CN1937206A - 利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件的有源区之间隔离的方法 - Google Patents

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陈堂胜
焦刚
李肖
任春江
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Abstract

本发明针对现有的氮化物半导体器件所采用的台面电学隔离方法存在的因台面高度而影响互连线的连接及器件成品率的问题，发明一种利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件有源区之间隔离的方法，步骤包括：在AlGaN/GaN异质结上形成源欧姆接触6和漏欧姆接触7后，用掩膜8将AlGaN/GaN异质结材料和器件表面不需要进行离子注入的地方进行保护，分一次或两次利用硼离子轰击AlGaN/GaN异质结材料和器件不受保护的部分形成高阻的损伤层9，实现对器件的电学隔离。本发明的方法能既能保证电学隔离性能，又有助于提高器件的性能和成品率。

Description

利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件的有源区之间隔离的方法
技术领域
本发明涉及一种半导体制造技术，尤其是一种提高氮化物半导体的有源器区之间隔离效果和产品成品率的隔离方法，具体地说是一种利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件的有源区之间隔离的方法。
背景技术
基于氮化镓(GaN)的器件是化合物半导体器件和电路目前研究的热点，在铝镓氮化合物(AlGaN)/氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMT)及其电路的制作中，为使器件和电路能正常的工作，实现器件有源区之间的电学隔离是必需的。最常用的隔离方法是台面隔离，它通过去除器件之间的有源层来实现器件之间的电学隔离，如图1所示为采用台面隔离的AlGaN/GaN HEMT的一般示意图，图1中的AlGaN/GaN异质结材料包括衬底1、缓冲层2、沟道层3和势垒层4，AlGaN/GaN HEMT制作在由沟道层3和势垒层4组成的台面上，由于缓冲层2具有高阻特性，使得在不同台面上的器件之间在工作时不会发生干扰，保证了各个器件的独立性。台面隔离能够获得较好的隔离效果，但是台面具有一定的高度(一般为100纳米到200纳米)，互连线在跨过台面的过程中容易发生断裂，不利于器件成品率的提高。
因此急需开发一种能既能保证电学隔离性能，又有助于提高器件性能和成品率的氮化物半导体器件的电学隔离方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有的氮化物半导体器件所采用的台面电学隔离法存在的因台面高度而影响互连线的连接及器件成品率的问题，发明一种能既能保证电学隔离性能，又有助于提高器件的性能和成品率的利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件有源区之间隔离的方法。
本发明的技术方案是：
一种利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件的有源区之间隔离的方法，其特征是它包括以下步骤：
第一步，在AlGaN/GaN异质结材料的势垒层4上形成第一欧姆接触区作为源电极5；
第二步，在势垒层4上与第一欧姆接触区相距2微米到5微米的地方形成第二欧姆接触区作为漏电极6；
第三步，用掩膜8将AlGaN/GaN异质结材料和氮化物半导体器件表面不需要进行离子注入的地方进行涂覆保护；
最后，注入硼离子，在AlGaN/GaN异质结材料和氮化物半导体器件未涂覆掩摸8的部分轰击形成高阻损伤层9即可。
在所述的势垒层4未被源电极5和漏电极6覆盖的部分以及源电极5和漏电极6的表面上淀积有一介质层10，所述的掩膜8覆盖在介质层10上。
介质层10可选的材料为氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)，介质层(10)的淀积方法包括溅射、电子束蒸发、等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)。
介质层10的厚度为50～200nm。
采用硼离子注入法轰击形成高阻损伤层9可采用一次性轰击法，此时硼离子注入的能量为50～130keV、剂量为3～10×1014cm-2；也可采用两次硼离子注入法轰击形成高阻损伤层9，此时，第一次注入的能量为30～50keV、剂量为3～10×1014cm-2，第二次注入的能量为70～130keV、剂量为3～10×1014cm-2。
根据有无介质层10，本发明的方法也可分为二种情况加以描述，即：
一、在器件源电极和漏电极形成之后，用掩膜将AlGaN/GaN异质结材料和器件表面不需要进行离子注入的地方实行保护，优选的掩膜是光刻胶；利用硼离子轰击AlGaN/GaN异质结材料和器件不受保护的部分形成高阻的损伤层，以实现器件之间的电学隔离。
二、在器件源电极和漏电极形成之后，在AlGaN/GaN异质结材料表面淀积一层介质层，可选的介质层包括但不限于氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)，介质层淀积的方法包括但不限于溅射、电子束蒸发、等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)；用掩膜将AlGaN/GaN异质结材料和器件不需要进行离子注入的地方实行保护，同样优选的掩膜是光刻胶；最后利用硼离子轰击AlGaN/GaN异质结材料和器件不受保护的部分形成高阻的损伤层，以实现器件之间的电学隔离。
本发明具有以下优点：
利用本发明的方法进行电学隔离时可省去隔离台面的制作步骤，而且降低了器件的高度，使互连线不易断裂，在保证电学隔离性能的前提下，进一步提高了器件的性能和成品率。
附图说明
图1所示为现有的台面隔离方法的AlGaN/GaN HEMT的剖面图。
图2所示为本发明的离子注入隔离方法时的AlGaN/GaN HEMT的剖面图。
图3A-3C所示为本发明实施例一的隔离成形过程示意图。
图4A-4D所示为本发明实施例二的隔离成形过程示意图。
图5所示为模拟的固定硼离子注入剂量情况下，硼离子在AlGaN/GaN HEMT异质结垂直于表面方向的浓度分布状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图2、3A-3C、5所示。
图2中的AlGaN/GaN异质结材料包括衬底1、缓冲层2、沟道层3和势垒层4，在器件之间的沟道层3和势垒层4，AlGaN/GaN HEMT之间的沟道层3和势垒层4被高能量的离子束轰击形成了高阻特性的损伤层9，实现了器件之间的电学隔离。具体制作过程为：
如图3A所示，先在AlGaN/GaN异质结材料的势垒层4上形成第一欧姆接触区5作为源电极，再在势垒层4上与第一欧姆接触区相距2微米到5微米的地方形成第二欧姆接触区6作为漏电极，与AlGaN势垒层形成欧姆接触得方法在本领域是众所周知的，此处不再赘述。用掩膜8将AlGaN/GaN异质结材料和器件表面不需要进行离子注入的地方进行保护，掩膜8优选的材料为光刻胶，可采用现有技术加以实现。
如图3B所示利用注入能量为30keV左右的硼离子注入AlGaN/GaN异质结材料和器件不受保护的部分，使得在垂直于AlGaN/GaN异质结表面较浅的范围内形成高阻的损伤层9。
如图3C所示再利用注入能量为110keV左右的硼离子注入AlGaN/GaN异质结材料和器件不受保护的部分，使得损伤层向垂直于AlGaN/GaN异质结表面较深处扩展，最终的损伤层范围包括了势垒层4、沟道层3或者更深处的缓冲层2，从而实现器件的隔离。
当硼离子隔离注入完成后，在势垒层4上形成栅电极就得到了如图2所示的器件。
本实施例中硼离子隔离注入采用两次离子注入是为了获得器件间更好的隔离性能。如图5所示为固定硼离子注入剂量的情况下，硼离子在AlGaN/GaNHEMT异质结垂直于表面方向的浓度分布，当注入离子的能量较大时，注入离子较深，在材料离表面较近的地方没有形成足够损伤，由于AlGaN/GaN异质结的有源层位于表面数十纳米之内，这样获得的器件隔离性能将较差；而当注入离子的能量较小时，将导致注入深度不够，同样也无法获得器件间良好的隔离性能。采用注入能量一大一小两次离子注入的方式可以克服单能量注入中损伤层深度不够或者表面损伤不够的缺点。
实施例二。
如图2、4A-4D所示。
如图4A所示，同实施例1在AlGaN/GaN异质结上形成源欧姆接触5和漏欧姆接触6，淀积一层介质层10到势垒层4暴露的表面、源电极5和漏电极6上，介质层可选的材料包括但不限于氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)、氧化铝(Al2O3)，介质层淀积的方法包括但不限于溅射、电子束蒸发、等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)，介质层的厚度为100nm左右。如图4B所示，用掩模11将AlGaN/GaN异质结材料和器件不需要进行离子注入的地方进行保护，掩模11优选的材料为光刻胶。
如图4C所示利用注入能量为50keV左右的硼离子注入AlGaN/GaN异质结材料和器件不受保护的部分，使得在垂直于AlGaN/GaN异质结表面较浅的范围内形成高阻的损伤层9。
如图4D所示再利用注入能量为110keV左右的硼离子注入AlGaN/GaN异质结材料和器件不受保护的部分，使得损伤层向垂直于AlGaN/GaN异质结表面较深处扩展，最终的损伤层范围包括了势垒层4、沟道层3或者更深处的缓冲层2，从而实现器件的隔离。
当硼离子隔离注入完成后，在势垒层4上形成栅电极就得到了如图2所示的器件。
本发明未涉及部分均与现有技术相同。

Claims (6)

1、一种利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件的有源区之间隔离的方法，其特征是它包括以下步骤：
第一步，在AlGaN/GaN异质结材料的势垒层(4)上形成第一欧姆接触区作为源电极(5)；
第二步，在势垒层(4)上与第一欧姆接触区相距2微米到5微米的地方形成第二欧姆接触区作为漏电极(6)；
第三步，用掩膜(8)将AlGaN/GaN异质结材料和氮化物半导体器件表面不需要进行离子注入的地方进行涂覆保护；
最后，注入硼离子，在AlGaN/GaN异质结材料和氮化物半导体器件未涂覆掩摸(8)的部分轰击形成高阻损伤层(9)即可。
2、如权利要求1所述的利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件的有源区之间隔离的方法，其特征在于在所述的势垒层(4)未被源电极(5)和漏电极(6)覆盖的部分以及源电极(5)和漏电极(6)的表面上淀积有一介质层(10)，所述的掩膜(8)覆盖在介质层(10)上。
3、如权利要求2所述的利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件的有源区之间隔离的方法，其特征在于所述的介质层(10)为氮化硅(SiN)、氧化硅(SiO2)、氮化铝(AlN)或氧化铝(Al2O3)，介质层(10)的淀积方法包括溅射、电子束蒸发、等离子体增强化学汽相淀积(PECVD)。
4、如权利要求2所述的利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件的有源区之间隔离的方法，其特征在于所述的介质层(10)的厚度为50～200nm。
5、如权利要求1所述的利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件的有源区之间隔离的方法，其特征在于或采用一次硼离子注入法轰击形成高阻损伤层(9)，此时硼离子注入的能量为50～130keV、剂量为3～10×1014cm-2；或采用两次硼离子注入法轰击形成高阻损伤层(9)，此时，第一次注入的能量为30～50keV、剂量为3～10×1014cm-2，第二次注入的能量为70～130keV、剂量为3～10×1014cm-2。
6、如权利要求1所述的利用硼离子注入法实现氮化物半导体器件的有源区之间隔离的方法，其特征在于所述的掩膜(8)采用光刻胶成形方法形成。
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