一种GaN基器件隔离的方法与流程

一种gan基器件隔离的方法
技术领域
1.本发明属于半导体器件制造技术领域，涉及一种gan基器件隔离的方法。


背景技术：

2.以gan为代表的iii族氮化物材料是直接带隙半导体，具有高击穿电场、高电子饱和迁移速度、抗辐照、耐高温等优势，在高效发光器件与电子器件领域应用广阔。其中，以algan/gan为代表的异质结构，由于氮化物强的极化效应再异质结界面处形成高电子迁移率、高浓度二维电子气(2deg)，基于该结构制备的高电子迁移率晶体管(hemts)具有大电流密度、高输出功率、高工作频率等优势，在高频以及大功率领域应用潜力巨大。
3.在制备hemts器件过程中，通常情况下，在同一个异质结材料上面会制备多个器件甚至对多个电路进行集成，为了避免器件之间的串扰及连通，需要将每个有源区进行隔离。
4.目前在algan/gan hemt的制备工艺中主要有两种隔离方式，一种为台面刻蚀方式，一种为离子注入方式。台面隔离通过刻蚀掉两个有源区之间algan/gan异质结实现器件隔离，台面刻蚀过程中，刻蚀工艺在台面边缘与底部产生的刻蚀损伤会形成漏电通道，影响器件可靠性。离子注入通过将h

离子、he

离子、n-离子、f

离子等离子注入到两个有源区之间的gan外延层实现器件隔离，高能离子注入样品带来晶格损伤以及界面态等问题，造成器件漏电问题。
5.所以，传统器件隔离工艺带来的缺陷会形成漏电通道，从而影响器件可靠性。


技术实现要素：

6.为了解决传统器件隔离工艺带来的缺陷会形成漏电通道，从而影响器件可靠性，本发明提供了一种gan基器件隔离的方法，通过本发明的方法制备器件隔离区域，隔离区域缺陷密度小，电阻高，漏电小，解决了传统器件隔离方法产生的缺陷造成器件可靠性下降的难题。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.一种gan基器件隔离的方法，所述方法包括以下步骤：
9.1)提供样品，在样品表面通过光刻露出需要做器件隔离的区域；
10.2)在步骤1)所述样品的表面蒸镀金属膜；
11.3)除需要做器件隔离区域覆盖的金属膜，去除其余金属膜；
12.4)通过激光脉冲照射步骤3)剩余的金属膜覆盖区域，以使得金属扩散进入样品并使样品重结晶，将金属并入样品晶格；
13.5)去除步骤4)残余的金属膜。
14.在本发明中，已有报道发现高能激光脉冲可对样品进行局域加热使其重结晶，使用高能激光通过激光脉冲融化(plm)可在ge衬底上合成单晶ge
1-x
sn
x
，合成比例可控，无非晶区域出现。gan基样品在高温下重结晶能够提高其结晶质量。根据扩散理论，原子从高浓度区域向低浓度区域扩散，高温加速其扩散速度。
15.作为本发明的一种优选方案，所述的金属膜为fe金属膜，所用的fe源纯度为99.999％。
16.作为本发明的一种优选方案，所述的金属膜的厚度为1-60nm。
17.作为本发明的一种优选方案，所述的金属膜的厚度为1-20nm。
18.作为本发明的一种优选方案，步骤2)中，蒸镀金属膜的方法包括电子束蒸发，热蒸发或磁控溅射。
19.作为本发明的一种优选方案，蒸镀金属膜的方法为电子束蒸发，工艺条件为：电子束压力为10-6
torr，蒸发速度0.5-3nm/min。
20.作为本发明的一种优选方案，步骤3)中，去除其余金属膜的方法为lift-off法。
21.作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，激光脉冲的波长为1030nm，脉冲宽度为0.13ps，平均功率30-70mw，激光重频2000hz，激光脉冲的照射角度为垂直射入。
22.作为本发明的一种优选方案，步骤4)中，样品重结晶过程中，金属的掺杂浓度为1
×
10
18
cm-3-1
×
10
20
cm-3
。
23.作为本发明的一种优选方案，步骤5)中，去除残余的金属膜的方法为酸洗。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25.1)本发明提出在gan hemt结构表面需要做器件隔离的区域蒸镀fe膜，采用脉冲激光加热fe膜覆盖区域，合理控制激光脉冲能量，加速fe扩散进入样品并使样品重结晶，从而将fe并入样品晶格。fe杂质在gan基材料中是深能级杂质，在需要隔离的区域掺杂fe可形成高阻态，从而实现器件隔离的目的。该方法通过高能激光脉冲使样品出现重结晶，在重结晶过程中引入fe杂质，能够减少隔离区域的缺陷密度。
26.2)fe掺杂氮化物能够增加氮化物电阻，当掺杂浓度达到10
19
cm-3
时，电阻可达109ω，采用局域掺杂fe的方式，能够提高氮化物局域电阻，实现器件隔离目的。
27.3)在样品表面需要做器件隔离的区域蒸镀fe膜，在样品与fe膜界面处，fe原子在浓度梯度控制下扩散进入氮化物内部。采用脉冲激光掺杂的方式，利用超快高能激光脉冲照射fe膜区域，在高能激光脉冲作用下，局域温度升高，热扩散加快，大量fe原子进入氮化镓样品，在样品重结晶的过程中并入氮化镓晶格，实现fe掺杂目的。在该过程中，fe原子通过热扩散方式进入氮化物样品，并入样品并未对其结晶质量产生破坏。同时，在激光脉冲照射区域局域温度升高，样品重结晶确保样品结晶质量。在该扩散过程中，fe在氮化物样品中扩散深度与浓度受热扩散温度控制，调节激光照射功率和脉冲数量可调控该温度，从而控制fe掺杂浓度。
28.4)通过本发明的方法制备的器件隔离区域，隔离区域缺陷密度小，电阻高，漏电小。解决了传统器件隔离方法产生的缺陷造成器件可靠性下降的难题。
附图说明
29.图1是本发明的流程图。
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的
实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.实施例
32.参见图1，本发明提供了一种gan基器件隔离的方法，包括以下步骤：
33.步骤1)：在样品表面通过光刻露出需要做器件隔离的区域；
34.步骤2)：在样品表面用电子束蒸发蒸镀一层fe金属膜，所用fe源纯度为99.999％，电子束压力为10-6
torr，蒸发速度0.5-3nm/min，fe金属膜厚度1-20nm；
35.步骤3)：lift-off工艺去掉多余fe金属膜，留下需要做器件隔离的区域覆盖fe金属膜；
36.步骤4)：激光脉冲照射fe金属膜，实验所用激光器波长为1030nm，脉冲宽度为0.13ps，平均功率30-70mw，激光重频2000hz；
37.高能激光脉冲使样品局域融化，fe元素通过扩散进入样品内部，样品重结晶过程中将fe并入晶格，达到掺杂目的浓度(1
×
10
18
cm-3-1
×
10
20
cm-3
)形成高阻区域，达到器件隔离目的；
38.步骤5)：用酸洗掉表面残余fe薄膜。
39.本发明通过高能激光脉冲使样品出现重结晶，合理调控脉冲能量，样品在重结晶过程中引入fe杂质，能够减少隔离区域的缺陷密度。
40.以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。