GaN微波器件T型栅的制作方法

文档序号:6958482阅读:291来源:国知局
专利名称:GaN微波器件T型栅的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体器件结构设计与制作方法,尤其是一种GaN微波器件T型栅的 制作方法。
背景技术
GaN材料因其具有宽禁带、高临界击穿电场、高热导率、高载流子饱和漂移速度等 优良特性,决定了以其为基础的GaN基功率器件在微波、毫米波领域应用的优势。频率特性的不断提高使GaN基功率器件的栅制作工艺主要采用非接触光刻技术 (如电子束直写技术,步进式投影光刻技术等)进行栅制作,其常用的方法为在GaN基片上 涂敷三层光刻胶,并进行一次光刻得到栅光刻图形。这种方法最大的缺点在于对工艺条件 要求较为苛刻,栅形状不易控制,且工艺的重复性和稳定性较差;而且所制作的T型栅结构 中常出现栅足与介质膜之间存在空洞,栅金属无法填充满的弊端,如申请号为00105221. 7 和申请号为02124062.0的中国专利;空调的存在很大程度上降低了 GaN基功率器件的可靠 性。

发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种栅长容易控制、可靠性高的GaN微波器件T 型栅的制作方法。为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是所述T型栅的按照下述步骤进 行制作
①在GaN基片上生长高温介质层,所述高温介质层的成分为Si3N4;
②在所述高温介质层的上表面生长低温介质层,所述低温介质层的成分为SiOxNy;
③在上述低温介质层上采用单层光刻胶光刻出所需尺寸的栅凹槽的光刻图形,再采用 干法刻蚀在所述低温介质层和高温介质层上刻蚀出栅凹槽,并去除剩余的光刻胶;
④在低温介质层上采用多层光刻胶光刻出与所述栅凹槽对准栅栅帽光刻图形;
⑤在上述栅帽光刻图形内制作GaN基体上的肖特基势垒栅。优选的,所述高温介质层的厚度为100士20埃;所述低温介质层的厚度为 1500 士 200 埃。优选的,步骤③中所述栅凹槽光刻图形采用感应耦合等离子体或者反应离子刻蚀 工艺。在步骤⑤之后还包括增加步骤⑥在肖特基势垒栅表面淀积钝化层,所述钝化层 的成分为Si3N4。上述技术方案中采用高温介质膜与低温介质膜形成的复合介质膜的凹槽结构,将 栅制作分成两步工艺,即通过复合介质膜凹槽控制栅长尺寸和肖特基势垒栅制作。由于采 用单层胶光刻较易控制光刻图形的尺寸,从而提高了栅长尺寸的控制性;并利用复合介质 膜刻蚀的不同选择比特性,得到了倒梯形的栅足形状,避免了 T型栅结构中常出现的栅足与钝化层之间存在空洞的弊端,降低了栅寄生参数;另外,由于复合介质膜的存在,对肖特 基势垒以外的表面区域起到钝化作用,因而显著减小器件的漏电,提高了器件的击穿电压, 实现高电压工作,全面提高了器件性能。采用上述技术方案所产生的有益效果在于与常用的栅形貌一次直写技术不同, 本发明对栅足尺寸的控制优势更为明显,也可更好地进行栅形貌的优化,有利于减小栅电 阻和电容等寄生参数,从而提高器件的栅特性及噪声特性等,对器件频率特性也可有更高 的可控性。


下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。图1-图7是本发明的T型栅制备过程中的剖面结构示意图。
具体实施例方式参看图1-图7,本发明的制备T型栅的步骤如下
①在GaN基片1上生长高温介质层2,所述高温介质层2的成分为Si3N4。首先对GaN基片1的表面进行清洗处理,清洗步骤为三氯乙烷浸泡5_10分钟;丙 酮浸泡5-10分钟;异丙醇浸泡5-10分钟;最后去离子水冲洗5-10分钟。然后采用MOVCD (Metal-organic Chemical Vapor DePosition,金属有机化合物 化学气相淀积法)生长工艺制作Si3N4,生长温度为1000°C -1200°C, Si3N4厚度100埃士20 埃。②在上述高温介质层2的上表面生长低温介质层3,所述低温介质层3的成分为 SiOxNy
所述低温介质层 3 米用 PECVD (plasma-enhanced chemical vapor deposition,等离 子增强化学气相淀积)生长工艺,反应气体为硅烷和氮气,生长温度280°C -320°C, SiOxNy的 厚度为1500埃士200埃。③在上述低温介质层3上采用单层光刻胶光刻出所需尺寸的栅凹槽光刻图形,再 采用干法刻蚀在所述低温介质层3和高温介质层2上刻蚀出栅凹槽,并去除剩余的光刻胶。具体步骤如下
首先,在低温介质层3的上表面进行涂胶工艺,胶型为PMMA单层胶,胶厚2500埃士500 埃,利用电子束直写工艺,进行曝光、显影工序,得到0. 25 μ m士0. 05 μ m的栅凹槽光刻图形 4,单层胶起到掩膜的作用,参见图2。此步工艺对设备套刻精度要求最高,采用电子束直写 技术套刻精度可达0. 01 μ m。采用单层胶直写工艺,图形尺寸控制更加容易,重复性及一致 性也更好。对所制做的0.25μπι栅凹槽光刻图形,尺寸偏差小于10%。然后,采用RIE (反应离子刻蚀)刻蚀工艺在低温介质层3和高温介质层2上刻蚀 出栅凹槽5,控制高温介质层2与低温介质层3的刻蚀比为10:1,参见图4。反应气体为三 氟甲烷和氧气,此步工序应根据不同介质膜之间刻蚀速率选择比和膜厚,可精确控制刻蚀 时间,避免过刻蚀。对剩余的光刻胶,采用氧等离子去除,时间依据残胶厚度而定。在上述步骤③中,栅凹槽5的凹槽尺寸与光刻图形尺寸和刻蚀工艺控制有关,形貌与复合介质膜的成分和厚度有关。本实施例通过控制复合介质膜的成分和厚度,所得的 栅凹槽5为倒梯形结构,梯形底部宽度为T型栅的有效栅长尺寸;倒梯形结构有效避免了 T 型栅结构中出现的栅足与介质膜之间存在空洞,栅金属无法填充满的问题。栅凹槽刻蚀后 尺寸为0. 25 μ m士0. 05 μ m,可控性高。④在低温介质层3上采用多层光刻胶光刻出与所述栅凹槽对准的栅帽光刻图形。对刻蚀栅凹槽5后的GaN基片1进行表面清洗处理。清洗步骤为三氯乙烷浸泡 5-10分钟,丙酮浸泡5-10分钟,异丙醇浸泡5-10分钟,最后去离子水冲洗5-10分钟,氮气 吹1-3分钟。然后进行涂胶工艺,采用胶型为C4和C5的PMMA胶,光刻胶的厚度分别为2500埃 士 500埃和10000埃士 1000埃,利用电子束直写技术对GaN基片1进行曝光显影等工序,得 到1. 25 μ m士0. 05 μ m的栅帽光刻图形6。⑤在上述栅帽光刻图形6内制作GaN基体1上的肖特基势垒栅
采用电子束蒸发镀膜工艺进行金属栅7的制作,金属栅7由钛层、钼层和金层组成,厚 度分别为500埃士50埃、500埃士50埃和7000埃士700埃。金属栅7蒸发完毕后,采用剥离工艺得到肖特基势垒栅8,具体工序为将所述 GaN基片在1165光刻胶剥离液中浸泡5-10分钟(100°C );然后依次在三氯乙烷中浸泡5-10 分钟(40°C)、丙酮浸泡5-10分钟(40°C)、异丙醇浸泡5-10分钟(25°C );最后去离子水冲洗 5-10分钟,氮气吹1-3分钟。得到如图7所示的T型的肖特基势垒栅8。⑥在特基势垒栅表面淀积钝化层,所述钝化层的成分为Si3N4
采用PECVD生长工艺,反应气体为硅烷和笑气,生长温度280°C -320°C, Si3N4的厚度为 500 埃 士 100 埃。综上所述,本发明与常用的栅形貌一次直写技术不同,采用电子束直写技术进行 两次栅形貌制作,其对栅足尺寸的控制优势更为明显,也可更好地进行栅形貌的优化,有利 于减小栅电阻和电容等寄生参数,提高器件的可靠性。
权利要求
1.一种GaN微波器件T型栅的制作方法,其特征在于包括下述步骤①在GaN基片(1)上生长高温介质层(2),所述高温介质层(2)的成分为Si3N4;②在所述高温介质层(2)的上表面生长低温介质层(3 ),所述低温介质层(3 )的成分为 SiOxNy,χ > 0, y > 0 ;③在上述低温介质层(3)上采用单层光刻胶光刻出所需尺寸的栅凹槽的光刻图形 (4),再采用干法刻蚀在所述低温介质层(3)和高温介质层(2)上刻蚀出栅凹槽(5),并去除 剩余的光刻胶;④在低温介质层(3)上采用多层光刻胶光刻出与所述栅凹槽(4)对准的栅帽光刻图形(6);⑤在上述栅帽光刻图形(6)内制作GaN基体(1)上的肖特基势垒栅(8 )。
2.根据权利要求1所述的GaN微波器件T型栅的制作方法,其特征在于所述高温介质 层(2)的厚度为100士20埃;所述低温介质层(3)的厚度为1500士200埃。
3.根据权利要求2所述的GaN微波器件T型栅的制作方法,其特征在于步骤①中高温 介质层采用MOCVD生长工艺。
4.根据权利要求3所述的GaN微波器件T型栅的制作方法,其特征在于步骤②中低温 介质层采用PECVD生长工艺。
5.根据权利要求4所述的GaN微波器件T型栅的制作方法,其特征在于步骤③中所述 栅凹槽光刻图形采用感应耦合等离子体或者反应离子刻蚀工艺。
6.根据权利要求1所述的GaN微波器件T型栅的制作方法,其特征在于步骤⑤中所述 肖特基势垒栅(8)的金属层由镍层、钼层和金层或者镍层、钼层和金层构成。
7.根据权利要求1所述的GaN微波器件T型栅的制作方法,其特征在于在步骤⑤之后 还包括增加步骤⑥在特基势垒栅(8)表面淀积钝化层,所述钝化层的成分为Si3N4。
8.根据权利要求7所述的GaN微波器件T型栅的制作方法,其特征在于所述钝化层采 用PECVD工艺。
全文摘要
本发明公开了一种GaN微波器件的T型栅的制作方法,其包括下述步骤①在GaN基片上生长高温介质层,所述高温介质层的成分为Si3N4;②在上述高温介质层的上表面生长低温介质层,所述低温介质层的成分为SiOxNy;③在上述低温介质层上光刻出所需尺寸的栅凹槽光刻图形,再采用干法刻蚀在所述低温介质层和高温介质层上刻蚀出栅凹槽,并去除剩余的光刻胶;④在低温介质层上光刻出与所述栅凹槽对准的栅帽光刻图形;⑤在上述栅帽图形内制作GaN基体上的肖特基势垒栅。采用本发明栅长更容易控制,提高了GaN微波器件的可靠性。
文档编号H01L29/78GK102064104SQ20101057912
公开日2011年5月18日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者周瑞, 彭志农, 李亮, 王勇, 秘瑕, 蔡树军 申请人:中国电子科技集团公司第十三研究所
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1