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  凹槽栅增强型AlGaN/GaN HFET器件关键工艺和基础工艺进行了详细讨论。在此基础上,可以整合出一套完整的凹槽栅增强型AlGaN/GaN HFET功率器件工艺流程。
 
  其中,源漏电极欧姆接触采用高性能欧姆接触工艺;栅凹槽刻蚀采用两步刻蚀法工艺。表1所示为凹槽栅增强型AlGaN/GaN HFET功率器件完整的工艺流程。
表1 凹槽栅增强型AlGaN/GaN HFET工艺流程
凹槽栅增强型AlGaN/GaN HFET工艺流程  
 
  1、标记。该步骤并非必要步骤,因源漏金属退火后出现尺寸增大的现象,为降低光刻难度,可选择首先在光刻后磁控溅射一层100nm厚的钨金属,经剥离后形成标记图形。
 
  2、源漏金属淀积。利用上道工艺形成的标记图形进行光刻对位,可选用电子束蒸发或磁控溅射Ti/Al/Ni/Au金属组合,淀积后进行剥离形成源漏金属。
 
  3、高温退火形成欧姆接触。使用快速退火炉进行纯氮气环境下的高温快速热退火形成欧姆接触。
 
  4、器件隔离。对于AlGaN/GaN功率器件而言,因器件需要工作在高耐压下,因此隔离工艺较为关键。本文主要采用台面隔离工艺,台面高度为300~400nm。
 
  5、淀积钝化层并开孔。本文主要采用PECVD淀积SiO2或ICPCVD慢速工艺淀积SiNx。两种钝化层均有较好的绝缘特性,同时可降低AlGaN层表面的表面态和表面陷阱。通过反应离子刻蚀机使用CF4和SF6等离子对栅凹槽处和源漏金属处钝化层进行开孔。以便于后续的栅槽刻蚀工艺和金属布线工艺。
 
  6、栅凹槽刻蚀。对凹槽栅增强型器件而言,栅凹槽刻蚀工艺会直接影响器件性能,因此十分重要。使用钝化层作为掩膜,两步刻蚀法工艺,精确控制刻蚀深度至凹槽区域2-DEG被完全耗尽。
 
  7、栅介质淀积。通过原子层淀积工艺,使用Al(CH3)3和去离子水作为Al源前驱体和O源前驱体,进行Al2O3介质层淀积。栅介质厚度为15~20nm,根据实验要求进行调整。
 
  8、栅金属淀积。可选用电子束蒸发或磁控溅射Ni/Au金属组合。Ni为肖特基金属,且粘附性较好;Au用以降低栅极电阻并防止Ni被氧化。
 
  9、金属布线。可选用电子束蒸发或磁控溅射Ti/Au金属组合。因Ni金属较脆,大面积淀积容易出现卷曲现象,故使用粘附性最好的Ti来做器件电极pad并完成器件外围布线。Au同样用以降低金属电阻并防止Ti被氧化。
 
  10、淀积钝化层并开孔。本次钝化主要是为完成器件栅极和源极的金属跨线,并对有源区进行有效保护。
 
  11、加厚金属淀积。功率器件一般需承载大电流,若不进行金属加厚,器件会在大电流下烧毁。加厚金属一般有电镀和电子束蒸发两种方法。电镀的优点是效率高,但厚度不易控制,并需要先溅射一层起镀层,进行两次光刻。电子束蒸发虽然效率略低(3µm需要2个小时),但厚度精确,只需一次光刻。本文实验选用电子束蒸发Ti(20nm)/Al(3000nm)/Au(20nm)。20nm的Ti用以增加金属粘附性,防止脱落;3000nmAl为加厚金属,因Al成本较低且电阻较低;20nm的Au目的是保护Al防止被氧化。
 
  12、后道工艺。主要包括后续的衬底减薄和划片封装。
 
  针对功率器件应用的实际需求,可对上述流程中具体工艺细节进行适当的调整。

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