基于衬底导电孔的GaN基HEMT器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于衬底导电孔的GaN基HEMT器件及其制备方法，先在衬底中形成深沟槽并填充导电材料层形成导电孔，同时通过在外延层结构中制备源极深孔将源极金属连接至该导电孔，后续在GaN基HEMT器件正面结构制作完成后减薄将导电孔从衬底背面显露出来，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。本发明专利技术由于在器件正面结构制备完成后，不再有复杂的深刻蚀、电镀等工艺步骤，可以降低后续工艺对于器件可靠性的影响。降低后续工艺对于器件可靠性的影响。降低后续工艺对于器件可靠性的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于衬底导电孔的GaN基HEMT器件及其制备方法


[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衬底导电孔的GaN基HEMT器件及其制备方法。

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材料的一般在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。该结构设计即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衬底导电孔的GaN基HEMT器件及其制备方法，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衬底导电孔的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导电材料层，并对所述导电材料层进行平坦化处理，以在所述衬底中形成导电孔；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)在所述外延层结构刻蚀出直至所述导电孔的源极深孔，并于所述源极深孔中填充连接层，所述连接层与所述导电孔连接；5)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与所述源极深孔中的连接层连接；6)对所述衬底的第二主面进行减薄，显露出所述导电孔；7)于所述衬底的第二主面形成与所述导电孔连接的背金属层，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、蓝宝石衬底及金刚石衬底中的一种。
[0008]可选地，所述导电材料层的材料包括导电硅层，所述导电硅层包括多晶硅、非晶硅
及单晶硅中的一种，所述导电硅层的导电类型包括n型的电子导电及p型的空穴导电中的一种。
[0009]可选地，所述深沟槽侧壁与所述导电材料层之间还形成有扩散阻挡层，所述扩散阻挡层包括SiO2、SiN、Al2O3、AlN、HfO2中的一种或多种的层叠结构。
[0010]可选地，每个源极金属对应连接的源极深孔为多个。
[0011]可选地，所述深沟槽中填充的导电材料层中还包括间隔排布于所述导电材料层中的至少一个绝缘间隔层。
[0012]可选地，所述绝缘间隔层将所述深沟槽中的导电材料层间隔为多个环形结构。
[0013]可选地，步骤6)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。
[0014]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导电孔；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导电孔的上方；源极深孔，所述源极深孔中填充有连接层，所述连接层自所述源极金属底部穿过所述外延层结构连接至所述导电孔；背金属层，形成于所述衬底的第二主面并与所述导电孔连接。
[0015]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。
[0016]可选地，所述导电材料层的材料包括导电硅层，所述导电硅层包括多晶硅、非晶硅及单晶硅中的一种，所述导电硅层的导电类型包括n型的电子导电及p型的空穴导电中的一种。
[0017]可选地，所述深沟槽侧壁与所述导电材料层之间还形成有扩散阻挡层，所述扩散阻挡层包括SiO2、SiN、Al2O3、AlN、HfO2中的一种或多种的层叠结构。
[0018]可选地，每个源极金属对应连接的源极深孔为多个。
[0019]可选地，所述深沟槽中填充的导电材料层中还包括间隔排布于所述导电材料层中的至少一个绝缘间隔层。
[0020]可选地，所述绝缘间隔层将所述深沟槽中的导电材料层间隔为多个环形结构。
[0021]如上所述，本专利技术的基于衬底导电孔的GaN基HEMT器件及其制备方法，具有以下有益效果：
[0022]本专利技术提出了一种基于衬底导电孔的GaN基HEMT器件及其制备方法，先在衬底中形成深沟槽并填充导电材料层形成导电孔，同时通过在外延层结构中制备源极深孔将源极金属连接至该导电孔，后续在GaN基HEMT器件正面结构制作完成后减薄将导电孔从衬底背面显露出来，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。本专利技术由于在器件正面结构制备完成后，不再有复杂的深刻蚀、电镀等工艺步骤，可以降低后续工艺对于器件可靠性的影响。
[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的基于衬底导电孔的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的基于衬底导电孔的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的基于衬底导电孔的GaN基HEMT器件的制备方法的示意图。
[0027]图13～图15显示为本专利技术实施例4的基于衬底导电孔的GaN基HEMT器件的制备方法的示意图。
[0028]元件标号说明
[0029]101
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衬底
[0030]102
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深沟槽
[0031]103
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于衬底导电孔的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导电材料层，并对所述导电材料层进行平坦化处理，以在所述衬底中形成导电孔；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)在所述外延层结构刻蚀出直至所述导电孔的源极深孔，并于所述源极深孔中填充连接层，所述连接层与所述导电孔连接；5)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与所述源极深孔中的连接层连接；6)对所述衬底的第二主面进行减薄，显露出所述导电孔；7)于所述衬底的第二主面形成与所述导电孔连接的背金属层，以完成GaN基HEMT器件的制备。2.根据权利要求1所述的基于衬底导电孔的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所述的基于衬底导电孔的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、蓝宝石衬底及金刚石衬底中的一种。4.根据权利要求1所述的基于衬底导电孔的GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述导电材料层的材料包括导电硅层，所述导电硅层包括多晶硅、非晶硅及单晶硅中的一种，所述导电硅层的导电类型包括n型的电子导电及p型的空穴导电中的一种。5.根据权利要求1所述的基于衬底导电孔的GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述深沟槽侧壁与所述导电材料层之间还形成有扩散阻挡层，所述扩散阻挡层包括SiO2、SiN、Al2O3、AlN、HfO2中的一种或多种的层叠结构。6.根据权利要求1所述的基于衬底导电孔的GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于：每个源极金属对应连接的源极深孔为多个。7.根据权利要求1所述的基于衬底导电孔的GaN基HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述深沟槽中...

【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：