本發(fā)明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種gan/algan柵槽低損傷刻蝕的方法。

背景技術：

gan材料具有禁帶寬度寬、高電子遷移率、擊穿電場高、輸出功率大且耐高溫的特點，基于gan材料的algan/gan高電子遷移率晶體管（hemt）可以工作在高壓下，導通電阻小，在最近十幾年成為了微波功率器件及電路領域的研究熱點。

常規(guī)工藝制作的algan/ganhemt均為耗盡型（閾值電壓vth＜0v）。因為要使用負的開啟電壓，耗盡型hemt比增強型（vth＞0v）hemt電路設計要復雜得多，這增加了hemt電路的成本。目前，主要解決algan/ganhemt的閾值電壓小于零的方法是采用刻蝕凹柵，刻蝕凹柵能降低柵極到溝道的距離從而提高柵極對于溝道的控制，能夠有效提高器件的閾值電壓。同時，凹柵刻蝕能夠提高器件跨導，提高algan/gan的高頻性能，減少由于柵長減短而引起的短溝道效應。

現(xiàn)有凹柵型algan/ganhemt器件的刻蝕工藝均存在等離子體對界面的損傷，在等離子刻蝕工藝中，采用cl2/ar氣體刻蝕的技術比較成熟，主要應用在臺面刻蝕，其刻蝕損傷限制了其在凹柵刻蝕時的應用。

部分學者提出采用cl2/ar/c2h4混合氣體刻蝕，通過引入小流量具有鈍化緩沖作用的c2h4降低離子物理轟擊作用，從而達到減小凹柵刻蝕表面粗糙度并降低刻蝕損傷的作用；也有部分學者提出采用bcl3/cl2/ar或在cl2/ar刻蝕后采用n2等離子體處理的方式修復由等離子體刻蝕帶來的元素失配；減少對其氯氣或碳的氟化物通常作為主刻蝕氣體。

然而通過俄歇電子能譜及x射線吸收譜等發(fā)現(xiàn)在純ar等離子體刻蝕條件下即會產(chǎn)生gan的n元素被選擇性刻蝕，從而形成ga面形成懸掛鍵，當暴露在空氣環(huán)境中時表面極易形成氧化形成ga-o鍵。因此ⅲ-ⅴ族化合物的刻蝕損傷主要源自于等離子體對于材料表面的物理轟擊。所以，急需研究出一種低損傷凹柵刻蝕工藝，以避免因柵槽刻蝕工藝導致的hemt器件電性和良率降低的問題。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種gan/algan柵槽低損傷刻蝕的方法，降低了鈍化層刻蝕粒子對gan/algan帽層材料的影響，即降低的柵槽刻蝕損傷，提高了hemt器件電性和良率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種gan/algan柵槽低損傷刻蝕的方法，包括如下步驟：

（1）在一半導體襯底上生長形成gan/algan多層外延材料層，所述gan/algan多層外延材料層包括緩沖層、位于緩沖層表面上的多層外延層、位于多層外延多層表面上的帽層，然后在gan/algan多層外延材料層的帽層表面上覆蓋一層刻蝕阻擋層；

（2）將所述刻蝕阻擋層的中間部分進行圖形化，使得刻蝕阻擋層中間部分對應的gan/algan多層外延材料層的帽層表面暴露出來，形成一個凹槽；刻蝕的位置為預設需要被暴露出來的部分；

（3）將暴露出來帽層的表面浸沒于刻蝕氣體中，刻蝕氣體中包含有hbr與he；

（4）將步驟（3）中所述的刻蝕氣體激發(fā)成等離子體，用于將刻蝕暴露出來的gan/algan多層外延材料層沿凹槽的寬度繼續(xù)刻蝕到指定深度，形成柵槽結(jié)構(gòu)。

步驟（3）中，gan/algan多層外延材料層的帽層表面浸沒于刻蝕氣體時，刻蝕氣體中：hbr流量為50～250sccm，he流量為50～500sccm。

步驟（3）中，刻蝕氣體中hbr與he的體積比為1：1~1：6。

步驟（4）中，將所述刻蝕氣體激發(fā)成等離子體時，反應室壓力為1～100mt，離子體源功率為300～700瓦，偏置電壓為100～400伏。

所述gan/algan多層外延材料層的緩沖層可以是未摻雜gan，也可以是輕摻雜gan。

所述gan/algan多層外延材料層的多層外延層和帽層是多層不同性質(zhì)的algan層。

在本發(fā)明實施過程中，gan/algan多層外延材料層依次形成的過程是：

在半導體襯底上形成未摻雜gan外延層；

在未摻雜gan外延層的上表面依次形成多層不同性質(zhì)的algan層；

在algan層上表面形成刻蝕阻擋層。

作為可選的技術方案，所述半導體襯底可以是si，藍寶石或sic。

作為可選的技術方案，所述刻蝕阻擋層的材料可以為氮化硅、光刻膠、金屬硬掩膜、介電質(zhì)硬掩膜或其它多層掩膜等。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明選取hbr作為刻蝕的主要化學反應氣體，并采用he進行物理轟擊，可以形成清潔、平整、陡直且無側(cè)壁損傷的gan/algan柵槽。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的實施步驟示意圖。

圖2為本發(fā)明在半導體襯底上生長了gan/algan多層外延材料層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明在gan/algan多層外延材料層表面覆蓋刻蝕阻擋層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明刻蝕形成凹槽的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明形成的柵槽結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明刻蝕得到結(jié)構(gòu)的截面示意圖。

其中，附圖標記如下：110為半導體襯底，121為gan/algan多層外延材料層中的未摻雜gan外延緩沖層；122為多層外延層中的未摻雜algan隔離層，123為多層外延層中的si摻雜algan層，124為未摻雜algan帽層，130為刻蝕阻擋層，210為凹槽，220柵槽；s110-s150為刻蝕的實施步驟。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的刻蝕gan/algan多層外延材料的方法具體實施方式做詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明具體實施方式的實施步驟示意圖，具體步驟如下：

步驟s110，提供半導體襯底，在一半導體襯底上生長形成gan/algan多層外延材料層，所述gan/algan多層外延材料層包括緩沖層、位于緩沖層表面上的多層外延層、位于多層外延多層表面上的帽層，然后在gan/algan多層外延材料層的帽層表面上覆蓋一層刻蝕阻擋層；

步驟s120，在所述gan/algan多層外延材料層的表面形成刻蝕阻擋層；

步驟s130，圖形化所述刻蝕阻擋層，使得刻蝕阻擋層的預定部分對應的gan/algan多層外延材料層的帽層表面暴露出來，形成一個凹槽；

步驟s140，將暴露出來帽層的表面浸沒于刻蝕氣體中，刻蝕氣體中包含有hbr與he；

步驟s150，將刻蝕氣體激發(fā)成等離子體，用于將刻蝕暴露出來的gan/algan多層外延材料層沿凹槽的寬度繼續(xù)刻蝕到指定深度，形成柵槽結(jié)構(gòu)。

如圖2-6所示，為本發(fā)明的工藝步驟中每一步的示意圖。其中，圖2為步驟s110之后的具體結(jié)構(gòu)示意圖。

提供一半導體襯底110，在該半導體襯底110上形成gan/algan多層外延材料層。所述半導體襯底110可以是si襯底或者藍寶石或sic襯底。

所述gan/algan多層外延材料層主要包括未摻雜gan外延層121，在未摻雜gan外延層121的上表面依次形成未摻雜algan隔離層122、si摻雜algan層123、未摻雜algan帽層124。

如圖3所示，參考步驟s120，在所述gan/algan多層外延材料層的表面覆蓋刻蝕阻擋層130。所述刻蝕阻擋層130的材料可以選用si3n4，其本身也可以做為hemt的鈍化層，所述刻蝕阻擋層130的材料也可以是光刻膠、金屬硬掩膜、介電質(zhì)硬掩膜或其它多層掩膜等本領域內(nèi)常見的用于進行刻蝕阻擋的材料。

如圖4所示，參考步驟s130，圖形化所述刻蝕阻擋層130，即在該刻蝕阻擋層上形成凹槽210，以使預設圖形的gan/algan多層外延材料層暴露出來。所述圖形化的刻蝕阻擋層可以采用本領域內(nèi)常見的光刻與刻蝕的方法。此步驟實施完畢后，于所述相gan/algan多層外延材料層的表面形成刻蝕阻擋圖形。

如圖5所示，參考步驟s140，采用等離子體刻蝕方法，使露出的gan/algan多層外延材料層的表面浸沒于含有hbr與he的混合氣氛形成的刻蝕氣體中繼續(xù)刻蝕。

參考步驟s150，將混合氣氛形成的刻蝕氣體激發(fā)成等離子體，以刻蝕露出的gan/algan多層外延材料層至指定深度形成柵槽220。

采用本發(fā)明上述步驟進行刻蝕后，得到的結(jié)構(gòu)如圖6所示。

上述等離子體刻蝕方法為本領域常見的方法，本實施例中采用hbr，所采用的工藝條件和參數(shù)可以是：反應室1～100mt（1mt=0.133pa）、等離子體激發(fā)的源功率為300～700瓦，偏置電壓為100～400伏。hbr流量為50～250sccm（1sccm=1毫升/分鐘），he流量為50～500sccm。hbr與he的體積比可以為1：1~1：6，本實施例中hbr與he大致為1：2。

在等離子體刻蝕過程中，以hbr為主的腐蝕性氣體參與gan/algan材料的刻蝕，與cl2或碳的氟化物刻蝕相比更溫和，而he的相對原子質(zhì)量遠小于ar，因此其物理轟擊損傷能夠得到極大的降低，實驗表明采用hbr作為主刻蝕氣體的程式獲得的刻蝕損傷最佳。

綜上所述，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。