引言

寬帶隙GaN基高電子遷移率晶體管(HEMTs)和場效應晶體管(fet)能夠提供比傳統Si基高功率器件更高的擊穿電壓和電子遷移率。常關GaN非常需要HEMT來降低功率并簡化電路和系統架構，這是GaN HEMT技術的主要挑戰之一。凹進的AlGaN/GaN結構是實現常關操作的有用選擇之一。

由于對柵極電介質厚度、均勻性、質量和表面形態的高要求，凹槽蝕刻在GaN HEMT的制造中是非常關鍵的步驟。通過使用氯(Cl2)或三氯化硼(BCl3)等離子體的反應離子蝕刻(RIE)在AlGaN和GaN之間會產生高選擇性，同時，它們也會對AlGaN造成損傷，這會顯著影響均勻性、表面質量和形態。

實驗與討論

在這項工作中，英思特使用電感耦合等離子體(ICP)工具中的氧等離子體作為氧化劑。從上到下，Si上的外延層是2.5nm GaN蓋層、19nmAl0.25Ga0.75N阻擋層、0.8nmAlN間隔層和700nm本征GaN以及緩沖層。

我們將晶片分成五組，每組分別進行三到七次數字蝕刻循環。數字蝕刻的流程圖如圖1所示。

圖1：顯示外延結構的橫截面的示意圖

數字蝕刻是通過具有450W的ICP功率和40W的RF偏置功率的O2等離子體氧化AlGaN。英思特在75和40W下做了一系列測試，在濕法蝕刻步驟中，使用HCl溶液(去離子水∶HCl = 5∶1)中的90秒蝕刻。

通過原子力顯微鏡(AFM)測量AlGaN蝕刻深度。在每個樣品上，測量六個點的深度，并使用平均蝕刻深度。蝕刻深度測量誤差為1nm。在AFM測量之前，通過BOE溶液蝕刻掉硬掩膜和GaN覆蓋層的天然氧化物。

隨著AlGaN被更多的HCl溶液和氧等離子體轟擊蝕刻，蝕刻將持續進行。在第6次循環后，厚GaN層暴露于ICP中的氧氣，并被氧化成GaN3，其可以溶解在HCl溶液中。因此，在第6次循環后，蝕刻深度繼續增加。

圖2中比較了AlGaN/GaN樣品在3次和7次數字蝕刻工藝循環后的表面形態，其通過AFM在每個樣品的6個區域上測量，掃描面積為1×1μm2。隨著循環次數的增加，粗糙度略有下降。然而，第6個周期的均方根粗糙度略有增加。由于AlN的厚度非常薄(0.8nm)，該層的外延生長導致更高的AlN厚度不均勻性，并因此導致更高的Al2O3厚度不均勻性。

圖2：AFM圖像顯示

結論

英思特通過使用ICP蝕刻機研究了GaN上具有0.8nmAlN間隔物的Al0.25Ga0.75N的基于O2等離子體的數字蝕刻。在40W RF偏壓功率和40sccm氧氣流量下，Al0.25Ga0.75N的蝕刻深度為每周期5.7nm。0.8nmAlN間隔層充當AlGaN凹陷的蝕刻停止層。

在數字蝕刻循環后，表面粗糙度改善到0.330nm。與僅干法蝕刻的方法相比，這種技術造成的損傷更少。與采用濕法蝕刻方法的選擇性氧化相比，這種方法對外延生長的要求較低，并且節省了氧化工藝。AlN作為用于數字蝕刻的蝕刻停止層的存在保證了用于制備柵極凹陷HEMT的更好的凹陷控制。

江蘇英思特半導體科技有限公司主要從事濕法制程設備，晶圓清潔設備，RCA清洗機，KOH腐殖清洗機等設備的設計、生產和維護。

審核編輯 黃宇