半导体膜层的刻蚀方法及半导体工艺设备与流程

本发明涉及半导体器件制造领域，更具体地，涉及一种半导体膜层的刻蚀方法及半导体工艺设备。

背景技术：

1、常关型gan高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistors,hemts)器件，在材料结构上通常包括如图1所示的膜层结构：sio2掩膜层、tin欧姆接触层、p-gan帽层、algan功能层、本征gan层以及si或sic衬底层。为了保证后续器件性能，p-gan材料的上层金属材料通常选用tin作为导体材料，利用其致密的结构和孔隙，使得gan hemt常关器件能降低后续制程中金属互连导通电阻，以及避免金属原子扩散引入的原子钉扎问题，因此tin导通金属材料层对器件性能有着至关重要的影响。

2、传统gan hemt器件刻蚀通常采用分步刻蚀，分别刻蚀掩膜层、电极接触层、p-gan帽层并最终停止在algan层。但随着器件集成要求越来越高，芯片的尺寸越来越小，对应栅极线宽(cd)也越来越窄(通常在0.5um以下)，对应的刻蚀loading效应会愈加明显。为了保证整片的良率水平，常关型gan hemts器件会增加过刻比例来保证性能；其次，为了保证二维电子气的导通性能，需保证algan膜层的过刻量，故后续制程工艺中p-gan至algan的刻蚀过程，通常需要对algan高选择比的配方体系，对应的气体配方一般采用cl基或f基的混气体系，而此气体体系对tin侧壁材料会产生明显侧蚀，影响器件导通性能及接触电阻。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种半导体膜层的刻蚀方法及半导体工艺设备，实现在gan帽层和algan层界面刻蚀过程中避免电极接触层侧壁出现横向侧蚀。

2、为实现上述目的，本发明提出了一种半导体膜层的刻蚀方法，所述半导体膜层结构包括从下至上依次层叠的algan层、gan帽层和电极接触层；所述刻蚀方法包括：

3、刻蚀预设区域内的所述电极接触层，直至露出所述gan帽层，形成电极接触层图形；

4、刻蚀裸漏的所述gan帽层至设定深度；

5、采用原子层刻蚀工艺继续刻蚀剩余的所述gan帽层，直至刻蚀至所述algan层。

6、可选地，所述原子层刻蚀工艺包括：

7、气体吸附步：向工艺腔室内通入第一工艺气体，使所述第一工艺气体吸附在所述gan帽层的表层；

8、原子层反应步：继续向工艺腔室内通入所述第一工艺气体并加载上射频功率，使所述第一工艺气体与所述gan帽层的表层原子层反应，形成过渡层；

9、原子层刻蚀步：向工艺腔室内通入第二工艺气体，并依次加载上射频功率和下射频功率，以去除所述过渡层；

10、循环执行所述气体吸附步-所述原子层刻蚀步至设定次数，直至刻蚀至所述algan层。

11、可选地，所述原子层刻蚀工艺还包括：

12、在所述原子层反应步之后执行第一吹扫步：向工艺腔室内通入吹扫气体，以清除工艺腔室内残余的第一工艺气体和副产物；

13、在所述原子层刻蚀步之后执行第二吹扫步：向工艺腔室内通入吹扫气体，以清除工艺腔室内残余的刻蚀副产物。

14、可选地，所述第一工艺气体包括cl2、bcl3、hbr的至少其中之一。

15、可选地，所述第二工艺气体包括ar、n2、o2、kr、xe、ne的至少其中之一。

16、可选地，所述吹扫气体与所述第二工艺气体相同。

17、可选地，所述第一工艺气体包括cl2，所述气体吸附步采用的工艺参数包括：

18、cl2流量范围为：20sccm～200sccm；

19、腔室压力范围为：3mt～10m。

20、可选地，所述原子层反应步采用的工艺参数包括：

21、上射频功率功率范围为：50w～200w；

22、cl2流量范围为：20sccm～200sccm；

23、腔室压力范围为：3mt～10mt。

24、可选地，所述第二工艺气体包括ar，所述原子层刻蚀步采用的工艺参数包括：

25、ar流量范围为：20sccm～200sccm；

26、腔室压力范围为3mt～10mt；

27、上射频功率范围为50w～200w；

28、下射频功率范围为3w～15w。

29、可选地，所述吹扫气体包括ar，在所述第一吹扫步和所述第二吹扫步采用的工艺参数包括：

30、ar流量范围为：100sccm～1000sccm。

31、可选地，所述原子层刻蚀工艺采用的工艺参数还包括：

32、工艺温度范围为：-20℃～40℃。

33、可选地，所述设定深度为所述gan帽层厚度的1/2至2/3。

34、本发明还提出一种半导体工艺设备，包括工艺腔室、进气组件、上电极组件、下电极组件和控制器，所述控制器包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现以上所述的半导体膜层的刻蚀方法。

35、本发明的有益效果在于：

36、本发明的半导体膜层的刻蚀方法，针对半导体膜层结构，首先刻蚀预设区域内的电极接触层，直至露出gan帽层，形成电极接触层图形，然后刻蚀裸漏的gan帽层至设定深度，再采用原子层刻蚀工艺继续刻蚀剩余的gan帽层，直至刻蚀至所述algan层，本方法通过原子层刻蚀工艺对剩余部分的gan帽层刻蚀，可以在gan帽层-algan层界面刻蚀过程中避免电极接触层的侧壁出现横向侧蚀，从而提高器件良率。

37、本发明的系统具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。

1.一种半导体膜层的刻蚀方法，所述半导体膜层结构包括从下至上依次层叠的algan层、gan帽层和电极接触层；其特征在于，所述刻蚀方法包括：

2.根据权利要求1所述的半导体膜层的刻蚀方法，其特征在于，所述原子层刻蚀工艺包括：

3.根据权利要求2所述的半导体膜层的刻蚀方法，其特征在于，所述原子层刻蚀工艺还包括：

4.根据权利要求2所述的半导体膜层的刻蚀方法，其特征在于，所述第一工艺气体包括cl2、bcl3、hbr中的至少其中之一。

5.根据权利要求2所述的半导体膜层的刻蚀方法，其特征在于，所述第二工艺气体包括ar、n2、o2、kr、xe、ne中的至少其中之一。

6.根据权利要求3所述的半导体膜层的刻蚀方法，其特征在于，所述吹扫气体与所述第二工艺气体相同。

7.根据权利要求2所述的半导体膜层的刻蚀方法，其特征在于，所述第一工艺气体包括cl2，所述气体吸附步采用的工艺参数包括：

8.根据权利要求7所述的半导体膜层的刻蚀方法，其特征在于，所述原子层反应步采用的工艺参数包括：

9.根据权利要求2所述的半导体膜层的刻蚀方法，其特征在于，所述第二工艺气体包括ar，所述原子层刻蚀步采用的工艺参数包括：

10.根据权利要求3所述的半导体膜层的刻蚀方法，其特征在于，所述吹扫气体包括ar，在所述第一吹扫步和所述第二吹扫步采用的工艺参数包括：

11.根据权利要求7-10任一项所述的半导体膜层的刻蚀方法，其特征在于，所述原子层刻蚀工艺采用的工艺参数还包括：

12.根据权利要求1所述的半导体膜层的刻蚀方法，其特征在于，所述设定深度为所述gan帽层厚度的1/2至2/3。

13.一种半导体工艺设备，包括工艺腔室、进气组件、上电极组件、下电极组件和控制器，其特征在于，所述控制器包括至少一个处理器和至少一个存储器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-12中任一项所述的半导体膜层的刻蚀方法。