基于AlN衬底的垂直器件制造技术

本申请公开基于AlN衬底的垂直器件，属于半导体器件技术领域，包括外延片和生长在外延片两端的第一钝化层、N欧姆接触层、阴极电极层和第二钝化层、肖特基层、P欧姆接触层和阳极电极层，外延片包括衬底层、缓冲层和外延层，其中外延层包括AlGaN层、U

【技术实现步骤摘要】
基于AlN衬底的垂直器件


[0001]本技术涉及半导体器件
，尤其涉及基于AlN衬底的垂直器件。

技术介绍

[0002]参考图1，为常规SBD功率器件的结构示意图，其中A为阳极电极层，C为阴极电极层，N为N欧姆接触层，P为P欧姆接触层。这种大多数的第三代半导体外延片为了生长更高质量的GaN外延材料，一般都会先在衬底Substrate上生长一层AlN，然而，由于AlN不导电的性能，导致芯片设计只能进行同侧电极制作，即芯片上的阳极和阴极位于同一侧面，极大的影响了芯片的电性能；同时，基于衬底形成的电阻和热阻，也极大的影响了器件整体的性能。
[0003]除此之外，基于PSJ的功率器件，也是由于芯片的阳极和阴极处于同一侧面的情况，直接影响到PSJ的长度，进而影响到器件的二维电子气的电性能。
[0004]第三，现有半导体器件大多以正装形式制造，在其封装的过程中需要进行单独的打线，以此来连接芯片上的各个电极和封装引脚，存在一定的虚焊的可能性。
[0005]第四，常规半导体芯片的散热性能较差，往往需要特殊的工作环境或者提供辅助的散热措施，其应用受到较大的限制，成本也较高。

技术实现思路

[0006]本技术的一个优势在于提供一种基于AlN衬底的垂直器件及其制造方法，其中垂直器件采用垂直封装的形式制造，原来同侧电极打线的情况改为了单侧打线、另一侧进行贴片的形式，极大的降低了封装焊线虚焊的可能性，简化了封装工艺，降低了封装金线的使用成本。
[0007]本技术的一个优势在于提供一种基于AlN衬底的垂直器件及其制造方法，其中器件采用垂直封装的形式制造，能够基于N欧姆接触层的大小来极大的提升PSJ的有效长度，大大增加二维电子气的总量，进而很好的提升器件的电性能。
[0008]本技术的一个优势在于提供一种基于AlN衬底的垂直器件及其制造方法，其中既可以通过阳极电极层与封装支架连接进行散热，也可以通过阴极电极层与封装支架连接进行散热，散热效果更好，同时封装更加灵活、方便。
[0009]本技术的一个优势在于提供一种基于AlN衬底的垂直器件及其制造方法，其中阴极电极层由衬底层的一侧引出至衬底层的外表面，不仅解决了常规衬底端不导电而不能制作垂直结构芯片的问题，提高了器件，尤其是大功率器件的电性能，还极大的削弱了衬底对于器件在电阻和热阻方面的影响，进一步提升了器件整体的性能。
[0010]为达到本技术以上至少一个优势，第一方面，本技术提供一种基于AlN衬底的垂直器件，包括外延片，其中所述外延片包括由第一端至第二端依次生长形成的衬底层、缓冲层和外延层，其中所述外延层包括由所述缓冲层依次生长的AlGaN层、U
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GaN层和P
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GaN层，所述垂直器件于所述外延片的所述第一端设置有第一钝化层、N欧姆接触层和阴极电极层，并于所述外延片的所述第二端设置有第二钝化层、肖特基层、P欧姆接触层和阳极
电极层；
[0011]其中所述第一钝化层和所述N欧姆接触层在所述外延片的一侧贯穿所述衬底层和所述缓冲层而延伸至所述外延层，所述N欧姆接触层的厚度小于所述第一钝化层的厚度，所述阴极电极层覆盖在所述衬底层、所述第一钝化层和所述N欧姆接触层的表面；
[0012]其中所述P
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GaN层靠近所述外延层的一侧，所述P欧姆接触层位于所述P
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GaN层远离所述缓冲层的表面，所述肖特基层在所述P
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GaN层所在的一侧贯穿所述外延层而延伸至所述缓冲层，并部分覆盖所述P欧姆接触层的表面，所述第二钝化层覆盖部分所述缓冲层、所述肖特基层、所述P欧姆接触层、所述P
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GaN层和所述U
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GaN层，所述阳极电极层在所述第二钝化层远离所述缓冲层的表面贯穿所述第二钝化层而延伸至所述肖特基层，并至少部分覆盖所述第二钝化层的表面。
[0013]根据本技术一实施例，所述阴极电极层覆盖在所述衬底层的表面的厚度为2um～10um。
[0014]根据本技术一实施例，所述阳极电极层覆盖在所述第二钝化层的表面的厚度为2um～10um。
[0015]根据本技术一实施例，所述第一钝化层在侧向的厚度为1um～3um。
[0016]根据本技术一实施例，所述第二钝化层覆盖在所述U
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GaN层的表面的厚度为1um～8um。
[0017]根据本技术一实施例，所述阳极电极层全部覆盖所述第二钝化层远离所述缓冲层的表面，或者在两侧均部分覆盖所述第二钝化层远离所述缓冲层的表面。
[0018]根据本技术一实施例，所述缓冲层包括由所述衬底层依次生长的AlN层和GaN层。
[0019]根据本技术一实施例，所述AlN层的厚度为20nm～30nm，所述GaN层的厚度为3um
[0020]第二方面，本技术还提供了一种制造前述基于AlN衬底的垂直器件的方法，依次包括所述垂直器件在所述外延片的第一端的制造方法和在所述外延片的第二端的制造方法，其中所述垂直器件在所述外延片的第一端的制造方法包括以下步骤：
[0021]S110，经研磨，减薄处理所述衬底层至预定厚度，利用正胶光刻工艺刻出所述第一钝化层和所述N欧姆接触层范围的图形，然后刻蚀所述衬底层，然后利用ICP刻蚀工艺刻蚀所述第一钝化层和所述N欧姆接触层图形中裸露出的所述缓冲层，去除光刻胶并清洗；
[0022]S120，制作PV层，利用正胶光刻工艺光刻出所述第一钝化层的图形，然后去除所述第一钝化层以外部分的PV层，然后去胶并清洗；
[0023]S130，用负性光刻胶通过光刻工艺刻出所述N欧姆接触层范围的图形，然后进行金属电极蒸发，然后进行金属剥离工艺制作出所述N欧姆接触层，最后进行RTA退火处理；
[0024]S140，制作所述负极电极层；
[0025]其中所述垂直器件在所述外延片的第二端的制造方法包括以下步骤：
[0026]S210，用正胶光刻工艺光刻出所述U
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GaN层和所述AlGaN层范围的图形，然后用ICP刻蚀工艺刻蚀出所述U
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GaN层和所述AlGaN层，去胶清洗；
[0027]S220，用正胶光刻工艺光刻出所述P
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GaN层范围的图形，然后用ICP刻蚀工艺刻蚀出所述P
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GaN层，去胶清洗；
[0028]S230，用正胶光刻工艺刻出所述P欧姆接触层范围的图形，然后用PVD工艺蒸发所述P欧姆接触层的金属电极，然后剥离、去胶清洗，然后进行RTA退火处理；
[0029]S240，用正胶光刻工艺刻出所述肖特基层范围的图形，然后用PVD工艺蒸发所述肖特基层的金属电极；
[0030]S250，沉积，或者蒸发，或者光刻制作所述第二钝化层；
[0031]S260，用正胶光刻工艺光刻出所述阳极电极层范围的图形，然后用PVD工艺蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于AlN衬底的垂直器件，包括外延片，其中所述外延片包括由第一端至第二端依次生长形成的衬底层、缓冲层和外延层，其中所述外延层包括由所述缓冲层依次生长的AlGaN层、U
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GaN层和P
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GaN层，其特征在于，所述垂直器件于所述外延片的所述第一端设置有第一钝化层、N欧姆接触层和阴极电极层，并于所述外延片的所述第二端设置有第二钝化层、肖特基层、P欧姆接触层和阳极电极层；其中所述第一钝化层和所述N欧姆接触层在所述外延片的一侧贯穿所述衬底层和所述缓冲层而延伸至所述外延层，所述N欧姆接触层的厚度小于所述第一钝化层的厚度，所述阴极电极层覆盖在所述衬底层、所述第一钝化层和所述N欧姆接触层的表面；其中所述P
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GaN层靠近所述外延层的一侧，所述P欧姆接触层位于所述P
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GaN层远离所述缓冲层的表面，所述肖特基层在所述P
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GaN层所在的一侧贯穿所述外延层而延伸至所述缓冲层，并部分覆盖所述P欧姆接触层的表面，所述第二钝化层覆盖部分所述缓冲层、所述肖特基层、所述P欧姆接触层、所述P
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GaN层和所述U
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【专利技术属性】
技术研发人员：王龙，
申请(专利权)人：远山新材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：