绝缘材料广泛应用于不同材料之间的层间电隔离，高质量的绝缘膜制备是半导体工艺中很重要的工艺步驟。在AlGaN/GaN HEMT器件中，常用的绝缘层是SiO2和Si3N4。本文选用Si3N4材料。Si3N4材料不仅可以在器件中担当绝缘隔离的作用，还可以作为钝化层来抑制AlGaN/GaN HEMT器件的电流崩塌，在MIS-HEMT中还可以作为栅极下方介质层来减少栅极的反向漏电流。如果Si3N4材料缺陷较多，不仅会直接影响器件的击穿电压等性能，更会严重降低器件的可靠性，因此生长高质量的Si3N4材料至关重要。
我们采用等离子増强化学气相沉积(PECVD)的方法淀积Si3N4薄膜，所用设备为实验室的等离子体化学气相沉积台，型号为PECVD-801，使用的气体是SiH4和N2，与淀积SiO2相比，Si3N4受工艺参数的影响更加剧烈。
在PECVD生长工艺中，功率是其中一个重要的工艺参数。随着功率的升高，等离子体密度增加，离子团之间的反应加剧，淀积速率明显变快，但同时高能粒子轰击作用也越明显，容易对器件造成损伤，影响器件性能。适当降低功率可使得反应易于控制，制备的薄膜均匀致密，但功率过低，反应物电离不完全，也生长不出高质量的Si3N4薄膜，而且会造成反应物浪费。我们选用200W的射频功率，可以兼顾生长速率和薄膜质量。
随着反应温度升高，对沉积速率影响不大，但Si3N4薄膜的致密度明显増加，这是因为高湿增强了表面反应，减小了薄膜内的缺焰。同时，如果温度过高，也会给器件的性能带来不利的影响。综合考虑生长温度、生长速率以及Si3N4薄膜的质量，我们最终选用350℃作为PECVD淀积SiO2的温度。
生长压力是另外一个影响氧化硅薄膜生长质量的重要参数，压强升高，等离子密度増加，沉积速率提高，薄膜的均匀性变好。但过高的压强会使反应物反应不完全，形成颗巧，而过低的压强会使起辉变得困难。本文经过多次实验，得到了淀积耐腐蚀低应力的Si3N4薄膜的方法，淀积速率约为18nm/min，淀积的Si3N4薄膜在光学显微镜下的形貌如图1所示。
图1(a) 用PECVD淀积230nm厚Si3N4薄膜后的显微镜照片
(b)用PECVD淀积230nm厚Si3N4薄膜显微镜照片(高倍放大)
我们使用优化的工艺条件，利用实验室的图产PECVD设备生长了用于钝化层的Si3N4薄膜，制备出了性能良好的AlGaN/GaN HEMT器件。(b)用PECVD淀积230nm厚Si3N4薄膜显微镜照片(高倍放大)
2. 干法刻蚀工艺
干法刻蚀是制备AlGaN/GaN HEMT器件的基本工艺。在AlGaN/GaN HEMT器件的研制过程中，需要对AlGaN、GaN材料或者绝缘介质层进行刻蚀，以便形成器件的立体结构。干法刻蚀具有诸多优点，比如优良的各项异性，高选择刻蚀比以及良好的可控性和均匀性等。常混下大部分酸碱与AlGaN、GaN材料不发生化学反应，且湿法刻蚀可控性差，不适合在AlGaN/GaN HEMT器件制备工艺中应用。所以干法刻蚀通常是AlGaN/GaN HEMT器件研制工艺中的首选刻蚀方法。
我们采用电感等离子耦合(ICP)刻蚀机刻蚀AlGaN/GaN器件上淀积的Si3N4绝缘层。刻蚀常见材料所用的各反应气体如表1所示。影响ICP刻蚀效果的工艺参数很多，包括刻烛气体及流量、射频功率、反应压力等，另外反应室内的洁净程度对刻蚀结果也有显著的影响，这些因素在很多情况下是相互制约的，因此好的ICP刻蚀方案需要综合考虑各个因素，寻找最佳刻蚀条件。
表1 刻蚀常见材料所用的各反应气体
射频功率是影响刻蚀效果的重要因素，ICP设备的射频功率与刻蚀速率直接相关。当功率值较小时，随着射频功率的増大，气体的电离率和等离子体密度增大，等离子中起主要作用的中性基团和活性离子密度也增大，所以刻蚀速率明显增加；当射频功率大到一定程度时，电离率和等离子体密度趋于饱和，刻蚀速率也就不再明显増加；如果功率继续增大，离子轰击作用加强，等离子体的热运动将会起到主导作用，活性粒子间的碰撞増加，甚至会导致刻蚀速率下降。
反应压力主要影响离子的能量和离子对样品的撞击方向，同时也影响反应副产物的聚合。刻蚀反应物滞留在腔体内的时间正比于反应压力的大小，压力増大，反应物滞留的时间延长，化学刻蚀的机率提高，但也会因为聚合物的生成而影响刻蚀速率。另外，压力増大，刻蚀的物理作用会减弱，离子的方向性会变差，导致刻蚀的陡直度、均匀性等都变差。因此，ICP刻蚀一般选择较低的压力下工作，通常在几百mPa到几Pa之间。
为了简化工艺，我们采用光刻胶作为掩膜，刻蚀前通过坚膜(120℃，30min)强化了光刻胶。计算得到平均刻蚀速率约为1.99nm/s，样品刻蚀台面平整清洁，刻蚀效果较好。