基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法，该制备方法先在衬底中形成深沟槽并填充牺牲介质层，并在GaN基HEMT器件正面结构制作完成后减薄将深沟槽显露出来，去除牺牲介质层后，只需对外延层结构进行刻蚀就能形成引出源极金属的通孔结构，避免了后期衬底的背刻蚀，避免了刻蚀对器件的正面结构的损伤，从而有效提高器件的良率，节省生产设备及成本。本发明专利技术的制备方法可以优化工艺流程，减少背面工艺流程，降低制备工艺对设备兼容性的需求，同时可以有效避免后续深刻蚀工艺引起的器件损伤。的器件损伤。的器件损伤。

【技术实现步骤摘要】
基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体设计及制造领域，特别是涉及一种基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法。

技术介绍

[0002]随着5G时代的到来，通信领域对于高频、高功率射频器件的需求越来越强烈，GaN材料由于其独特的材料性能，在未来通信领域被寄予了厚望。由于GaN衬底的制造困难，GaN材料一般在Si/SiC衬底上外延生长形成，该外延结构的顶部可以通过在外延生长时掺入Al或In的组分变化，形成具有高电子迁移率的二维电子气结构，基于此结构来制造GaN基HEMT器件。
[0003]GaN基HEMT射频器件的源极通常需通过源极下面的通孔连接到器件背部，由背部金属与封装体连接，实现源极引出。该结构设计既可以降低器件的寄生参数，以提升器件的频率特性，也可以通过孔内的金属来提升器件的散热性能。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法，用于解决现有技术中GaN基HEMT器件在源极金属引出时的制备和设备成本较高且容易导致良率降低的问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法，所述制备方法包括步骤：1)提供一衬底，所述衬底包括相对的第一主面与第二主面，于所述衬底的第一主面中刻蚀出深沟槽，所述深沟槽与GaN基HEMT器件的源极对应设置；2)于所述深沟槽内填充牺牲介质层，并对所述牺牲介质层进行平坦化处理；3)于所述衬底的第一主面依次生长缓冲层、GaN异质层及AlGaN势垒层，以形成GaN基HEMT器件的外延层结构；4)于所述外延层结构上制备GaN基HEMT器件的正面结构，所述正面结构包括源极金属，且至少部分的所述源极金属被设置在所述深沟槽的上方；5)对所述衬底的第二主面进行减薄，显露出所述深沟槽；6)通过选择性蚀刻工艺去除所述深沟槽中的牺牲介质层；7)基于所述深沟槽刻蚀所述外延层结构，以形成自所述深沟槽至所述源极金属底部的通孔结构；8)于所述通孔结构及所述衬底的第二主面形成与所述源极金属连接的导电层，以完成GaN基HEMT器件的制备。
[0006]可选地，所述GaN基HEMT器件的正面结构包括源极金属、漏极金属及栅极金属，所述栅极金属位于所述源极金属与漏极金属之间，所述源极金属与漏极金属与所述AlGaN势垒层为欧姆接触，所述栅极金属用于控制所述GaN异质层与AlGaN势垒层所形成的二维电子气的密度。
[0007]可选地，所述衬底包括硅基衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底及蓝宝石衬底中的一种。
[0008]可选地，步骤1)通过光刻工艺及刻蚀工艺于所述衬底的第一主面中刻蚀出深沟
槽，其中，光刻工艺及刻蚀工艺所采用的掩膜层包括金属掩膜、介质层掩膜及光刻胶掩膜中的一种或几种的组合。
[0009]可选地，步骤1)在所述深沟槽刻蚀后，去除所述掩膜层，步骤2)对所述牺牲介质层进行平坦化处理时去除所述牺牲介质层以显露所述衬底表面，或使所述平坦化处理停止于所述牺牲介质层，以保留部分所述牺牲介质层。
[0010]可选地，步骤1)中所述掩膜层适于所述外延层结构的生长，在所述深沟槽刻蚀后保留部分所述掩膜层，步骤2)对所述牺牲介质层进行平坦化处理时去除所述牺牲介质层和保留部分的掩膜层以显露所述衬底表面，或使所述平坦化处理停止于所述掩膜层，以保留部分所述掩膜层。
[0011]可选地，所述牺牲介质层的材料包括二氧化硅、氮化硅、氮化铝及氧化铝中的一种或几种的组合。
[0012]可选地，步骤2)于所述深沟槽内填充的牺牲介质层为完全充满所述深沟槽或包含有孔洞在所述牺牲介质层的内部。
[0013]可选地，所述牺牲介质层适于所述外延层结构的生长，步骤2)对所述牺牲介质层进行平坦化处理后保留预设厚度的牺牲介质层，获得平坦的牺牲介质层表面，步骤3)在所述牺牲介质层表面形成所述外延层结构。
[0014]可选地，步骤6)通过选择性干法蚀刻工艺或选择性湿法刻蚀工艺去除所述深沟槽中的牺牲介质层。
[0015]可选地，步骤5)先通过临时键合工艺将所述衬底键合至支撑基底，然后对所述衬底的第二主面进行研磨减薄，显露出所述深沟槽。
[0016]可选地，步骤8)先通过溅射工艺于所述通孔结构的侧壁及所述衬底的表面形成种子层，然后采用电镀工艺于所述通孔结构的侧壁及所述衬底的表面形成导电层。
[0017]本专利技术还提供一种GaN基HEMT器件，所述GaN基HEMT器件包括：衬底，所述衬底中具有贯穿所述衬底的深沟槽；外延层结构，位于所述衬底上，所述外延层结构包括缓冲层、GaN异质层及AlGaN势垒层；GaN基HEMT器件的正面结构，所述正面结构包括源极金属，且至少部分的所述源极金属被设置在所述深沟槽的上方；通孔结构，所述通孔结构自所述深沟槽延伸至所述源极金属底部；导电层，形成于所述通孔结构内及所述衬底的第二主面，并与所述源极金属连接。
[0018]可选地，所述GaN基HEMT器件的正面结构包括源极金属、漏极金属及栅极金属，所述栅极金属位于所述源极金属与漏极金属之间，所述源极金属与漏极金属与所述AlGaN势垒层为欧姆接触，所述栅极金属与所述AlGaN势垒层为肖特基接触，所述栅极金属用于控制所述GaN异质层与AlGaN势垒层所形成的二维电子气的密度。
[0019]可选地，所述衬底包括硅基衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底及蓝宝石衬底中的一种。
[0020]可选地，还包括一种子层，所述种子层形成于所述通孔结构的侧壁及所述衬底的表面，所述导电层形成于所述种子层表面。
[0021]如上所述，本专利技术的基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法，具有以下有益效果：
[0022]本专利技术提出了一种基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法，先在衬底中形
成深沟槽并填充牺牲介质层，并在GaN基HEMT器件正面结构制作完成后减薄将深沟槽显露出来，去除牺牲介质层后，只需对外延层结构进行刻蚀就能形成引出源极金属的通孔结构，避免了后期衬底的背刻蚀，避免了刻蚀对器件的正面结构的损伤，从而有效提高器件的良率，节省生产设备及成本。
[0023]本专利技术的制备方法可以优化工艺流程，减少背面工艺流程，降低制备工艺对设备兼容性的需求，同时可以有效避免后续深刻蚀工艺引起的器件损伤。
附图说明
[0024]图1～图10显示为本专利技术实施例1的GaN基HEMT器件的制备方法各步骤所呈现的结构示意图，其中，图10显示为本专利技术实施例1的GaN基HEMT器件的结构示意图。
[0025]图11显示为本专利技术实施例2的GaN基HEMT器件的制备方法的示意图。
[0026]图12显示为本专利技术实施例3的GaN基HEMT器件的制备方法的示意图。
[0027]图13显示为本专利技术实施例4的GaN基HEMT器件的制备方法的示意图。
[0028]元件标号说明
[0029]10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：1)提供一衬底，所述衬底包括相对的第一主面与第二主面，于所述衬底的第一主面中刻蚀出深沟槽，所述深沟槽与GaN基HEMT器件的源极对应设置；2)于所述深沟槽内填充牺牲介质层，并对所述牺牲介质层进行平坦化处理；3)于所述衬底的第一主面依次生长缓冲层、GaN异质层及AlGaN势垒层，以形成GaN基HEMT器件的外延层结构；4)于所述外延层结构上制备GaN基HEMT器件的正面结构，所述正面结构包括源极金属，且至少部分的所述源极金属被设置在所述深沟槽的上方；5)对所述衬底的第二主面进行减薄，显露出所述深沟槽；6)通过选择性蚀刻工艺去除所述深沟槽中的牺牲介质层；7)基于所述深沟槽刻蚀所述外延层结构，以形成自所述深沟槽至所述源极金属底部的通孔结构；8)于所述通孔结构及所述衬底的第二主面形成与所述源极金属连接的导电层，以完成GaN基HEMT器件的制备。2.根据权利要求1所述的基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述GaN基HEMT器件的正面结构包括源极金属、漏极金属及栅极金属，所述栅极金属位于所述源极金属与漏极金属之间，所述源极金属与漏极金属与所述AlGaN势垒层为欧姆接触，所述栅极金属用于控制所述GaN异质层与AlGaN势垒层所形成的二维电子气的密度。3.根据权利要求1所述的基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述衬底包括硅基衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底及蓝宝石衬底中的一种。4.根据权利要求1所述的基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于：步骤1)通过光刻工艺及刻蚀工艺于所述衬底的第一主面中刻蚀出深沟槽，其中，光刻工艺及刻蚀工艺所采用的掩膜层包括金属掩膜、介质层掩膜及光刻胶掩膜中的一种或几种的组合。5.根据权利要求4所述的基于预通孔刻蚀的GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于：步骤1)在所述深沟槽刻蚀后，去除所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜北，
申请(专利权)人：上海新微半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：