[发明专利]基于垂直GaN器件形成栅极凹槽的工艺方法

说明书

本发明属于半导体器件制造领域，具体涉及一种基于垂直GaN器件形成栅极凹槽的工艺方法。本发明通过将垂直GaN器件置于MOCVD反应器中，对暴露在Hsubgt;2/subgt;、NHsubgt;3/subgt;和三甲基镓气氛下的垂直GaN器件进行刻蚀并实时修复，保证在刻蚀的过程中GaN会同步再生，且保持刻蚀速率大于再生速率，得到带有凹槽GaN晶圆片，再通过表面处理及p‑GaN层的再生长，最终形成栅极凹槽。本发明基于垂直GaN器件形成栅极凹槽的工艺方法简单可靠，成本较低，能够有效的解决传统干法刻蚀带来的损伤和杂质，可用于不同装置中不同用途的无损伤凹槽，并且不会在生长过程中由于放气、分层、扩散、熔化、层开裂等现在而引起其他问题。

技术领域

本发明属于半导体器件制造领域，具体涉及一种基于垂直GaN器件形成栅极凹槽的工艺方法。

背景技术

氮化镓(GaN)已知为一种性能优异的功率器件材料，具备低损耗，低导通阻抗，高频率等特性，并且具备小体积，低成本的优势，使其无论在功率器件或是LED等相关领域的发展，均备受关注。对于垂直型GaN功率器件，用来做栅极的凹槽通常采用等离子体刻蚀工艺，在凹槽的侧壁上形成金属-绝缘体-半导体的栅极，因此，绝缘体与电介质的界面至关重要，GaN层的任何杂质或损伤都将导致界面缺陷增加，造成电学性能异常，并引起栅极不稳定性和可靠性等问题。

对于等离子体刻蚀凹槽的工艺，等离子体中的原子，分子，离子和反应中性物通过物理和化学方式移除衬底表面的材料，这些高能离子、电子还有紫外线都能引起器件的损伤，需要对这种损伤进行修复，如公开号为CN115911192A的发明专利公开了一种修复外延层缺陷的方法，涉及半导体外延技术领域，包括以下步骤：在带缺陷的外延层上沉积第一金属薄层；退火处理，使第一金属薄层中的金属颗粒在外延层的缺陷处形成金属团聚物，并使第一金属薄层保持对外延层的非缺陷区域的覆盖形成缓冲层；等离子体轰击，使金属团聚物的金属颗粒与缺陷处紧密嵌合成一体，并且通过缓冲层将轰击能量间接传递到外延层的表面，使外延层的表面粗糙化；金属团聚物和缓冲层被等离子体轰击后在外延层的表面成型有第二金属薄层；采用化学药液去除外延层表面的所述第二金属薄层，此发明的方法通过修复外延层表面的缺陷，能有效地改善LED芯片的欧姆接触，提高芯片的出光效率，增强芯片的亮度性能。又如公开号为CN100373553C的发明专利，公开了一种因干法刻蚀受损伤的氮化镓基材料的回复方法，涉及一种氮化镓(GaN)基材料在干法刻蚀中受损伤的修复方法，将刻蚀受损的GaN基材料在高真空设备中热退火的同时通入等离子态氮处理，退火温度为用MBE(分子束外延)法生长氮化物外延层的典型生长温度(650～800℃)。真空度为用MBE法生长氮化物外延层的典型真空度(生长室背景压力约为10^-9torr，通入氮等离子体时压力为8*10^-5torr)。该方法不仅改善了晶体内部结晶质量，而且有利于去除沉积在材料表面的刻蚀产物，使表面的氮空位得到了补充，相当于在去除受损表面时重新生长了一个薄层的氮化物外延层，从而使受损GaN基材料的电学和光学特性得到回升。针对等离子体刻蚀带来的损伤进行修复是比较复杂的，而且这种损伤会导致器件的NBTI效应加剧，影响器件的可靠性，同时由于等离子体刻蚀工艺会带来额外的刻蚀杂质元素，进而对后续的外延生长造成不可逆的杂质污染，另外，对于垂直GaN器件而言，需要形成P型接触，P层被掩埋在结构中，因此在P层接触形成期间，需要形成刻蚀到P层的凹槽，该凹槽通常也通过等离子体刻蚀工艺处理，该等离子体刻蚀工艺容易破坏表面，使得难以形成良好朝向的P-GaN的欧姆接触。

因此，研发适宜的基于垂直GaN器件形成的无损伤无杂质的栅极凹槽的工艺方法，减少传统干法刻蚀带来的其他杂质、引入的界面异常导致的性能问题，避免后续刻蚀引入的器件损伤，对于实现低凹槽缺陷的垂直器件结构具有重要的意义。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种基于垂直GaN器件形成栅极凹槽的工艺方法，目的是解决传统干法刻蚀在垂直GaN器件上刻蚀栅极凹槽时，会引入其他杂质，造成界面异常和器件损伤，不利于后续外延生长，造成电学性能异常等技术问题。