加深对沟槽后修复工作的理解
2025/1/2 15:56:30 材料来源：ACT化合物半导体
深入研究在制造基于沟槽的GaN-on-GaN功率器件期间湿法刻蚀的影响
GaN-on-GaN功率器件以其高击穿电压、高电流能力和出色的动态性能而闻名，通常采用沟槽结构以提高性能。这些沟槽通常由感应耦合等离子体刻蚀定义，这也增加了漏电流，同时降低了沟道和阻断特性，因此通常采用四甲基氢氧化铵（TMAH）湿法刻蚀来恢复器件性能。但在这一各向异性刻蚀工艺中到底发生了什么？
中国浙江大学的一个团队声称，他们提供了对这一关键问题的最详细答案。
“在之前结果的基础上，我们的工作不仅探讨了角部形态与电场分布之间的关系，还深入研究了TMAH处理的各向异性，包括在a/m-平面侧壁上的沟槽结构和表面形态的差异，”团队发言人Yanjun Li说。她指出，以前的研究只关注了TMAH处理如何产生更平滑的沟槽底部角，从而提高了器件的击穿电压。
该团队通过感应耦合等离子体刻蚀，使用氯气和BCl3的混合物以及SiO2硬掩膜，制造了沟槽结构。在10 mTorr的腔室压力下，团队评估了在100 W和20 W的射频功率、150 W和250 W的感应耦合等离子体功率、300 V、200 V和95 V的直流偏置条件下，以及使用和不使用TMAH处理的影响。
扫描电子显微镜揭示了一些样品中微沟槽的存在，这些微沟槽是由偏转的离子轰击侧壁底部引起的。这些微沟槽可能导致垂直GaN功率器件中显著的电场集中，但可以通过低直流偏置来避免，通过增加感应耦合等离子体功率和降低射频功率来实现。
Li及其同事通过在85°C下用25%浓度的TMAH进行湿刻蚀1小时，细化了沟槽的轮廓。用扫描电子显微镜检查这些沟槽表明，所有侧壁在刻蚀后都变得更加垂直。然而，a-平面有锋利的底部角，而m-平面侧壁有一个圆形的底部角。根据Li的说法，模拟和实验结果表明，这种各向异性抑制了沿m-平面侧壁的电场集中，与a-平面侧壁形成对比。“这突出了在设计和制造垂直GaN功率器件时注意晶体取向的必要性。”
TMAH处理引入的各向异性扩展到侧壁表面形态。这个湿法刻蚀步骤并没有改善感应耦合等离子体在a-平面侧壁上产生的条纹状、粗糙表面，但TMAH处理导致m-平面侧壁明显更平滑。
“通常，更平滑的表面有利于减少沟道中载流子的散射，从而提高器件的导电特性，”Li指出。
为了评估沟槽后处理对反向阻断特性的影响，Li及其同事生产了具有12微米厚n型GaN漂移层的沟槽MOS阻挡肖特基整流器。对于这些器件，具有2.2微米深的沟槽、5微米宽的台面和3微米宽的沟槽，电学测量突出了TMAH处理的好处。这种湿法刻蚀减少了漏电流，特别是沿m-平面（见图）。
团队的额外工作涉及制造金属-氧化物-半导体电容器，用于确定台面、沟槽底部和侧壁的电容和界面态密度。
“对于垂直GaN功率晶体管，刻蚀侧壁的界面态密度至关重要，因为侧壁通常用作沟道区域，”Li说。
该团队现在计划将其沟槽后修复工艺应用于垂直GaN沟槽MOSFET，其中沟槽侧壁表面作为栅极通道。
参考文献
Y. Li等人，Appl. Phys. Lett. 124 092103 (2024)
△ 湿法刻蚀抑制了沟槽MOS阻挡肖特基整流器中的反向偏置漏电流。
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