元件成长和实验步骤.PDFVIP

第三章 元件成長和實驗步驟 3-1 元件結構 本實驗中，AlGaN/AlN/GaN高電子遷移率晶體管 （HEMT ）使用金 屬 -有機化學氣相沉積 （MOCVD ）生長在4-inch的 Si 基板上。磊 晶層包括一個 0.5μm的 AlN 、AlGaN ，一個為4μm的 GaN 緩衝層， 100μm的 GaN通道層，一個 20μm的 Al0.24Ga0.76N 阻擋層和一個 3μm的 GaN覆蓋層。霍爾量測顯示了該元件在室溫下的電子移動率 2 13 -2 為 902 cm /V-s和片電流濃度 2.35×10 cm 。圖 3-1 、圖 3-2包括蕭 特基閘極和金屬氧化層- -半導體(MOS)元件之AlGaN/GaN HEMT的 結構截面圖。 3-2 製造流程 為了形成此樣品，我們使用標準的微影製程與剝離技術 。而為 了保持晶圓的純淨 ，必須在每個製造步驟之間，在超音波震盪器中 用丙酮小心謹慎地清洗，再使用去離子水沖洗乾淨， 並且使用高純 度氮氣吹乾，以保持晶圓的清潔。圖 3-3顯示 AlGaN/GaN HEMTs 元件製程的主要三個步驟： (1) 高台絕緣 (2) 汲/源極歐姆接觸 (3)閘極蕭特基接觸 四個主要製造MOS AlGaN/GaN HEMTs的過程顯示於圖 3-4 ： (1) 高台絕緣 (2) 汲/源極歐姆接觸 (3)閘極蕭特基接觸 (4)閘極氧化沉積 3-2-1高台絕緣 高台絕緣的主要目的在於減少漏電流的產生，因此可以獲得較好 的夾止特性。首先，把樣本浸入鹽酸中，經過 5 分鐘的超聲波震動後， 由去離子水清洗，接著把樣本浸入丙酮於超音波震盪器清洗 5 分鐘， 然後再使用去離子水清洗剩餘的丙酮。丙酮可洗淨樣本表面的油汙。 這裡我們使用純鹽酸（HCl ），以消除表面的氧化和表面損傷。在清洗 完乾燥之後，塗上一層正光阻(FH6400L) ，旋轉速度和時間控制在每 分鐘8000轉，維持 12秒；接著再進行每分鐘旋轉速度為 8500轉， 持續25秒。樣本在溫度為 90℃軟烤箱內進行軟烤 30 分鐘，接著使 用光罩校準器 (OAI MODEL 3HR/IR)對樣本進行 25秒鐘的曝光，來 定義高台絕緣光阻圖案且把樣本侵入光阻顯影劑 35秒。我們使用熱 蒸鍍沉積厚度大約 100 nm的 Ni當作高台蝕刻光罩。最後使用丙酮去 除光阻及使用感應耦合式電漿反應離子蝕刻 (ICP-RIE)產生 Ar/Cl2 等 離子蝕刻反應來定義高台範圍。我們使用的蝕刻參數設定為30 sccm 的 Cl2 、10 sccm的 Ar 、ICP的功率為 700 W 、RIE的功率為 120 W和 環境壓力 3 mTorr 100秒。蝕刻速率大約 10nm/min 。蝕刻後，我們使 用硝酸來去除 Ni的硬光罩 。以下為高台絕緣的主要步驟: 2 1. 清理樣本 2. 旋轉塗佈 3.軟烤曝光前烘烤( ) 4.曝光 5.顯影 6. 蒸鍍 7. 掀起製成 8.乾式蝕刻 9. 去除Ni 3-2-2汲源極歐姆接觸 在超音波震盪器中使用丙酮清洗晶圓及用去離子水清洗去除剩餘的 丙酮，接著用鹽酸去除表面的氧化層及使用去離子水清洗剩餘的溶 劑。我們晶圓上塗佈正光阻(FH6400L) ，旋轉和時間分別控制在 8000rpm ，維持12秒、 8500rpm ，維持25秒，最後在 90℃下進行的 烘烤30 分鐘。之後使用標準微影技術形成汲極和源極電極圖案。在 蒸鍍前，金屬和蒸鍍用鎢舟必須用超音波震動器中分別加入丙酮和 鹽酸清洗 20 分鐘和5 分鐘後，用去離子水洗滌並用高純度氮氣吹 乾。 我們使用Ti/Al/Au合金當作歐姆接觸的金屬【 33】【34】【35】，且沉 積厚度 Ti(10nm)/ Al(100nm)/Au(100nm) ，Ti/Al層具有低的功函數， 在 Au層可以防止形成在表面上的 Al O 鋁的向外擴散，減少接觸電