SiC衬底AlGaN/GaN HEMT的ICP通孔刻蚀

利用ICP对研制的SiC衬底上AlGaN/GaN HEMT刻蚀获得了深度为50μm的接地通孔.器件通孔制作前首先用机械研磨的方法将衬底减薄至50μm,在背面蒸发Ti/Ni并电镀Ni至3μm作为刻蚀阻挡层;之后利用SF6/O2混合气体的电感耦合等离子体对SiC衬底进行了刻蚀;最后将Cl2和BCl3混合气体的ICP刻蚀技术运用于AlGaN/GaN外延材料的刻蚀,完成了深度为50μm的AlGaN/GaN HEMT通孔制作,通孔侧壁具有一定的斜率,适合良好的金属覆盖以形成器件正面和背面的连接.这一技术非常适合AlGaN/GaN HEMT及其单片集成电路的研制.     

SiC ICP背面通孔刻蚀研究

介绍了利用ICP设备,使用SF6基气体对4H-SiC衬底进行背面通孔刻蚀的技术。研究了金属刻蚀掩模、刻蚀气体中O2含量的变化、反应室压力、RF功率和ICP功率等各种条件对刻蚀结果产生的影响,重点对刻蚀气体中O2含量和反应室压力两个条件进行了优化。通过对刻蚀结果的分析,得出了适合当前实际工艺的优化条件,实现了厚度为100μm、直径为70μm的SiC衬底GaN HEMT和单片电路的背面通孔刻蚀,刻蚀速率达700nm/min,SiC和金属刻蚀选择比达到60∶1。通过对工艺条件的优化,刻蚀出倾角为75°～90°的通孔。     

ICP刻蚀GaN侧壁倾角以及刻蚀速率的控制

深入研究了Cl2基气体电感耦合等离子体(ICP)刻蚀系统对于GaN材料侧壁倾角的控制以及刻蚀速率的影响。通过调整ICP离子源功率、射频功率、气体流量、腔室压力等参数,经实验验证,实现了从23°～83°侧壁倾角的大范围工艺控制,为GaN基器件工艺提供了有益指导。     

SF6/O2气氛中SiC ICP刻蚀的微沟槽效应

本文采用SF6 + O2作为刻蚀气体,对单晶6H-SiC 材料的感应耦合等离子体( ICP) 刻蚀工艺进行了研究。着重分析了ICP 功率、偏置电压、气体混合比等工艺参数对微沟槽效应的影响。结果表明,O2的加入对于微沟槽的形成起到了极其重要的作用,微沟槽是加入氧气后形成的SiFxOy中间层的充电造成的。ICP功率与偏置电压的增大会增强微沟槽效应,进一步促进微沟槽的形成,另外入射离子的角度分布也会影响微沟槽的形成.     

SiC衬底上高性能AlGaN/GaN HEMT结构材料的研制

用金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)在半绝缘4H-和6H-SiC衬底上研制出了高性能的具有国内领先和国际先进水平的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)材料,室温二维电子气迁移率和浓度分别为2215cm2/(V·s)和1.044×1013cm-2;50mm外延片平均方块电阻不高于253.7Ω/□,方块电阻不均匀性小于2.02%;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有较高的晶体质量和表面质量.用以上材料研制出了1mm栅宽AlGaN/GaN HEMT功率器件,8GHz连续波输入下器件的输出功率密度为8.25W/mm,功率附加效率为39.4%;对研制的器件进行了可靠性测试,器件连续工作半小时后,输出功率只下降了0.1dBm,表明所研制的器件具备了一定的可靠性.     

氧等离子体表面处理对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触的影响

采用电感耦合等离子体(ICP)刻蚀系统,研究了氧等离子体表面处理对AlGaN/GaN HEMT欧姆接触电阻的影响。利用能量色散X射线光谱仪、光致发光谱和原子力显微镜以及电学测试设备对处理前后样品进行表征分析。结果表明,在最佳的氧等离子体处理条件(ICP功率250 W,射频功率60 W,压强0.8 Pa,氧气流量30 cm³/min,时间5 min)下,欧姆接触电阻为0.41Ω·mm,比参照样品接触电阻降低了约69%。分析认为经过氧等离子体处理后,在近表面处产生了一定数量的N空位缺陷,这些N空位表现为浅能级施主掺杂,有利于欧姆接触的形成。通过采用氧等离子体表面处理工艺制备的AlGaN/GaN HEMT,在+2 V的栅极偏压下获得了0.77 A/mm的最大漏极饱和电流。     

SiC衬底上高性能AlGaN/GaN HEMT结构材料的研制

用金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)在半绝缘4H-和6H-SiC衬底上研制出了高性能的具有国内领先和国际先进水平的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)材料,室温二维电子气迁移率和浓度分别为2215cm2/(V·s)和1.044×1013cm-2;50mm外延片平均方块电阻不高于253.7Ω/□,方块电阻不均匀性小于2.02%;三晶X射线衍射和原子力显微镜分析表明该材料具有较高的晶体质量和表面质量.用以上材料研制出了1mm栅宽AlGaN/GaN HEMT功率器件,8GHz连续波输入下器件的输出功率密度为8.25W/mm,功率附加效率为39.4%;对研制的器件进行了可靠性测试,器件连续工作半小时后,输出功率只下降了0.1dBm,表明所研制的器件具备了一定的可靠性.     

碳化硅ICP刻蚀的掩膜材料北大核心

SiC材料由于具有非常强的化学稳定性与机械硬度,不能用酸或碱性溶液对其进行腐蚀,在MEMS制备工艺中,通常采用干法刻蚀来制备SiC结构。针对干法刻蚀中遇到的问题,比较了光刻胶、Al和Ni等多种掩膜材料对SiC刻蚀的影响以及SiC与掩膜材料的选择比。实验证明,光刻胶作为掩膜,与SiC的选择比约为1.67,并且得到的台阶垂直度较差。Al与SiC的选择比约为7,但是致密性差,并且有微掩膜效应。金属Ni与SiC的选择比约为20,并且得到的台阶比较垂直且刻蚀形貌良好。最后,使用Ni作为掩膜材料对SiC压阻式加速度传感器的背腔和压敏电阻进行了电感耦合等离子体(ICP)刻蚀。     

等离子体刻蚀凹栅槽影响AlGaN/GaN HEMT栅电流的机理

对等离子体干法刻蚀形成的凹栅槽结构AlGaN/GaN HEMTs肖特基电流增加的机理进行了研究.实验表明,凹栅槽结构AIGaN/GaN HEMTs肖特基栅电流增加一个数量级以上,击穿电压有一定程度的下降.利用AFM和XPS的方法分析AlGaN表面,等离子体干法刻蚀增加了AlGaN表面粗糙度,甚至出现部分尖峰状突起,增大了栅金属与AlGaN的接触面积;另一方面,等离子体轰击使AlGaN表面出现一定量的N空位,相当于栅金属与AlGaN接触界面处出现n型掺杂层,使肖特基结的隧道效应加强,降低了肖特基势垒.由此表明,AlGaN表面粗糙度的增加以及一定量的N空位出现是引起栅电流急剧增大的根本原因.     

等离子体刻蚀凹栅槽影响AlGaN/GaN HEMT栅电流的机理

对等离子体干法刻蚀形成的凹栅槽结构AlGaN/GaN HEMTs肖特基电流增加的机理进行了研究.实验表明,凹栅槽结构AIGaN/GaN HEMTs肖特基栅电流增加一个数量级以上,击穿电压有一定程度的下降.利用AFM和XPS的方法分析AlGaN表面,等离子体干法刻蚀增加了AlGaN表面粗糙度,甚至出现部分尖峰状突起,增大了栅金属与AlGaN的接触面积;另一方面,等离子体轰击使AlGaN表面出现一定量的N空位,相当于栅金属与AlGaN接触界面处出现n型掺杂层,使肖特基结的隧道效应加强,降低了肖特基势垒.由此表明,AlGaN表面粗糙度的增加以及一定量的N空位出现是引起栅电流急剧增大的根本原因.     

GaN电感耦合等离子体刻蚀的优化和损伤分析

通过分别改变电感耦合等离子体(ICP)刻蚀过程中的ICP功率和DC偏压,对ICP刻蚀GaN材料的工艺条件和损伤情况进行了系统的研究。刻蚀后表面的损伤和形貌通过扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、电子能谱(EDS)、荧光光谱(PL)等技术进行表征和分析。实验结果表明,刻蚀速率随ICP功率和DC偏压的增加而增加;刻蚀损伤与DC偏压成正比,而与ICP功率的关系较为复杂。实验中观测到刻蚀后GaN样品的荧光光谱带边发射峰和黄带发射峰的强度均有明显下降,这意味着刻蚀产生的缺陷中存在非辐射复合中心,并且该非辐射复合中心的密度与DC偏压成正比。为了兼顾高刻蚀速率和低刻蚀损伤,建议使用高ICP功率(450 W)和低DC偏压(300 V)进行ICP刻蚀。     

Cl2基气体感应耦合等离子体刻蚀GaN的工艺

采用Cl2/He对GaN基片进行感应耦合等离子体刻蚀,并比较了相同条件下使用Cl2/He,Cl2/Ar对GaN基片进行刻蚀的优劣.实验中通过改变ICP功率、直流自偏压、气体总流量和气体组分等方式,讨论了这些因素对刻蚀速率和刻蚀后表面粗糙度的影响.实验结果表明,用Cl2/He气体刻蚀GaN材料可以获得较高的刻蚀速率,最高可达420nm/min.同时刻蚀后GaN材料的表面形貌也较为平整,均方根粗糙度(RMS)可达1nm以下.SEM图像显示刻蚀后表面光洁,刻蚀端面陡直.最后比较了相同条件下使用Cl2/He,Cl2/Ar刻蚀GaN基片的刻蚀速率、表面形貌,以及制作n型电极后的比接触电阻.     

Cl2基气体感应耦合等离子体刻蚀GaN的工艺

采用Cl2/He对GaN基片进行感应耦合等离子体刻蚀,并比较了相同条件下使用Cl2/He,Cl2/Ar对GaN基片进行刻蚀的优劣.实验中通过改变ICP功率、直流自偏压、气体总流量和气体组分等方式,讨论了这些因素对刻蚀速率和刻蚀后表面粗糙度的影响.实验结果表明,用Cl2/He气体刻蚀GaN材料可以获得较高的刻蚀速率,最高可达420nm/min.同时刻蚀后GaN材料的表面形貌也较为平整,均方根粗糙度(RMS)可达1nm以下.SEM图像显示刻蚀后表面光洁,刻蚀端面陡直.最后比较了相同条件下使用Cl2/He,Cl2/Ar刻蚀GaN基片的刻蚀速率、表面形貌,以及制作n型电极后的比接触电阻.     

Comparison of laser-wavelength operation for drilling of via holes in AlGaN/GaN HEMTs on SiC substrates

By using a frequency-tripled Nd:YVO₄ laser source (355 nm) for drilling through-wafer via holes in SiC substrates, we can reduce the surface contamination and achieve better smoothness inside the via holes compared to use of the more common 1064-nm Nd:YVO₄ laser. The sheet and contact resistance of AlGaN/GaN HEMT layers grown on SiC substrates were similar after formation of vias by 355-nm laser drilling to those of the undrilled reference sample. By sharp contrast, 1064-nm laser drilling produces significant redeposition of ablated material around the via and degrades the electrical properties of the HEMT layers.     

ICP刻蚀技术在808 nm激光器中的应用

主要研究了GaAlAs/GaAs多层结构波导的ICP(inductiveIy coupled plasma)刻蚀,评述了使用PECVD制作的SiO2做掩膜的优点,分析了气体选择比对侧向钻蚀控制的影响,并初步分析了刻蚀损伤.比较了不同工艺参数对于刻蚀图形的影响,包括刻蚀侧壁角度,刻蚀表面平整度,选择比,侧向钻蚀等几个方面,并对ICP刻蚀对激光器性能的影响.通过对刻蚀图形的控制,使2 in.芯片内均匀性<±5%,侧壁角达到79°-81°,最后给出了经干法与湿法刻蚀后,器件的一些性能参数.     

Cl2/Ar感应耦合等离子体刻蚀Si工艺研究

采用Cl2/Ar感应耦合等离子体（ICP）对单晶硅进行了刻蚀,工艺中用光刻胶作掩膜。研究了气体组分、ICP功率和RF功率等工艺参数对硅刻蚀速率和硅与光刻胶刻蚀选择比的影响,同时还研究了不同工艺条件对侧壁形貌的影响。结果表明,由于物理刻蚀机制和化学刻蚀机制的相对强度受到混合气体中Cl2和Ar比例的影响,硅刻蚀速率随着Ar组分的增加而降低,同时选择比也随之降低。硅刻蚀速率随着ICP功率的增大先增大继而减小,选择比则成上升趋势。硅刻蚀速率和选择比均随RF功率的增大单调增大。在Cl2/Ar混合气体的刻蚀过程中,离子辅助溅射是决定硅刻蚀效果的重要因素。同时,文中还研究分析了刻蚀工艺对于微槽效应和刻蚀侧壁形貌的影响,结果表明,通过提高ICP功率可以有效减小微槽和平滑侧壁。进一步研究了SiO2掩膜下,压强改变对于硅刻蚀形貌的影响,发现通过降低压强,可以明显地抑制杂草的产生。