CN109308999B - 选择性刻蚀制备功率器件多场板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种工艺流程简单、成本低、效率高的选择性刻蚀制备功率器件多场板的方法，按照如下步骤进行：在基片上制备介质层；在介质层上制备刻蚀牺牲层；去除刻蚀牺牲层的部分区域至介质层界面，所述部分区域为多场板台阶最底层的正投影面积；以刻蚀牺牲层为掩膜对介质层进行刻蚀，刻蚀至多场板台阶的一个台阶深度；只对刻蚀牺牲层进行刻蚀，横向刻蚀至多场板台阶的一个台阶长度；判断台阶数量是否达到多场板结构要求，否，返回d步骤；是，向下进行；去除剩余的刻蚀牺牲层；在多场板台阶处制备多场板。
Description
技术领域
本发明涉及一种功率器件的制备方法，尤其是一种工艺流程简单、成本低、效率高的选择性刻蚀制备功率器件多场板的方法。
背景技术
三五族化合物半导体砷化镓（GaAs）和氮化镓（GaN）具有高电子迁移率，基于这两类半导体的高电子迁移率晶体管（HEMT）和二极管广泛应用于微波功率放大和电力电子电能转换。功率器件在实现微波信号放大和电能转换过程中需满足一定要求的击穿电压，目前砷化镓和氮化镓微波功率器件的设计电压通常在几伏至几十伏，而氮化镓电力电子功率器件的设计电压在几百伏至上千伏。
砷化镓和氮化镓高电子迁移率晶体管和二极管均为平面沟道结构，增加源漏电极之间的间距是增加器件击穿电压的方法之一，但会带来导通电阻提升这一负面影响；器件设计者通过加入单个或多个场板结构对栅电极附近的电场强度进行重新分布，避免在一处集中形成电场强度尖峰，从而提高器件的可靠性。
传统实现多场板的方法有两种：1）如图1（a）所示，在欧姆接触电极制备完成后，在其上沉积氮化硅或者氧化硅等介质薄膜（介质层），通过涂胶、曝光、显影、刻蚀、去胶再涂胶、曝光、显影、刻蚀、去胶的循环动作获得具有多台阶的多级场板结构；2）如图1（b）所示在欧姆电极制备完成后，通过光刻、剥离或溅射、刻蚀的方法制备栅电极，其后沉积氮化硅或者氧化硅等介质薄膜，在其上进行第一级场板电极制备，然后再重复沉积介质薄膜、进行次级场板电极制备的过程获得多级场板结构。上述两种方法可以交叉组合使用，但不改变工艺过程中多次进行光刻等工艺的基本流程，存在着工序繁琐、流程复杂、加工成本高等问题。
发明内容
本发明是为了解决现有技术所存在的上述技术问题，提供一种工艺流程简单、成本低、效率高的选择性刻蚀制备功率器件多场板的方法。
本发明的技术解决方案是：一种选择性刻蚀制备功率器件多场板的方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：
a. 在基片上制备介质层；
b. 在介质层上制备刻蚀牺牲层；
c. 去除刻蚀牺牲层的部分区域至介质层界面，所述部分区域为多场板台阶最底层的正投影面积；
d. 以刻蚀牺牲层为掩膜对介质层进行刻蚀，刻蚀至多场板台阶的一个台阶深度；
e. 只对刻蚀牺牲层进行刻蚀，横向刻蚀至多场板台阶的一个台阶长度；
f. 判断台阶数量是否达到多场板结构要求，否，返回d步骤；是，向下进行；
g. 去除剩余的刻蚀牺牲层；
h. 在多场板台阶处制备多场板。
本发明只需在介质层上光刻，定义多场板台阶最底层的长度（面积），其余多场板台阶的深度及长度，通过选择不同的刻蚀条件（干法等离子氛围或湿法溶液等），分别由纵向刻蚀介质层及横向刻蚀牺牲层来实现，工艺流程简单。无需进行多次光刻，即可降低光罩板数量，降低制作成本，又可减少工艺时间，提高加工效率。
附图说明
图1是现有技术工序示意图。
图2是本发明实施例的工序示意图。
具体实施方式
实施例1：
本发明的选择性刻蚀制备功率器件多场板的方法，如图2中2.1~2.5所示，依次按照如下步骤进行：
a. 在基片上制备介质层：
与现有技术相同，在已经制备有欧姆接触电极的氮化镓基片上利用化学气相沉积PECVD、原子层沉积ALD或溅射等方法制备100nm~3μm厚的SiN、SiO2或SiON等介质层1，介质层1中间可穿插刻蚀阻挡层，在后续介质层台阶刻蚀中用以形成均匀性较好的台阶高度；
b. 在介质层1上制备刻蚀牺牲层2：
与现有技术相同，采用正胶工艺在介质层1上涂布光刻胶，如SPR220-7光刻胶，形成7μm厚的光刻胶层为刻蚀牺牲层2；由于后续需要以刻蚀牺牲层2为掩膜对介质层1进行刻蚀，同时还要对刻蚀牺牲层2进行刻蚀，故刻蚀牺牲层2的厚度TB应大于期望获得的多场板长度LFB；
c. 可采用曝光、显影等方法去除刻蚀牺牲层2的部分区域至介质层1界面，部分区域为多场板台阶最底层的正投影面积A；
d. 采用ICP、RIE或ECR等干法刻蚀的方法在CF4、C2F6、CHF3或SF6等氟基等离子体氛围下，对介质层1进行刻蚀；因氟基等离子体对刻蚀牺牲层2（光刻胶）只有有限（可忽略）的刻蚀，故可实现以刻蚀牺牲层2为掩膜对介质层1进行刻蚀，刻蚀至多场板台阶的一个台阶深度D1；
e. 采用ICP、RIE、ECR或去胶机等在氧气等离子体氛围下对刻蚀牺牲层2进行刻蚀；由于此刻蚀条件对介质层1基本不刻蚀，故只对刻蚀牺牲层2进行刻蚀，尽管对刻蚀牺牲层2横向及纵向均刻蚀，但以横向刻蚀至多场板台阶第一个台阶长度L1为准；
f. 判断台阶数量是否达到多场板结构要求，否，返回d步骤；是，向下进行；
g. 可用有机溶剂去除剩余的刻蚀牺牲层2；
h. 通过光刻、剥离或溅射、刻蚀等现有技术的方法，在多场板台阶处制备多场板。
实施例2：
本发明的选择性刻蚀制备功率器件多场板的方法，如图2中2.1~2.5所示，按照如下步骤进行：
a. 在基片上制备介质层：
与现有技术相同，在已经制备有欧姆接触电极的氮化镓基片上利用化学气相沉积PECVD、原子层沉积ALD或溅射等方法制备100nm~3μm 厚的SiN、SiO2或SiON等介质层1，介质层1中间可穿插刻蚀阻挡层，在后续介质层台阶刻蚀中用以形成均匀性较好的台阶高度；
b. 在介质层1上制备刻蚀牺牲层2：
采用化学气相沉积PECVD、原子层沉积ALD或溅射等方法在介质层1上制备Al2O3或AlN等介质薄膜为刻蚀牺牲层2；由于后续需要以刻蚀牺牲层2为掩膜对介质层1进行刻蚀，同时还要对刻蚀牺牲层2进行刻蚀，故刻蚀牺牲层2的厚度TB应大于期望获得的多场板长度LFB；
c. 在刻蚀牺牲层2上涂布光刻胶，并通过曝光、显影等在刻蚀牺牲层2形成有部分区域的掩膜，部分区域为多场板台阶最底层的正投影面积A；之后采用ICP、RIE或ECR等干法刻蚀的方法在氯基等离子体氛围下对刻蚀牺牲层2纵向刻蚀，由于氯基等离子体对SiN、SiO2或SiON等介质层的刻蚀速率极慢，刻蚀会选择性地停留在场板介质层A的界面；然后利用有机溶剂去除光刻胶掩膜，即实现去除刻蚀牺牲层2的部分区域至介质层1界面，部分区域即多场板台阶最底层的正投影面积A；
d. 采用ICP、RIE或ECR等干法刻蚀的方法在CF4、C2F6、CHF3或SF6等氟基等离子体氛围下，对介质层1进行刻蚀；因氟基等离子体对刻蚀牺牲层2只有有限（可忽略）的刻蚀，故可实现以刻蚀牺牲层2为掩膜对介质层1进行刻蚀，刻蚀至多场板台阶的一个台阶深度D1；
e. 采用ICP、RIE、ECR或去胶机等在氯基等离子体氛围下对刻蚀牺牲层2进行刻蚀；由于此刻蚀条件对介质层1基本不刻蚀，故只对刻蚀牺牲层2进行刻蚀，尽管对刻蚀牺牲层2横向及纵向均刻蚀，但以横向刻蚀至多场板台阶一个台阶长度L1为准；
f. 判断台阶数量是否达到多场板结构要求，否，返回d步骤；是，向下进行；
g. 采用ICP、RIE、ECR或去胶机等在氯基等离子体氛围下，刻蚀去除剩余的刻蚀牺牲层2；
h. 通过光刻、剥离或溅射、刻蚀等现有技术的方法，在多场板台阶处制备多场板。
Claims (1)
1.一种选择性刻蚀制备功率器件多场板的方法，其特征在于依次按照如下步骤进行：
a. 在已经制备有欧姆接触电极的氮化镓基片上利用化学气相沉积PECVD、原子层沉积ALD或溅射方法制备100nm~3μm厚的SiN、SiO2或SiON介质层（1），介质层（1）中间穿插刻蚀阻挡层；
b. 在介质层（1）上制备刻蚀牺牲层（2），刻蚀牺牲层（2）为Al2O3或AlN介质薄膜；
c. 在刻蚀牺牲层（2）上涂布光刻胶，并通过曝光、显影在刻蚀牺牲层（2）形成有部分区域的掩膜，部分区域为多场板台阶最底层的正投影面积A；之后采用ICP、RIE或ECR干法刻蚀的方法在氯基等离子体氛围下对刻蚀牺牲层（2）纵向刻蚀，刻蚀选择性地停留在介质层（1）的界面；然后利用有机溶剂去除光刻胶掩膜；
d. 采用ICP、RIE或ECR干法刻蚀的方法在CF4、C2F6、CHF3或SF6等离子体氛围下，对介质层（1）进行刻蚀；刻蚀至多场板台阶的一个台阶深度D1；
e. 采用ICP、RIE、ECR或去胶机在氯基等离子体氛围下对刻蚀牺牲层（2）进行刻蚀；
f. 判断台阶数量是否达到多场板结构要求，否，返回d步骤；是，向下进行；
g. 采用ICP、RIE、ECR或去胶机在氯基等离子体氛围下，刻蚀去除剩余的刻蚀牺牲层（2）；
h. 在多场板台阶处制备多场板。
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