一种蓝宝石衬底制造技术

本发明专利技术公开了一种蓝宝石衬底

【技术实现步骤摘要】
一种蓝宝石衬底GaN功率器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件
，具体涉及一种蓝宝石衬底
GaN
功率器件及其制备方法
。

技术介绍

[0002]GaN
功率器件凭借高临界的电场强度以及导通状态下的优异沟道导电性能，在电动汽车
、
可再生能源
、
电网等功率电子领域具有广阔的应用前景
。
[0003]目前，
GaN
功率器件主要的产业化技术路线为
Si
衬底技术路线，但是
GaN
在
Si
衬底上生长异质外延的成本较高，同时还伴随着晶格与热膨胀系数失配
、
非故意掺杂
、
器件制备过程中对材料损伤等原因导致
GaN
功率器件内部存在较多缺陷，使得
GaN
功率器件的生产良率低，而且缺陷演变，容易引发
GaN
功率器件的可靠性问题
。
[0004]与
Si
衬底技术路线相比，蓝宝石衬底技术路线具有明显优势
。
一方面，蓝宝石衬底与
GaN
的晶格失配更小，外延得到的晶体质量更高，缺陷更少；另一方面，蓝宝石衬底具有很强的绝缘性能，可以很好的抑制
Si
衬底导电所带来的纵向漏电流问题，能大幅提高
GaN
功率器件的耐压性能
。
然而，蓝宝石衬底的散热性能较差，在高功率密度应用的情况下，
GaN
功率器件内部容易产生热聚集效应，导致
GaN
功率器件的电学特性退化，大大影响了
GaN
功率器件的可靠性
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种蓝宝石衬底
GaN
功率器件及其制备方法，将源极电极
、
漏极电极和栅极电极通过孔道引到钝化膜层的表面，形成大面积的焊盘层，再将大面积的焊盘层通过共晶的方式焊接到导热基板上，能有效提高蓝宝石衬底
GaN
功率器件的散热效率，保障蓝宝石衬底
GaN
功率器件的可靠性和稳定性
。
[0006]本专利技术提供了一种蓝宝石衬底
GaN
功率器件的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、
提供蓝宝石衬底的
GaN
外延片，并在所述
GaN
外延片上生长钝化膜层和电极层；所述电极层嵌设在所述
GaN
外延片和所述钝化膜层中，所述钝化膜层包括依次层叠在所述
GaN
外延片上的第一钝化层
、
第二钝化层和第三钝化层，所述电极层包括相互独立的源极电极
、
栅极电极和漏极电极；
[0008]S2、
刻蚀所述钝化膜层的预设区域形成孔道，所述孔道暴露出所述源极电极
、
所述栅极电极和所述漏极电极；
[0009]S3、
在所述孔道中沉积形成焊盘层，所述焊盘层和所述电极层相接，所述焊盘层在所述钝化膜层的表面延伸开来对应形成相互独立的源极焊盘
、
漏极焊盘和栅极焊盘；所述焊盘层的面积占所述钝化膜层的面积的
70
～
95
％；
[0010]S4、
提供带电路的导热基板，在所述导热基板上沉积形成焊接材料层，所述焊接材料层的图案和所述焊盘层的图案相对应；
[0011]S5、
基于所述焊接材料层将所述焊盘层和所述导热基板共晶焊接，获得蓝宝石衬
底
GaN
功率器件
。
[0012]具体的，步骤
S1
包括：
[0013]S11、
在蓝宝石衬底上依次生长
GaN
高阻缓冲层
、GaN
沟道层和
AlGaN
势垒层获得
GaN
外延片；
[0014]S12、
在所述
GaN
外延片的预设区域刻蚀形成第一开口，所述第一开口从所述
AlGaN
势垒层延伸至所述
GaN
沟道层中的预设深度；所述第一开口暴露出所述
AlGaN
势垒层的侧面
、
所述
GaN
沟道层的部分侧面和所述
GaN
沟道层；
[0015]S13、
沿着所述第一开口的侧壁和所述
AlGaN
势垒层的表面依次层叠第一钝化层和第二钝化层；
[0016]S14、
在所述第二钝化层的预设区域刻蚀形成第二开口，所述第二开口从所述第二钝化层延伸至所述
AlGaN
势垒层中的预设深度，所述第二开口位于两个所述第一开口之间；所述第二开口暴露出所述第二钝化层的侧面
、
所述第一钝化层的侧面
、
所述
AlGaN
势垒层的部分侧面和所述
AlGaN
势垒层；
[0017]S15、
在所述第二开口中沉积形成第一金属层，所述第一金属层经图形化后形成源极电极和漏极电极；
[0018]S16、
在所述第二钝化层的预设区域刻蚀形成第三开口，所述第三开口从所述第二钝化层延伸至所述第一钝化层的表面，所述第三开口位于所述源极电极和所述漏极电极之间；
[0019]所述第三开口暴露出所述第二钝化层的侧面和所述第一钝化层的表面；
[0020]S17、
在所述第三开口中
、
所述源极电极上和所述漏极电极上沉积形成第二金属层，在所述第三开口中的第二金属层经图形化后形成栅极电极；
[0021]S18、
沿所述第二钝化层
、
所述第二金属层和所述栅极电极的表面沉积形成第三钝化层
。
[0022]具体的，在步骤
S11
之后包括：
[0023]S111、
使用硫酸和双氧水的混合溶液清洗所述
GaN
外延片
。
[0024]具体的，在步骤
S15
中，所述源极电极和所述漏极电极经高温
N2退火处理，所述退火处理的温度范围为
500
～
1000℃。
[0025]具体的，所述第一钝化层的厚度范围为5～
200nm
，所述第二钝化层的厚度范围为
100
～
1000nm
，所述第三钝化层的厚度范围为
0.5
～
1.5
μ
m
；
[0026]所述第一钝化层的材料为
SiN、SiO2、SiO
x
N
y...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种蓝宝石衬底
GaN
功率器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、
提供蓝宝石衬底的
GaN
外延片，并在所述
GaN
外延片上生长钝化膜层和电极层；所述电极层嵌设在所述
GaN
外延片和所述钝化膜层中，所述钝化膜层包括依次层叠在所述
GaN
外延片上的第一钝化层
、
第二钝化层和第三钝化层，所述电极层包括相互独立的源极电极
、
栅极电极和漏极电极；
S2、
刻蚀所述钝化膜层的预设区域形成孔道，所述孔道暴露出所述源极电极
、
所述栅极电极和所述漏极电极；
S3、
在所述孔道中沉积形成焊盘层，所述焊盘层和所述电极层相接，所述焊盘层在所述钝化膜层的表面延伸开来对应形成相互独立的源极焊盘
、
漏极焊盘和栅极焊盘；所述焊盘层的面积占所述钝化膜层的面积的
70
～
95
％；
S4、
提供带电路的导热基板，在所述导热基板上沉积形成焊接材料层，所述焊接材料层的图案和所述焊盘层的图案相对应；
S5、
基于所述焊接材料层将所述焊盘层和所述导热基板共晶焊接，获得蓝宝石衬底
GaN
功率器件
。2.
如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
S1
包括：
S11、
在蓝宝石衬底上依次生长
GaN
高阻缓冲层
、GaN
沟道层和
AlGaN
势垒层获得
GaN
外延片；
S12、
在所述
GaN
外延片的预设区域刻蚀形成第一开口，所述第一开口从所述
AlGaN
势垒层延伸至所述
GaN
沟道层中的预设深度；所述第一开口暴露出所述
AlGaN
势垒层的侧面
、
所述
GaN
沟道层的部分侧面和所述
GaN
沟道层；
S13、
沿着所述第一开口的侧壁和所述
AlGaN
势垒层的表面依次层叠第一钝化层和第二钝化层；
S14、
在所述第二钝化层的预设区域刻蚀形成第二开口，所述第二开口从所述第二钝化层延伸至所述
AlGaN
势垒层中的预设深度，所述第二开口位于两个所述第一开口之间；所述第二开口暴露出所述第二钝化层的侧面
、
所述第一钝化层的侧面
、
所述
AlGaN
势垒层的部分侧面和所述
AlGaN
势垒层；
S15、
在所述第二开口中沉积形成第一金属层，所述第一金属层经图形化后形成源极电极和漏极电极；
S16、
在所述第二钝化层的预设区域刻蚀形成第三开口，所述第三开口从所述第二钝化层延伸至所述第一钝化层的表面，所述第三开口位于所述源极电极和所述漏极电极之间；所述第三开口暴露出所述第二钝化层的侧面和所述第一钝化层的表面；
S17、
在所述第三开口中
、
所述源极电极上和所述漏极电极上沉积形成第二金属层，在所述第三开口中的第二金属层经图形化后形成栅极电极；
S18、
沿所述第二钝化层
、
所述第二金属层和所述栅极电极的表面沉积形成第三钝化层
。3.
如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在步骤
S11
之...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐亮，李军政，崔永进，郭佳琦，于倩倩，陈凯，
申请(专利权)人：佛山市国星半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：