常关型高电子迁移率晶体管的制造方法技术

本发明专利技术公开一种常关型高电子迁移率晶体管的制造方法，包括：在衬底上依次外延生长功能层、沟道层、异质结层、盖帽层和钝化层；衬底背面通过再生长硅单晶层；在衬底上一个指定区域形成贯穿衬底的通孔及在衬底的正面和背面分别沉积电极和电介质层。本发明专利技术通过在硅上外延生长GaN/AlGaN结构形成高电子迁移率晶体管，并在硅衬底背面形成MOS器件，通过级联的方式制备出了常关型高电子迁移率晶体管的方案，可有效避免栅电流衰减和开启电压低的问题。可有效避免栅电流衰减和开启电压低的问题。可有效避免栅电流衰减和开启电压低的问题。

【技术实现步骤摘要】
常关型高电子迁移率晶体管的制造方法


[0001]本专利技术涉及晶体管
，尤其涉及一种常关型高电子迁移率晶体管的制造方法。

技术介绍

[0002]硅基氮化镓高电子迁移率晶体管利用纤锌矿结构的氮化物材料本身的强压电极化效应可以使AlGaN/GaN异质结构中二维电子气(2DEG)面密度高达10
13
cm
‑2量级，同时保持迁移率在2000cm2/V
·
s以上，基于这些原因，使用AlGaN/GaN异质结构的高电子迁移率晶体管具有优良的输入、输出特性，并且其导通电阻在同等耐压下明显低于硅器件和碳化硅器件，非常适合电源电路的开关器件。然而电源电路的开关器件需要的器件为常关型，一般的高电子迁移率晶体管为常开型，为了实现常关型高电子迁移率晶体管，有多种方式，包括离子注入，刻蚀栅等方式，但是这些方法或者会增加器件导通电阻，降低器件性能，或者栅极电压比较低，为电路应用造成了限制。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种常关型高电子迁移率晶体管的制造方法，使用背面硅MOS器件级联的方式制备的常关型高电子迁移率晶体管的方案，可有效避免栅电流衰减和开启电压低的问题。
[0004]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0005]一种常关型高电子迁移率晶体管的制造方法，包括如下步骤：
[0006](1)在P型(111)晶向硅衬底上依次外延生长功能层、沟道层、异质结层、盖帽层和钝化层；
[0007](2)衬底背面通过再生长厚度为1nm～1000nm的P型(111)晶向硅单晶层；
[0008](3)在衬底上一个指定区域形成贯穿衬底的通孔；
[0009](4)在衬底背面外延层的一个指定区域进行选区掺杂并在300℃～500℃对衬底进行热处理；
[0010](5)对衬底背面进行清洗并在衬底背面外延层上另一个指定区域沉积氧化膜；
[0011](6)对衬底背面进行清洗，在步骤(5)所述氧化膜上沉积电极并在200℃～500℃进行热处理；
[0012](7)在衬底背面整面沉积电介质层；
[0013](8)在衬底正面的外延层上的一个指定区域进行刻蚀；
[0014](9)在步骤(8)所述刻蚀区域内沉积金属电极并在400℃～500℃进行热处理；
[0015](10)在衬底正面的另一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；
[0016](11)对衬底正面进行清洗并在步骤(10)所述的凹槽内沉积电介质层；
[0017](12)在步骤(11)所述衬底正面的电介质层上沉积金属电极并在350℃～550℃进行热处理；
[0018](13)在衬底正面整面沉积的电介质层；
[0019](14)在步骤(13)所述衬底正面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；
[0020](15)在步骤(14)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理；
[0021](16)在衬底正面整面沉积电介质层；
[0022](17)在步骤(16)所述衬底正面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；
[0023](18)在步骤(17)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理；
[0024](19)在衬底正面整面沉积电介质层；
[0025](20)在步骤(7)所述衬底背面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；
[0026](21)在步骤(20)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理；
[0027](22)在衬底背面整面沉积电介质层；
[0028](23)在步骤(22)所述衬底背面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；
[0029](24)在步骤(23)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理；
[0030](25)在衬底背面整面沉积电介质层；
[0031](26)在步骤(25)所述衬底背面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；
[0032](27)在步骤(26)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理；
[0033](28)在衬底背面整面沉积电介质层；
[0034](29)在步骤(19)所述衬底正面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；
[0035](30)在步骤(29)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理。
[0036]进一步地，所述步骤(1)中：P型(111)晶向硅衬底的厚度为100μm～1000μm；功能层为低温AlN缓冲层材料或低温GaN缓冲层材料，厚度为1nm～1000nm；沟道层为非掺杂GaN材料，厚度为100nm～5000nm；异质结层为AlGaN，Al组分与Ga组分配比为0.01～0.55之间，厚度为1nm～1000nm；盖帽层为非掺杂GaN层，厚度为1nm～100nm；钝化层为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，厚度为1nm～1000nm。
[0037]进一步地，所述步骤(2)中：外延层为P型(111)晶向硅单晶，厚度为1nm～10000nm；再生长的方法包括但不限于氢还原法气相外延或直接热分解法气相外延。
[0038]进一步地，所述步骤(3)中：一个指定区域为连续区域或多个不连续区域的组合；通孔的形状包括但不限于圆形、正方形和椭圆形；形成贯穿衬底的通孔的方法包括但不限于硅穿孔工艺；通孔包括孔壁的绝缘电介质材料和孔壁内部的金属电极材料；孔壁的绝缘电介质材料包括但不限于氧化硅或氮化硅，厚度位10nm～5000nm；金属电极材料包括但不限于铝、铜、金中的一种或几种。
[0039]进一步地，所述步骤(4)中：一个指定区域为连续区域或多个不连续区域的组合；选区掺杂的方法包括但不限于离子注入工艺；掺杂区的深度为1nm～10000nm，且小于步骤(2)外延层的厚度。
[0040]进一步地，所述步骤(5)中：另一个指定区域为连续区域或多个不连续区域的组合；氧化膜材料包括但不限于氧化硅或氮化硅；氧化膜的厚度为1nm～500nm；氧化膜的沉积方法包括但不限于高温热氧化。
[0041]进一步地，所述步骤(6)中：电极材料包括但不限于Al、Ni、多晶硅中的一种或几种，沉积层的厚度为10nm～5000nm；电极的沉积方法包括但不限于溅射或蒸镀。
[0042]进一步地，所述步骤(7)中：电介质层包括但不限于氧化硅和氮化硅，电介质层的厚度为100nm～50000nm。
[0043]进一步地，所述步骤(8)中：一个指定区域为连续区域或多个不连续区域的组合，所述刻蚀包括ICP、湿法刻蚀或ICP和湿法刻蚀任意次序的组合。
[0044]进一步地，所述步骤(9)中：金属电极材料包括但不限于Al、Ti、Ni、Au中的一种或几种；金属沉积层的厚度为10nm～5000nm；金属电极的沉积方法包括但不限于溅射或蒸镀。
[0045]进一步地，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种常关型高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)在P型(111)晶向硅衬底上依次外延生长功能层、沟道层、异质结层、盖帽层和钝化层；(2)衬底背面通过再生长厚度为1nm～1000nm的P型(111)晶向硅单晶层；(3)在衬底上一个指定区域形成贯穿衬底的通孔；(4)在衬底背面外延层的一个指定区域进行选区掺杂并在300℃～500℃对衬底进行热处理；(5)对衬底背面进行清洗并在衬底背面外延层上另一个指定区域沉积氧化膜；(6)对衬底背面进行清洗，在步骤(5)所述氧化膜上沉积电极并在200℃～500℃进行热处理；(7)在衬底背面整面沉积电介质层；(8)在衬底正面的外延层上的一个指定区域进行刻蚀；(9)在步骤(8)所述刻蚀区域内沉积金属电极并在400℃～500℃进行热处理；(10)在衬底正面的另一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；(11)对衬底正面进行清洗并在步骤(10)所述凹槽内沉积电介质层；(12)在步骤(11)所述衬底正面的电介质层上沉积金属电极并在350℃～550℃进行热处理；(13)在衬底正面整面沉积的电介质层；(14)在步骤(13)所述衬底正面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；(15)在步骤(14)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理；(16)在衬底正面整面沉积电介质层；(17)在步骤(16)所述衬底正面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；(18)在步骤(17)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理；(19)在衬底正面整面沉积电介质层；(20)在步骤(7)所述衬底背面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；(21)在步骤(20)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理；(22)在衬底背面整面沉积电介质层；(23)在步骤(22)所述衬底背面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；(24)在步骤(23)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理；(25)在衬底背面整面沉积电介质层；(26)在步骤(25)所述衬底背面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；(27)在步骤(26)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理；(28)在衬底背面整面沉积电介质层；(29)在步骤(19)所述衬底正面的电介质层上的一个指定区域进行刻蚀并形成凹槽；(30)在步骤(29)所述凹槽内沉积金属电极并在200℃～400℃进行热处理。2.根据权利要求1所述的常关型高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中：P型(111)晶向硅衬底的厚度为100μm～1000μm；功能层为低温AlN缓冲层材料或低温GaN缓冲层材料，厚度为1nm～1000nm；沟道层为非掺杂GaN材料，厚度为100nm～5000nm；异质结层为AlGaN，Al组分与Ga组分配比为0.01～0.55，厚度为1nm～1000nm；盖帽层为非掺
杂GaN层，厚度为1nm～100nm；钝化层为氮化硅、氧化硅或氮氧化硅，厚度为1nm～1000nm。3.根据权利要求1所述的常关型高电子迁移率晶体管的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中：外延层为P型(111)晶向硅单晶，厚度为1nm～10000nm；再生长的方法为氢还原法气相外延或直接热分解法气相外延...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新强，刘强，陶仁春，王琦，
申请(专利权)人：北京大学东莞光电研究院，
类型：发明
国别省市：