[發明專利]一種基于離子注入的GaN功率器件及其制造方法

在審

• 申請號: 201710483029.3
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107170671A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 任遠;陳志濤;劉曉燕;劉寧煬;劉久澄;李葉林
• 申請（專利權）人: 廣東省半導體產業技術研究院
• 主分類號: H01L21/265
• 分類號: H01L21/265;H01L21/335;H01L29/06;H01L29/45;H01L29/47;H01L29/778
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所44216
• 代理人: 劉卉

1.一種基于離子注入的GaN功率器件，其特征在于：包括由下往上依次設置的GaN緩沖層（2）、GaN溝道層（3）和AlGaN勢壘層（4），所述AlGaN勢壘層（4）上設置有源電極（5）、柵電極（8）和漏電極（6），其中所述源電極（5）和漏電極（6）均為歐姆接觸，所述柵電極（8）為肖特基接觸，且各電極之間覆蓋有與AlGaN勢壘層（4）相連接的鈍化層（7），所述AlGaN勢壘層（4）與GaN溝道層（3）為異質結構且在兩者的界面處由于極化效應而形成有作為GaN功率器件橫向工作導電溝道的二維電子氣，所述GaN緩沖層（2）中由GaN緩沖層（2）的底面通過離子注入形成有離子隔離區（10），所述離子隔離區（10）位于GaN緩沖層（2）的上部并與GaN溝道層（3）相連接，且所述GaN緩沖層（2）中設置了離子隔離區（10）后而在GaN緩沖層（2）的底面鍵合有高導熱襯底（11）。

2.一種基于離子注入的GaN功率器件的制造方法，該方法用于制造上述權利要求1所述的GaN功率器件，其特征在于包括以下步驟：

① 利用金屬有機化學氣相沉積法在生長襯底（1）上依次外延生長GaN緩沖層（2）、GaN溝道層（3）和AlGaN勢壘層（4）；

② 在AlGaN勢壘層（4）上使用紫外光刻制備第一次掩膜，作為有源區臺面刻蝕的圖案，并使用干法刻蝕工藝進行臺面刻蝕以實現分立的GaN功率器件，刻蝕深度為50nm～200nm；

③ 通過光刻在AlGaN勢壘層（4）上進行第二次掩膜制備，蒸鍍源電極和漏電極的金屬，并使用有機溶劑進行超聲對金屬剝離，獲得源電極（5）和漏電極（6）的金屬圖形，且通過快速熱退火工藝實現源電極（5）和漏電極（6）與AlGaN勢壘層（4）的歐姆接觸；

④ 在AlGaN勢壘層（4）的表面上沉積厚度為50nm～500nm的鈍化層（7），并使用光刻制備掩膜，在鈍化層（7）上刻蝕源電極窗口、漏電極窗口以及柵槽；

⑤ 在柵槽中沉積用于形成柵電極（8）的金屬，且柵電極（8）與AlGaN勢壘層（4）形成肖特基接觸；

⑥ 在鈍化層（7）的表面上制備一層覆蓋了源電極（5）、漏電極（6）和柵電極（8）的絕緣層作為臨時轉移層（9）；

⑦ 去除生長襯底（1），露出GaN緩沖層（2）的底面，并從GaN緩沖層（2）的底面通過離子注入而在GaN緩沖層（2）中形成一高阻的離子隔離區（10），且該離子隔離區（10）位于GaN緩沖層（2）的上部并與GaN溝道層（3）相連接；

⑧ 在GaN緩沖層（2）的底面上生長一層鍵合材料，并通過該層鍵合材料鍵合有高導熱襯底（11）；

⑨ 去除臨時轉移層（9），完成整個GaN功率器件的制備。

3.根據權利要求2所述的基于離子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述源電極和漏電極的金屬均選自 Ti、 Al、 Mo、Au、Ni、W中的一種或幾種的組合或它們的合金，厚度為50～200 nm，且快速熱退火工藝是在氮氣環境下進行，處理溫度為700～950℃。

4.根據權利要求2所述的基于離子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述鈍化層選擇由PECVD、LPCVD、ALD或Sputter沉積制備的SiN_x、SiO₂、SiNO、Al₂O₃、AlN中的一種或多種。

5.根據權利要求2所述的基于離子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述柵電極的金屬選自Ni、Au、Pt、Al、TiW、TiN中的一種或幾種的組合，厚度為 50～200nm。

6.根據權利要求2所述的基于離子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述鍵合材料為Au、Sn、In、Ti、Ni、Pt、Pb中的一種或幾種的組合或它們的合金。

7.根據權利要求2所述的基于離子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述鍵合的溫度為200～350℃，壓力為0～5000 Kg。

8.根據權利要求2所述的基于離子注入的GaN功率器件的制造方法，其特征在于：所述高導熱襯底為熱導性好的硅或銅或碳化硅或陶瓷。