RU2694164C1 - Способ сухого травления нитридных слоев - Google Patents

Способ сухого травления нитридных слоев Download PDF

Info

Publication number
RU2694164C1
RU2694164C1 RU2018113316A RU2018113316A RU2694164C1 RU 2694164 C1 RU2694164 C1 RU 2694164C1 RU 2018113316 A RU2018113316 A RU 2018113316A RU 2018113316 A RU2018113316 A RU 2018113316A RU 2694164 C1 RU2694164 C1 RU 2694164C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
etching
algan
barrier layer
plasma
nitride layers
Prior art date
Application number
RU2018113316A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Юрьевич Павлов
Сергей Викторович Михайлович
Юрий Владимирович Федоров
Константин Николаевич Томош
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук
Priority to RU2018113316A priority Critical patent/RU2694164C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2694164C1 publication Critical patent/RU2694164C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065Plasma etching; Reactive-ion etching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу низкоэнергетичного бездефектного травления нитридных слоев гетероструктур AlGaN/GaN и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции. Используя данный способ травления барьерного слоя, можно уменьшать толщину барьерного слоя до величины, необходимой для реализации заданного рабочего смещения на затворе полевого транзистора без внесения дефектов в подзатворную область. Для окисления барьерного слоя AlGaN и селективного удаления его окислов используют один и тот же реактор плазмохимической установки с источником индуктивно связанной плазмы. 4 ил.

Description

Область техники
Изобретение относится к способу низкоэнергетичного бездефектного травления нитридных слоев гетероструктур AlGaN/GaN и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов с высокой степенью интеграции.
Уровень техники
Из предшествующего уровня техники известен способ ЕР 1120483 А2 травления материала GaN в электролите, где пластина с гетероструктурой на основе GaN является анодом. При необходимом смещении между анодом и катодом индуцируется травление материала, равномерность процесса травления обеспечивается необходимым уровнем УФ-излучения. Данный процесс зависит от большого количества цараметров, и плохо воспроизводим, так как необходимо поддерживать состав электролита, смещения между электродами и уровень УФ-излучения.
Известен способ US 20050236365 А1 сухого травления слоев нитрида галлия в две стадии, первое плазменное травление обеспечивает удаление основной толщины удаляемого слоя с большими энергиями, второе плазменное травлении оставшейся части удаляемого материала с более низкой энергией, чем у первого плазменного травления. Такое травление обеспечивает высокую анизотропию, низкий уровень загрязнения, высокую селективности и малое дефектообразование. Недостатком данного способа является использование плазменного травления с низкой энергией ионов, которые все равно приводят к возникновению радиационных дефектов, что влияет на подвижность основных носителей заряда в полупроводнике, процесс сложно контролируемый при работе с тонкими нитридными слоями, необходимо использовать стоп-слои или точно контролировать и воспроизводить скорость плазменного травления нитридных слоев.
Известен способ (A. Chakroun, A. Jaouad, М. Bouchilaoun, О. Arenas, A. Soltani, Н. Maher. Normally-off AlGaN/GaN MOS-HEMT using ultra-thin Al0.45Ga0.55N barrier layer. Phys. Status Solidi A, 1600836 (2017)) травления барьерного слоя без внесения дефектов заключающийся в окислении барьерного слое в среде кислорода с последующим снятием окисла в растворе НСl:Н2О=1:10. Данный способ обеспечивает маленькую скорость травления AlGaN, порядка 5 ангстрем в секунду за цикл окисление-снятие окисла, и позволяет работать с маленькими толщинами барьерного слоя. К недостаткам данного метода можно отнести отсутствие возможности автоматизации процесса циклического травления из-за использования разных установок для обеспечения процесса травления и низкая скорость травления барьерных слоев AlGaN.
Известен способ (US 8124505 В1), принятый за прототип, двухступенчатого плазменного травления барьерного слоя для формирования подзатворного заглубления (рецесса). На первом этапе метода используется кислород для окисления поверхности барьерного слоя с высокочастотной мощностью 50 Вт. Затем на второй стадии используется трихлорид бора для удаления окисленного слоя в режиме реактивного ионного травления с высокочастотной мощностью 15 Вт. Недостатком метода является использование режима реактивного ионного травления, что может приводить к образованию радиационных дефектов и как следует из статьи авторов способа [S.D. Burnham, K. Boutros, P. Hashimoto, С. Butler, D. W.S. Wong, М. Нu, and М. Micovic. Gate-recessed normally-off GaN-on-Si HEMT using a new O2-BCl3 digital etching technique. Phys. Status Solidi С 7, No. 7-8, 2010-2012 (2010)], при увеличении времени травления в трихлориде бора увеличивается снимаемая толщина AlGaN, что свидетельствует о травлении не только окислов, но и самого AlGaN.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом изобретения является автоматизированное бездефектное травление барьерное слоя AlGaN нитридной структуры за счет циклического окисления AlGaN и селективного удаления этих окисленных слоев в одной установке с источником индуктивно связанной плазмы.
Технический результат достигается за счет того, что для окисления барьерного слоя AlGaN и травления его окислов используется источник индуктивно связанной плазмы (ИСП), позволяющий получить высокую концентрация электронов и ионов в реакторе во время плазмохимических процессов, что обеспечивает высокую скорость и качество травления. Индукционная катушка находится вне рабочей камеры, поэтому она не взаимодействует с плазмой, не разрушается агрессивными компонентами плазмы и не загрязняет плазму продуктами этого воздействия. За счет использования источника ИСП значительно снижается энергия заряженных частиц, взаимодействующих с поверхностью гетероструктуры, что позволяет избежать возникновения радиационных дефектов структуры. На фиг. 1 показано как уменьшается смещение на высокочастотном (ВЧ) электроде при одновременном использование с ИСП. Кривые на фиг. 1 представлены производителем установки в инертной среде аргона. За счет зацикливания процесса окисления и травления окислов происходить послойное травления слоев гетероструктуры. При этом используется одна установка, позволяющая проводить эти процессы в автоматическом режиме.
Для процессов окисления и травления AlGaN необходимо сформировать маску, в качестве маски используется диэлектрическая пленка (Si3N4 либо SiO2), для защиты участков нитридной структуры от воздействия плазмы высокой плотности. В диэлектрической пленке формируются окна травления барьерного слоя через резистивную маску, за счет удаления во фторной среде пленки диэлектрика в незащищенных резистом местах.
Использование комбинированного травления ВЧ с ИСП необходимо для удаления паразитных пленок ВxСlу на поверхности структуры при минимальном значении смещения на ВЧ электроде. Смещение на ВЧ электроде определяет энергию заряженных частиц в плазме. При смещении 25 В на ВЧ электроде обеспечивается селективное удаление окислов AlGaN без травления слоев AlGaN, что обеспечивает воспроизводимость и контролируемость процесса циклического травления, и подтверждено экспериментом с длительной обработкой AlGaN в трихлориде бора с последующим подтверждением отсутствия ступеньки.
Использование предложенного метода предполагается при создании транзистора на гетероструктуре AlGaN/GaN со смещенным положением рабочей точки по затвору вплоть до нормально-закрытого режима работы за счет заглубления барьерного слоя AlGaN в подзатворной области.
Осуществление изобретения
На пластину с гетероструктурой AlGaN/GaN со сформированной приборной изоляцией и омическими контактами наносится слоя нитрида кремния (Si3N4) толщиной 100 нм плазмохимическим методом в смеси N2+SiH4 при температуре 250°С. После осаждения диэлектрика на пластину наносится электронный резист, в резисте экспонируются и проявляются щели, через которые плазмохимическим травлением в индуктивно связанной плазме в среде SF6+O2 удаляется диэлектрический слой до барьерного слоя AlGaN. После травления происходит снятие электронного резиста в ацетоне и изопропиловом спирте. Таким образом, формируется маска на гетероструктуре AlGaN/GaN со сформированными омическими контактами для двухстадийного травления слоя AlGaN. После формирования маски гетероструктура AlGaN/GaN подвергается циклическому двухстадийному травлению в установке с источником индуктивно связанной плазмы. Первоначально происходит обработка пластины с диэлектрической маской в среде кислорода (О2) при давлении в реакторе 10 Па, мощностью ИСП 600 Вт и мощностью ВЧ 15 Вт в течение 15 секунд, при этом смещении на ВЧ электроде составляло 25 В. После окисления в том же реакторе происходит удаления окислов в среде трихлорида бора (ВCl3) при давлении 1 Па, с мощность ИСП 100 Вт и мощность ВЧ 10 Вт в течение 45 секунд, при этом смещение на ВЧ электроде было 23-25 В. За один такой цикл удаляется слоя AlGaN толщиной 1,5 нм. Выбираем необходимое количество циклов для уменьшения толщины барьерного слоя до нужной толщины и двухстадийно травим AlGaN. После травления жидкостным химическим травлением снимается защитная диэлектрическая маска в буферном растворе и наносится тонкий подзатворный диэлектрик Al2O3 толщиной 5 нм методом атомного слоевого осаждения. После осаждения Al2O3 формируется профиль затворной металлизации в системе электронных резистов путем экспонирования с последующим проявлением, очисткой дна проявленных областей в кислородной плазме и нанесением в вакууме затворной металлизации Ni/Au. На фиг. 2 схематически показан полевой транзистор с подзатворным заглублением, изготовленный с использованием предложенного способа. Где барьерный слой (1), расположенный на слое GaN (2), образуя двумерный электронный газ (3). Полевой транзистор имеет сформированные, с использованием вакуумного напыления металлов, омические контакты (4) и затвор Шоттки (5). Перед напылением затвора Шоттки происходит травление барьерного слоя (1) предложенным способом и пассивация тонким слоем Аl2O3 (6).
Для демонстрации предложенного способа травления изготовлены полевые транзисторы на гетероструктуре AlGaN/GaN с подзатворным заглублением с тремя и пятью циклами травления барьерного слоя. На фиг. 3 и 4 представлены вольтамперные характеристики полученных транзисторов, демонстрирующие смещение максимума крутизны в сторону положительных значений напряжения на затворе, вплоть до нормально-закрытого транзистора.
Таким образом, используя предложенный способ травления барьерного слоя можно уменьшать толщину барьерного слоя до величины необходимой для реализации заданного рабочего смещения на затворе полевого транзистора без внесения дефектов подзатворную область.

Claims (1)

  1. Способ сухого травления нитридных слоев, включающий циклическое плазмохимическое окисление барьерного слоя гетероструктуры AlGaN и последующее плазмохимическое удаление окисла в трихлориде бора, отличающийся тем, что для окисления барьерного слоя AlGaN и селективного удаления его окислов используется один и тот же реактор плазмохимической установки с источником индуктивно связанной плазмы.
RU2018113316A 2018-04-12 2018-04-12 Способ сухого травления нитридных слоев RU2694164C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018113316A RU2694164C1 (ru) 2018-04-12 2018-04-12 Способ сухого травления нитридных слоев

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018113316A RU2694164C1 (ru) 2018-04-12 2018-04-12 Способ сухого травления нитридных слоев

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2694164C1 true RU2694164C1 (ru) 2019-07-09

Family

ID=67252366

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018113316A RU2694164C1 (ru) 2018-04-12 2018-04-12 Способ сухого травления нитридных слоев

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2694164C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114242583A (zh) * 2021-12-22 2022-03-25 江苏第三代半导体研究院有限公司 AlGaN材料的刻蚀方法及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020155691A1 (en) * 2001-03-23 2002-10-24 Lee Jong Lam Method of fabricating ohmic contact on n-type gallium nitride (GaN) of room temperature by plasma surface treatment
US20050236365A1 (en) * 2004-04-27 2005-10-27 Eudyna Devices, Inc. Dry etching method and semiconductor device
US20110042646A1 (en) * 2009-08-21 2011-02-24 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor wafer, nitride semiconductor chip, method of manufacture thereof, and semiconductor device
US8124505B1 (en) * 2010-10-21 2012-02-28 Hrl Laboratories, Llc Two stage plasma etching method for enhancement mode GaN HFET
RU2610346C1 (ru) * 2015-12-21 2017-02-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам AlGaN/GaN

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020155691A1 (en) * 2001-03-23 2002-10-24 Lee Jong Lam Method of fabricating ohmic contact on n-type gallium nitride (GaN) of room temperature by plasma surface treatment
US20050236365A1 (en) * 2004-04-27 2005-10-27 Eudyna Devices, Inc. Dry etching method and semiconductor device
US20110042646A1 (en) * 2009-08-21 2011-02-24 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor wafer, nitride semiconductor chip, method of manufacture thereof, and semiconductor device
US8124505B1 (en) * 2010-10-21 2012-02-28 Hrl Laboratories, Llc Two stage plasma etching method for enhancement mode GaN HFET
RU2610346C1 (ru) * 2015-12-21 2017-02-09 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт сверхвысокочастотной полупроводниковой электроники Российской академии наук (ИСВЧПЭ РАН) Способ изготовления омических контактов к нитридным гетероструктурам AlGaN/GaN

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114242583A (zh) * 2021-12-22 2022-03-25 江苏第三代半导体研究院有限公司 AlGaN材料的刻蚀方法及其应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hashizume et al. Effects of nitrogen deficiency on electronic properties of AlGaN surfaces subjected to thermal and plasma processes
KR101910973B1 (ko) 고 전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법
Nakakubo et al. Optical and electrical characterization of hydrogen-plasma-damaged silicon surface structures and its impact on in-line monitoring
US8062931B2 (en) Surface treatment and passivation of AlGaN/GaN HEMT
CN103915337A (zh) 半导体器件及其制造方法
CN103165445A (zh) 原位生长的栅介质和场板介质
KR20070089883A (ko) 펄스화된 rf 소스 전력을 이용하는 플라즈마 게이트 산화프로세스
WO2005117091A1 (en) Method for fabricating semiconductor devices having a substrate which includes group iii-nitride material
KR20070097558A (ko) 펄스화된 rf 소스 전력을 이용하는 선택적인 플라즈마재-산화 프로세스
CN106158960A (zh) 基于数字化湿法栅刻蚀技术形成GaN增强型MOSFET及制备方法
CN112993030A (zh) 一种提高槽栅GaN MIS FET器件可靠性的方法
CN111640797A (zh) 半导体器件的制作方法
CN108091687B (zh) 具有等离子体钝化层的GaNHEMT及制备方法
RU2694164C1 (ru) Способ сухого травления нитридных слоев
CN107293587A (zh) 一种GaN/AlGaN栅槽低损伤刻蚀的方法
CN106548939B (zh) 通过光辅助刻蚀自停止实现凹栅增强型hemt器件的系统及方法
US20070190795A1 (en) Method for fabricating a semiconductor device with a high-K dielectric
Yang et al. A normally-off GaN MIS-HEMT fabricated using atomic layer etching to improve device performance uniformity for high power applications
CN115148590A (zh) 基于原子层刻蚀的表面处理方法及半导体器件
CN104716189A (zh) 一种具有界面钝化层的锑化镓基半导体器件及其制备方法
CN107230614B (zh) 氮化镓半导体器件的制备方法
CN113140630B (zh) 增强型HEMT的p型氮化物栅的制备方法及应用其制备增强型氮化物HEMT的方法
RU2748300C1 (ru) Способ изготовления омического контакта с низким удельным сопротивлением к пассивированной нитрид-галлиевой гетероструктуре на кремниевой подложке
KR101605363B1 (ko) 질화물 반도체 표면 처리방법
Chen et al. Enhancing the performance of E-mode AlGaN/GaN HEMTs with recessed gates through low-damage neutral beam etching and post-metallization annealing

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210413