在现代电子领域，氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）以其卓越的性能，正引领着下一代功率器件的发展方向。GaNHEMT的“诞生”是一个复杂而精密的制造过程，每一步都凝聚着半导体工艺的智慧。今天，就让我们深入了解GaNHEMT的完整工艺流程，一探究竟这些高性能器件是如何被制造出来的！

GaN HEMT的制造是一个多步骤的精细过程，通常涉及到光刻、刻蚀、薄膜沉积等关键工艺。以下是典型的GaN HEMT工艺流程：

1.1 初始衬底准备

GaN通常生长在各种衬底上，其中GaN-on-Si因其未来与硅基器件集成的可能性而备受关注，并且成本相对较低。初始衬底结构通常包括：硅衬底，在其上依次生长AlGaN/AlN层、含有多个中间层的GaN层、Al0.27Ga0.73N层，以及最顶部的GaN帽层。

1.2 台面隔离 (Mesa Isolation)

台面隔离是第一步，旨在定义器件的活动区域。这通过一系列光刻和干法刻蚀步骤实现，利用氯气和氩气对GaN进行刻蚀，形成独立的器件台面。

1.3 源/漏区刻蚀 (Source/Drain Etch)

接下来是源区和漏区的刻蚀。这一步同样通过光刻和干法刻蚀完成，为后续金属接触的形成做准备。

1.4 栅极凹陷 (Gate Recessing) 与氟等离子体处理

栅极凹陷旨在减薄AlGaN栅极区域。此外，通过氟等离子体处理，在栅极区域引入氟离子，也能帮助器件实现增强型特性。

1.5 钝化层沉积 (Passivation Deposition)

为了保护器件表面并提高器件性能，通常会沉积一层钝化层，例如通过原子层沉积（ALD）技术沉积25nm的Al2O3。

1.6 接触孔刻蚀 (Contact Cut Etch)

在钝化层上，需要刻蚀出接触孔，以便后续金属与半导体层形成电接触。

1.7 金属剥离 (Metal Lift-off)

最后一步是金属沉积和剥离。在源极、漏极和栅极区域沉积金属，并通过剥离工艺去除不需要的金属，留下器件所需的金属电极。需要注意的是，镍（Ni）在源极、漏极和栅极区域同时沉积。镍与GaN形成肖特基接触，这对于栅极是必需的，但对于源极和漏极则需要欧姆接触。

2. 工艺工具与成果展示

完成上述工艺步骤，一台GaNHEMT就初步“诞生”了。在整个制造过程中，需要用到各种精密的半导体设备，例如SCS手动旋涂机、Karl Suss MA-55光刻机、LAM 4600 Cl2 RIE刻蚀机（用于GaN刻蚀）、Trion Phantom III、Ultratech S200 ALD原子层沉积仪以及CHA电子束蒸发器等。

3. 挑战与未来展望

尽管GaN HEMT的制造工艺已经取得了显著进展，但在实际生产中仍面临一些挑战。例如，金属与半导体接触的形成，特别是源极和漏极的欧姆接触，是影响器件性能的关键因素。电学测试结果显示出显著的栅极漏电以及最小的栅极控制，尽管随着栅极电压的变化观察到了变化。未来的研究将需要探索替代的金属堆叠方案，以优化接触特性。

尽管如此，随着工艺技术的不断成熟和优化，GaN HEMT有望在更多领域发挥其卓越的性能优势，为我们带来更高效、更可靠的电子产品。让我们共同期待GaN HEMT在未来大放异彩！

来源：芯氮鎵速记

*声明：本文由作者原创。文章内容系作者个人观点，宽禁带半导体技术创新联盟转载仅为了传达一种不同的观点，不代表本联盟对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系我们。