体刻蚀机将氟基等离子体掺入所述隔离区域中的GaN晶圆，以在所述GaN晶圆的外延层注入氟离子；去除覆盖所述器件区域的光刻胶层。
优选地，所述氟基等离子体为CF4气体或CHF3气体。
优选地，所述在GaN晶体管表面旋涂光刻胶形成光刻胶层的步骤具体包括：在GaN晶体管表面旋涂光刻胶，将所述光刻胶在100℃下烘烤90s得到光刻胶层。
优选地，所述光刻胶的旋涂厚度大于3μm。
区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：
1.采用感应耦合等离子体刻蚀机注入氟离子到GaN晶体管的外延层以实现隔离效果，而感应耦合等离子体刻蚀机为GaN晶体管制备过程中必不可少的设备，从而能够省去离子注入设备，可以极大的节省设备成本。
2.对于氟基等离子体，GaN晶体管所采用的AlGaN、GaN等材料具备良好的耐刻蚀性，因此AlGaN、GaN材料便可作为氟离子注入的天然掩膜。
3.本发明的器件隔离方法仅仅是在隔离工艺的具体步骤上进行了调整，与台面隔离工艺一致、与注入隔离工艺类似，不引入额外工艺步骤，工艺兼容性强。
附图说明
图1是本发明实施例用于GaN晶体管的器件隔离方法的流程示意图。
图2至图6是采用本发明实施例的用于GaN晶体管的器件隔离方法的制备过程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例用于GaN晶体管的器件隔离方法的流程示意图。本实施例的器件隔离方法包括以下步骤：
S11：在GaN晶圆表面旋涂光刻胶形成光刻胶层，GaN晶圆表面具有器件区域，器件区域内形成有源极和漏极。
其中，在旋涂光刻胶之前，如图2所示，是在GaN晶圆表面旋涂光刻胶之前的起始状态示意图，图中GaN晶圆10表面已经完成其它工艺过程，如对准标记、欧姆接触等，GaN晶圆10的表面具有器件区域101。在本实施例中，在步骤S11之前，还可以包括对GaN晶圆表面进行清洗的步骤。
具体而言，在GaN晶圆表面旋涂光刻胶形成光刻胶层的步骤具体包括：在GaN晶圆表面旋涂光刻胶，将光刻胶在100℃下烘烤90s得到光刻胶层。该光刻胶宜采用耐刻蚀性较好的正性光刻胶，并且旋涂厚度大于3μm以确保，以使得器件区域得到充分保护。如图3所示，是在GaN晶圆表面旋涂光刻胶后的示意图，图中，光刻胶层20完全覆盖了GaN晶圆10的表面。
S12：采用光刻工艺对光刻胶层进行刻蚀，以保留覆盖器件区域的光刻胶层和刻蚀出隔离区域，隔离区域露出GaN晶圆表面。
其中，光刻的流程可以包括曝光、显影、后烘、坚膜等，后烘和坚膜可以提高耐刻蚀能力。隔离区域的光刻胶层被刻蚀掉后，会露出GaN晶圆的表面。如图4所示，是对光刻胶层进行刻蚀后的示意图，图中，对光刻胶层20进行刻蚀后，隔离区域201露出了GaN晶圆10的表面。
S13：采用感应耦合等离子体刻蚀机将氟基等离子体掺入隔离区域中的GaN晶圆，以在GaN晶圆的外延层注入氟离子。
其中，感应耦合等离子体刻蚀机(ICP-RIE)具备两个电感线圈，分别用于产生高密度等离子体和对等离子体提供偏置功率。在一个具体应用中，该感应耦合等离子体刻蚀机的工艺条件为：射频功率为1000W，SF6为20～50sccm，压力为5～20mTorr，偏置功率为20～100W，时间为2～5min。如图5所示，是注入氟离子后的示意图。
S14：去除覆盖器件区域的光刻胶层。
其中，去除光刻胶层后，即完成隔离工艺。如图6所示，是去除光刻胶层后的示意图。
通过上述方式，本发明实施例的用于GaN晶体管的器件隔离方法通过在GaN晶圆的外延层中注入氟离子，可以形成补偿中心，耗尽隔离区沟道中的载流子，进而切断GaN晶体管之间的漏电通道。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种用于GaN晶体管的器件隔离方法，其特征在于，包括：
在GaN晶圆表面旋涂光刻胶形成光刻胶层，所述GaN晶圆表面具有器件区域，所述器件区域内形成有源极和漏极；
采用光刻工艺对所述光刻胶层进行刻蚀，以保留覆盖所述器件区域的光刻胶层和刻蚀出隔离区域，所述隔离区域露出所述GaN晶圆表面；
采用感应耦合等离子体刻蚀机将氟基等离子体掺入所述隔离区域中的GaN晶圆，以在所述GaN晶圆的外延层注入氟离子；
去除覆盖所述器件区域的光刻胶层。
2.根据权利要求1所述的用于GaN晶体管的器件隔离方法，其特征在于，所述氟基等离子体为CF4气体或CHF3气体。
3.根据权利要求1所述的用于GaN晶体管的器件隔离方法，其特征在于，所述在GaN晶圆表面旋涂光刻胶形成光刻胶层的步骤具体包括：
在GaN晶圆表面旋涂光刻胶，将所述光刻胶在100℃下烘烤90s得到光刻胶层。
4.根据权利要求3所述的用于GaN晶体管的器件隔离方法，其特征在于，所述光刻胶的旋涂厚度大于3μm。
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