一种带有刻蚀保护层的金刚石基氮化镓器件的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种带有刻蚀保护层的金刚石基氮化镓器件的制备方法，涉及半导体技术领域，通过上述方法获得了器件，该器件包括金刚石衬底、第一衬底、低温氮化镓成核层、氮化镓缓冲层、氮化镓沟道层、铝镓氮势垒层、漏电极、源电极、栅电极、介质层和保护层，本发明专利技术可以有效解决刻蚀氮化镓带来的损伤，还可以改善金刚石与氮化镓之间的应力问题。以提升氮化镓功率器件散热能力。件散热能力。件散热能力。

【技术实现步骤摘要】
一种带有刻蚀保护层的金刚石基氮化镓器件的制备方法


[0001]本专利技术属于半导体
，具体涉及一种带有刻蚀保护层的金刚石基氮化镓器件的制备方法及利用该方法获得的器件。

技术介绍

[0002]氮化镓半导体材料虽具有禁带宽度宽、临界击穿电场高、较高的电子饱和漂移速度、直接带隙半导体、较低的介电常数、抗高温耐辐射和良好的化学稳定性等多重优势，但是由于氮化镓材料具有较低的热导率，成为限制氮化镓技术发展的关键障碍。氮化镓功率器件一般采用硅材料作为外延衬底，而硅材料的低导热性已经成为制约氮化镓基功率器件应用与发展的关键障碍，尚未有有效的解决方法。
[0003]现有技术采用在刻蚀氮化镓材料并生长金刚石，会造成氮化镓材料的损伤影响氮化镓晶体管的性能，也有采用在金刚石上生长氮化镓材料来改善氮化镓的散热问题，会存在晶格应力带来的影响，难以有效地改善氮化镓的器件特性。

技术实现思路

[0004]为了有效地解决现有技术的上述问题，本专利技术提出了一种带有衬底保护层的金刚石基氮化镓的制备方案，可以有效解决刻蚀氮化镓带来的损伤，以及散热与应力的问题。以提高氮化镓功率器件散热能力。同时优化生长条件，改善多晶金刚石的结晶质量。
[0005]为实现上述目的，本专利技术的器件结构各层从下至上依次排布，包括金刚石衬底、第一衬底、氮化铝成核层、氮化镓缓冲层、氮化镓沟道层、铝镓氮势垒层、漏电极、源电极、栅电极、介质层和保护层。
[0006]本专利技术器件的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)在第一衬底上生长AlN成核层，厚度为1nm
‑
1um；
[0008](2)在氮化铝成核层上生长氮化镓缓冲层，厚度为10
‑
100um；
[0009](3)在氮化镓缓冲层上生长临时的保护层，对氮化镓材料形成保护，完成氮化镓材料的的制备；
[0010](4)在氮化镓材料的第一衬底背面抛光减薄处理，保留1um
‑
100um；
[0011](5)采用icp刻蚀方法对减薄的衬底背面刻蚀若干凹槽，凹槽深度为0.1um
‑
10um，凹槽的宽度为0.5
‑
1um；
[0012](6)在凹槽衬底上生长多晶金刚石，完成金刚石衬底氮化镓材料的制备,具体生长条件为：腔体压强100Torr，甲烷流量24sccm，氢气流量376sccm，多晶金刚石生长厚度为1um
‑
10um；
[0013](7)去除氮化镓材料的临时的保护层,在氮化镓材料上生长氮化镓沟道层，厚度为0.1um
‑
1um；
[0014](8)在氮化镓沟道层生长铝镓氮势垒层，厚度为10
‑
100nm；
[0015](9)采用等离子增强化学沉积方法在上述AlGaN/GaN异质结材料表面沉积一层
SiN
x
膜层作为介质层，厚度为200nm；
[0016](10)将上述材料进行有机清洗，清洗结束后采用光刻和刻蚀技术将AlGaN/GaN异质结两端的薄膜介质层祛除掉，其余地方保留光刻胶涂层，形成源电极、漏电极凹槽；
[0017](11)采用电子束蒸镀技术进行金属沉积，依次沉积钛、铝、镍和金四种金属，四层金属层的厚度分别为20nm、150nm、30nm和50nm，蒸镀结束后采用金属剥离设备将光刻胶上面的多层金属祛除掉，形成只有源极和漏极存在多层金属的图案；
[0018](12)将上述材料进行有机清洗，清洗结束后对上述材料进行退火处理，退火温度为800℃，退火时间为30s；
[0019](13)将上述材料进行有机清洗，采用光刻和刻蚀技术形成栅电极凹槽，采用电子束蒸镀技术进行金属沉积，依次沉积镍和金两种金属，厚度分别30nm、200nm，蒸镀结束后采用金属剥离设备将光刻胶上面的多层金属祛除掉，完成栅极电极制作；
[0020](14)材料用ALD在器件上面淀积介质层，厚度为100nm
‑
900nm。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：
[0022]该器件是一种GaN基的高电子迁移率晶体管功率器件，采用本方法制成的功率器件，其散热能力能得到有效提升，经过工艺的优化，AlGaN/GaN异质结的结晶质量也会有所改善，而且具备重复性好的特点。同时充分发挥了氮化镓HEMT器件具有高击穿电压、低导通电阻，适用于高压大功率电子器件应用。
附图说明
[0023]图1是第一衬底上生长氮化镓材料的示意图。
[0024]图2是第一衬底减薄刻蚀凹槽的示意图。
[0025]图3是生长金刚石的示意图。
[0026]图4为本专利技术的结构示意图。
[0027]其中：101金刚石衬底、102第一衬底、103氮化铝成核层、104氮化镓缓冲层、105氮化镓沟道层、106铝镓氮势垒层、107漏电极、108源电极、109栅电极、110介质层、111保护层。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本专利技术。
[0029]实施例1
[0030](1)在第一衬底102上生长AlN成核层，厚度为1nm
‑
1um；
[0031](2)在氮化铝成核层103上生长氮化镓缓冲层104，厚度为10
‑
100um；
[0032](3)在氮化镓缓冲层104上生长临时的保护层111，对氮化镓材料形成保护，完成氮化镓材料的的制备；
[0033](4)在氮化镓材料的第一衬底102背面抛光减薄处理，保留1um
‑
100um；
[0034](5)采用icp刻蚀方法对减薄的衬底背面刻蚀若干凹槽，凹槽深度为0.1um
‑
10um，凹槽的宽度为0.5
‑
1um；
[0035](6)在凹槽衬底上生长多晶金刚石，完成金刚石衬底101氮化镓材料的制备,具体生长条件为：腔体压强100Torr，甲烷流量24sccm，氢气流量376sccm，多晶金刚石生长厚度
为1um
‑
10um；
[0036](7)去除氮化镓材料的临时的保护层111,在氮化镓材料上生长氮化镓沟道层105，厚度为0.1um
‑
1um；
[0037](8)在氮化镓沟道层105生长铝镓氮势垒层106，厚度为10
‑
100nm；
[0038](9)采用等离子增强化学沉积方法在上述AlGaN/GaN异质结材料表面沉积一层SiNx膜层作为介质层110，厚度为200nm；
[0039](10)将上述材料进行有机清洗，清洗结束后采用光刻和刻蚀技术将AlGaN/GaN异质结两端的薄膜介质层110祛除掉，其余地方保留光刻胶涂层，形成源电极108、漏电极107凹槽；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有刻蚀保护层的金刚石基氮化镓器件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在第一衬底(102)上生长AlN成核层，厚度为1nm
‑
1um；(2)在氮化铝成核层(103)上生长氮化镓缓冲层，厚度为10
‑
100um；(3)在氮化镓缓冲层(104)上生长临时的保护层，对氮化镓材料形成保护，完成氮化镓材料的的制备；(4)在氮化镓材料的第一衬底背面抛光减薄处理，保留1um
‑
100um；(5)采用icp刻蚀方法对减薄的衬底背面刻蚀若干凹槽，凹槽深度为0.1um
‑
10um，凹槽的宽度为0.5
‑
1um；(6)在凹槽衬底上生长多晶金刚石，完成金刚石衬底(101)氮化镓材料的制备，具体生长条件为：腔体压强100Torr，甲烷流量24sccm，氢气流量376sccm，多晶金刚石生长厚度为1um
‑
10um；(7)去除氮化镓材料的临时的保护层(111),在氮化镓材料上生长氮化镓沟道层(105)，厚度为0.1um
‑
1um；(8)在氮化镓沟道层生长铝镓氮势垒层(106)，厚度为10
‑
100nm；(9)采用等离子增强化学沉积方法在上述AlGaN/GaN异质结材料表面沉积一层SiN
x
膜层作为介质层(110)，厚度为200nm；(10)将上述材料进行有机清洗，清洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：林长志，陈兴，王东，吴勇，黄永，陈瑶，李彦佐，邱慧嫣，谢雨峰，
申请(专利权)人：西安电子科技大学芜湖研究院，
类型：发明
国别省市：