一种氮化镓器件的加工方法和氮化镓器件的制作方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种氮化镓器件的加工方法，该加工方法为：在氮化镓器件的表面垫积一层氧化层，所述氧化层的材质为电绝缘材质，对所述氧化层进行刻蚀，以保留所述氮化镓器件的台阶的侧壁上的氧化层、并去除掉所述台阶的侧壁之外的其他部分的氧化层。本发明还公开了一种氮化镓器件。采用本发明，可以完全的刻蚀掉上述台阶的前后两侧的金属层，避免金属刻蚀中台阶的前后两侧的侧壁金属残留，防止氮化镓器件的源级（S）和漏极（D）的金属短接互连，并有效的隔离氮化镓器件的栅极金属和氮化镓器件的导电沟道、防止氮化镓器件漏电。
【专利说明】一种氮化镓器件的加工方法和氮化镓器件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种氮化镓器件的加工方法和氮化镓器件。
【背景技术】
[0002] 目前，国际半导体产业已经进入以氮化镓（GaN)材料、碳化硅（SIC)材料和金刚石 等为代表的第三代宽禁带半导体时代。氮化镓材料具有宽的直接带隙，强的原子键、高的热 导率、化学稳定性好等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件 应用方面有着广阔的前景。
[0003] 绝大部分氮化镓器件的制作工艺为：在衬底材料上外延生长成氮化铝晶核（A1N nucleation)，在成核层上生长氮化镓外延，在氮化镓外延生长氮化镓层，然后在氮化镓层 上生长一层硅換杂的氮化铝镓（AlGaN)，在氮化铝镓和氮化镓的沟道之间形成二维电子气 和异质结沟道，最后用一薄的钝化层保护二维电子气和异质结沟道的表面。
[0004] 在制作以氮化镓材料为基础的二极管、晶体管和光探测器等氮化镓器件的过程 中，需要对氮化镓器件进行刻蚀。刻蚀技术一般分为：湿法刻蚀技术和干法刻蚀技术。湿法 刻蚀利用通过化学溶液的化学反应将不需要的薄膜去掉的图形转移方法，由于氮化镓材料 具有高的结合键能，稳定的化学性质(几乎不被任何酸腐蚀)，氮化镓材料在一般溶液中几 乎不溶解。因此，氮化镓器件的刻蚀一般不采用湿法刻蚀，而采用干法刻蚀。干法刻蚀利用 具有一定能量的离子或原子通过离子的物理轰击或化学腐蚀，或者两种的协同作用，以达 到刻蚀的目的。
[0005] 由于现有技术中氮化镓器件的特殊结构和刻蚀特性，现有技术中存在如下技术问 题：
[0006] 问题一：
[0007] 如图1所示，在氮化镓器件的源极（S)和漏极（D)之间具有台阶。在该氮化镓器件 的表面垫积金属层后，对该金属层进行刻蚀，由于该氮化镓器件的表面垫积的金属层会与 上述台阶的侧壁形成90°的直角，还由于对氮化镓器件进行刻蚀时需要硅片（wafer)的放 置方向与刻蚀气流垂直才能得到良好的刻蚀特性，因此垫积在该氮化镓器件的台阶的侧壁 上的金属很难被刻蚀干净，会在氮化镓器件的表面与上述台阶的侧壁之间的90°直角内残 留，导致源极（S)和漏极（D)短接互连，造成氮化镓器件短路。
[0008] 图2和图3为图1所示的氮化镓器件沿栅极(AA'方向）的切面图。
[0009] 图2为金属刻蚀前的该氮化镓器件的形貌，可见此时，在该氮化镓器件的表面垫 积的金属层与该氮化镓器件的台阶的侧壁金属形成了 90°的直角。
[0010] 图3为金属刻蚀后的该氮化镓器件的形貌，可见此时，对该氮化镓器件进行金属 刻蚀后，在该氮化镓器件的表面与上述台阶的侧壁之间的90°的直角内存在部分难以刻蚀 掉的侧壁金属残留，该侧壁金属残留导致氮化镓器件的源极（S)和漏极（D)形成短接互连， 造成氮化镓器件短路。
[0011]问题二：
[0012] 图4为图1沿栅极方向（AA'方向）的切面图。
[0013] 如图4所示，在氮化镓器件的氮化镓层和氮化铝镓层之间具有特殊的导电沟道。 由于氮化镓器件的特殊导电层为一层很薄的二维电子气，在氮化镓器件上制作栅极金属 时，当栅极金属横跨整个台阶时，栅极金属会与上述导电沟道相接，导致氮化镓器件漏电。
【发明内容】
[0014] 本发明实施例提供一种氮化镓器件的加工方法和氮化镓器件，用于防止由于氮化 镓器件的源级（S)和漏极（D)短接互连造成的氮化镓器件短路、以及由于氮化镓器件的栅 极金属和氮化镓器件的导电沟道相接造成的氮化镓器件漏电的问题。
[0015] 在所述氮化镓器件的表面垫积一层氧化层，所述氧化层的材质为电绝缘材质；
[0016] 对所述氧化层进行刻蚀，以保留所述氮化镓器件的台阶的侧壁上的氧化层、并去 除掉所述台阶的侧壁之外的其他部分的氧化层。
[0017] 一种氮化镓器件，该氮化镓器件包括：
[0018] 台阶、分别位于所述台阶的左右两侧的源级（S)和漏极（D)、和横跨所述台阶的栅 极（G);以及，
[0019] 在所述台阶的侧壁上垫积有氧化层，所述氧化层的材质为电绝缘材质。
[0020] 本发明实施例中，在氮化镓器件的表面垫积一层氧化层，所述氧化层的材质为电 绝缘材质，对所述氧化层进行刻蚀，以保留所述氮化镓器件的台阶的侧壁上的氧化层、并去 除掉所述台阶的侧壁之外的其他部分的氧化层。
[0021] 如图6所示，在氮化镓器件的台阶的侧壁上形成了一层氧化层，即侧墙。加入该侧 墙后，使台阶的侧壁上的氧化层与氮化镓器件的表面之间的角度远大于90°。在对氮化镓 器件的表面垫积的金属层进行刻蚀时，可以完全的去除掉该台阶的前后两侧的金属层，避 免金属刻蚀中台阶的前后两侧的侧壁金属残留。有效的防止氮化镓器件的源级和漏极之间 的短接互连。并且，可以有效的隔离氮化镓器件的栅极金属和导电沟道，从而保护该氮化镓 器件的导电沟道，防止该氮化镓器件漏电。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 图1为现有技术中氮化镓器件示意图；
[0023] 图2为现有技术中氮化镓器件沿栅极(AA'方向）切面示意图；
[0024] 图3为现有技术中氮化镓器件金属刻蚀后的形貌示意图；
[0025] 图4为现有技术中氮化镓器件制作栅极金属后的形貌示意图；
[0026] 图5为本发明实施例中氮化镓器件的加工方法的流程示意图；
[0027] 图6为本发明实施例中氮化镓器件金属刻蚀前的形貌示意图；
[0028] 图7为本发明实施例中氮化镓器件垫积金属后的形貌示意图；
[0029] 图8为本发明实施例中氮化镓器件的台阶的左右侧的结构示意图；
[0030] 图9为本发明实施例中氮化镓器件金属刻蚀后的形貌示意图；
[0031] 图10为本发明实施例中氮化镓器件制作了栅极金属后的形貌示意图；
[0032] 图11为本发明实施例中制作了源级、漏极和栅极后的结构示意图。
【具体实施方式】
[0033] 为了提供一种用于防止由于氮化镓器件的源级（S)和漏极（D)短接互连造成的氮 化镓器件短路、以及由于氮化镓器件的栅极金属和氮化镓器件的导电沟道相接造成的氮化 镓器件漏电的方案，本发明实施例提供了一种氮化镓器件的加工方法，本方法中，在氮化镓 器件的表面垫积一层氧化层，该氧化层的材质为电绝缘材质，对该氧化层进行刻蚀，以保留 该氮化镓器件的台阶的侧壁上的氧化层、并去除掉上述台阶的侧壁之外的其他部分的氧化 。。
[0034] 参见图5,本发明提供的氮化镓器件的加工方法，具体包括以下步骤：
[0035] 步骤50 :在氮化镓器件的表面垫积一层氧化层，上述氧化层的材质为电绝缘材 质；
[0036] 步骤51 :对该氧化层进行刻蚀(例如可以采用干法刻蚀)，以保留氮化镓器件的台 阶的侧壁上的氧化层、并去除掉该台阶的侧壁之外的其他部分的氧化层。
[0037] 进一步的，在对上述氧化层进行刻蚀，以保留上述氮化镓器件的台阶的侧壁上的 氧化层、并去除掉该台阶的侧壁之外的其他部分的氧化层之后，可在上述氮化镓器件的表 面垫积一层金属层；对该金属层进行刻蚀，以保留上述台阶的左右两侧的金属层、并去除掉 上述台阶的前后两侧的金属层，将上述台阶的左右两侧中一侧的金属层作为该氮化镓器件 的源极、另一侧的金属层作为该氮化镓器件的漏极。
[0038] 进一步的，在对该金属层进行刻蚀，以保留上述台阶的左右两侧的金属层，并去除 上述台阶的前后两侧的金属层之后，可在该氮化镓器件的表面再次垫积一层金属层；对再 次垫积的金属层进行刻蚀，以保留横跨上述台阶的金属层、并去除其他部位的金属层，将横 跨上述台阶的金属层作为该氮化镓器件的栅极。
[0039] 较佳的，该氧化层的材质为二氧化硅或氮化硅。
[0040] 进一步的，该氧化层的厚度略小于或不小于所述台阶的厚度。
[0041] 实施例一：
[0042] 步骤一：在氮化镓器件的表面垫积一层氧化层，上述氧化层的材质为电绝缘材质， 该氧化层覆盖了氮化镓器件的所有表面，特别的，包括氮化镓器件的台阶的所有表面。
[0043] 步骤二：对该氧化层进行刻蚀(例如可以采用干法刻蚀)，以保留氮化镓器件的台 阶的侧壁上的氧化层，即图6中的侧墙，并去除掉该台阶的侧壁之外的其他部分的氧化层。
[0044] 其中，该氧化层的材质为电绝缘材质，电绝缘材质包括全部能够阻止电流通过的 材料，由于二氧化硅和氮化硅具备优越的电绝缘性和工艺的可行性，本发明采用二氧化硅 和氮化硅作为氧化层，性能更优。
[0045] 步骤三：参见图7,在对该氧化层进行刻蚀之后，在该氮化镓器件的表面垫积一层 金属层，对该金属层进行刻蚀，以保留上述台阶的左右两侧的金属层、并去除掉上述台阶的 前后两侧的金属层，将上述台阶的左右两侧中一侧的金属层作为该氮化镓器件的源极、另 一侧的金属层作为该氮化镓器件的漏极。其中，参见图8,80为台阶的左侧，81为上台阶的 右侧，82为台阶的前侧，83为台阶的后侧。
[0046] 较佳的，当该氧化层的厚度略小于或不小于上述台阶的厚度时(上述略小于指，该 氧化层的厚度和上述台阶的厚度之差小于门限值，例如该门限值可以为lOnm)，垫积在台阶 的侧壁上的金属层与垫积在氮化镓器件的表面的金属层之间的角度远大于90°，进行金属 刻蚀时，可以完全的去除掉该台阶的前后两侧的金属层，如图9所示，此时，在台阶的前后 两侧没有残留任何侧壁金属，不会造成氮化镓器件的源级和漏级的短接互连。
[0047] 实施例二：
[0048] 步骤一：在氮化镓器件的表面垫积一层氧化层，上述氧化层的材质为电绝缘材质， 该氧化层覆盖了氮化镓器件的所有表面，特别的，包括氮化镓器件的台阶的所有表面。
[0049] 步骤二：对该氧化层进行刻蚀(例如可以采用干法刻蚀)，以保留氮化镓器件的台 阶的侧壁上的氧化层，即图6中的侧墙，并去除掉该台阶的侧壁之外的其他部分的氧化层。
[0050] 其中，该氧化层的材质为电绝缘材质，电绝缘材质包括全部能够阻止电流通过的 材料，由于二氧化硅和氮化硅具备优越的电绝缘性和工艺的可行性，本发明采用二氧化硅 和氮化硅作为氧化层，性能更优。
[0051] 步骤三：参见图7,在对该氧化层进行刻蚀之后，在该氮化镓器件的表面垫积一层 金属层，对该金属层进行刻蚀，以保留上述台阶的左右两侧的金属层、并去除掉上述台阶的 前后两侧的金属层，将上述台阶的左右两侧中一侧的金属层作为该氮化镓器件的源极、另 一侧的金属层作为该氮化镓器件的漏极。其中，参见图8,80为台阶的左侧，81为台阶的右 侧，82为台阶的前侧，83为台阶的后侧。
[0052] 较佳的，当该氧化层的厚度略小于或不小于上述台阶的厚度时(上述略小于指，该 氧化层的厚度和上述台阶的厚度之差小于门限值，例如该门限值可以为lOnm)，垫积在台阶 的侧壁上的金属层与垫积在氮化镓器件的表面的金属层之间的角度远大于90°，进行金属 刻蚀时，可以完全的去除掉该台阶的前后两侧的金属层，如图9所示，此时，在台阶的前后 两侧没有残留任何侧壁金属，不会造成氮化镓器件的源级和漏级的短接互连。
[0053] 步骤四：参见图10,在该氮化镓器件的表面再次垫积一层金属层；对再次垫积的 金属层进行刻蚀，以保留横跨上述台阶的金属层、并去除其他部位的金属层，将横跨上述台 阶的金属层作为该氮化镓器件的栅极。
[0054] 其中，制作了氮化镓器件的源级、漏极和栅极后的器件结构参见图11，其中110为 台阶、111为位于台阶的左侧的源级（S)、112为位于台阶的右侧的漏极（D)、113为横跨台阶 的栅极（G)、114为在台阶的侧壁上垫积的氧化层（即侧墙)。
[0055] 此时，该侧墙位于氮化镓器件的栅极金属和导电沟道之间，由于侧墙为电绝缘材 质，可以阻止电流通过。可见，该侧墙有效的隔离了氮化镓器件的栅极金属和导电沟道，避 免了氮化镓器件的栅极漏电。
[0056] 仍参见图11，本发明提供的氮化镓器件，该氮化镓器件包括：
[0057] 台阶 110;
[0058] 位于该台阶的左侧的源级（S) 111 ;
[0059] 位于该台阶的右侧的漏级（D) 112 ;
[0060] 横跨该台阶的栅极（G) 113 ;
[0061] 在该台阶的侧壁上垫积的氧化层114,即侧墙，该氧化层的材质为电绝缘材质。
[0062] 较佳的，该氧化层的材质为二氧化硅或氮化硅。
[0063] 进一步的，该氧化层的厚度略小于或不小于所述台阶的厚度。
[0064] 综上，本发明的有益效果包括：
[0065] 如图6所示，此时，在氮化镓器件的台阶的侧壁上形成了一层氧化层，即侧墙。加 入该侧墙后，使台阶的侧壁上的氧化层（即侧墙）与氮化镓器件的表面之间的角度远大于 90°。如图7所示，在对氮化镓器件的表面垫积的金属层进行刻蚀时，可以完全的去除掉该 台阶的前后两侧的金属层，避免金属刻蚀中台阶的前后两侧的侧壁金属残留，然后将台阶 的左右两侧中一侧的金属层作为所述氮化镓器件的源极、另一侧的金属层作为所述氮化镓 器件的漏极。如图8所示，80为台阶的左侧，81为台阶的右侧，82为台阶的前侧，83为台阶 的后侧。加入了侧墙后，有效的防止氮化镓器件的源级和漏极之间的短接互连。图9为氮 化镓器件刻蚀后的形貌示意图。
[0066] 以及，如图10所示，加入该侧墙后，可以有效的隔离栅极金属和该氮化镓器件的 导电沟道，从而保护该氮化镓器件的导电沟道，防止该氮化镓器件漏电。
[0067] 图11为氮化镓器件制作了源级、漏极和栅极后的结构示意图，其中110为台阶、 111为位于台阶的左侧的源级（s)、112为位于台阶的右侧的漏极（D)、113为横跨台阶的栅 极（G)、114为在台阶的侧壁上垫积的氧化层（即侧墙)。
[0068] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精 神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围 之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【权利要求】
1. 一种氮化镓器件的加工方法，其特征在于，该方法包括： 在所述氮化镓器件的表面垫积一层氧化层，所述氧化层的材质为电绝缘材质； 对所述氧化层进行刻蚀，以保留所述氮化镓器件的台阶的侧壁上的氧化层、并去除掉 所述台阶的侧壁之外的其他部分的氧化层。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，在对所述氧化层进行刻蚀，以保留所述氮 化镓器件的台阶的侧壁上的氧化层、并去除掉所述台阶的侧壁之外的其他部分的氧化层之 后，进一步包括： 在所述氮化镓器件的表面垫积一层金属层； 对所述金属层进行刻蚀，以保留所述台阶的左右两侧的金属层、并去除掉所述台阶的 前后两侧的金属层，将所述台阶的左右两侧中一侧的金属层作为所述氮化镓器件的源极、 另一侧的金属层作为所述氮化镓器件的漏极。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在对所述金属层进行刻蚀，以保留所述台阶 的左右两侧的金属层，并去除所述台阶的前后两侧的金属层之后，进一步包括 ： 在所述氮化镓器件的表面再次垫积一层金属层； 对再次垫积的金属层进行刻蚀，以保留横跨所述台阶的金属层、并去除其他部位的金 属层，将横跨所述台阶的金属层作为所述氮化镓器件的栅极。
4. 如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述氧化层的材质为二氧化硅或氮 化硅。
5. 如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述氧化层的厚度不小于所述台阶 的厚度。
6. -种氮化镓器件，其特征在于，所述氮化镓器件包括台阶、分别位于所述台阶的左右 两侧的源极S和漏极D、和横跨所述台阶的栅极G ;以及， 在所述台阶的侧壁上垫积有氧化层，所述氧化层的材质为电绝缘材质。
7. 如权利要求6所述的氮化镓器件，其特征在于，所述氧化层的为二氧化硅或氮化硅。
8. 如权利要求6或7所述的氮化镓器件，其特征在于，所述氧化层的厚度不小于所述台 阶的厚度。
【文档编号】H01L33/30GK104143592SQ201310172945
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2013年5月10日 优先权日:2013年5月10日
【发明者】陈建国, 张枫, 刘蓬, 谢春诚 申请人:北大方正集团有限公司, 深圳方正微电子有限公司