【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于半導體，具體涉及一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件及其制造方法。
技術(shù)介紹
1、氮化物半導體功率器件相比于傳統(tǒng)硅材料器件更加節(jié)能，物理化學性質(zhì)更加穩(wěn)定，可以工作于更高的環(huán)境溫度下，具有更高的開關(guān)速度可以降低應用系統(tǒng)的體積重量等多種優(yōu)勢，可應用于各種家用電器，電動汽車，太陽能風能等新能源發(fā)電，大型數(shù)據(jù)中心等廣泛領(lǐng)域。氮化鎵目前主要應用于中低壓的消費電子領(lǐng)域，限制其在中高壓應用的原因之一是氮化鎵同質(zhì)襯底價格昂貴，為了更高的性價比，氮化物外延材料一般采用異質(zhì)外延的方法，在大尺寸的硅襯底或者藍寶石襯底上生長氮化物半導體材料。采用硅襯底可以利用成熟的硅半導體加工工藝和設(shè)備，而且硅襯底可以做到8寸甚至12寸，相比其他類型襯底具有明顯的成本優(yōu)勢。但是在硅襯底和氮化物外延層的界面，會形成導電溝道，因此基于硅襯底外延的氮化物半導體功率器件在高電壓下會傾向于在垂直方向先產(chǎn)生擊穿，氮化鎵功率器件的耐壓受限于垂直方向外延材料的耐壓。通過增加外延材料的厚度，可以相應提高外延材料的耐壓，但由于硅襯底和氮化物外延材料在晶格尺寸和熱膨脹系數(shù)方面存在較大的不匹配，生長的外延層越厚，外延片內(nèi)部的應力就越大，導致外延片的應力和翹曲難以控制。同時由于在生長厚膜過程中外延片的翹曲也相應增大，導致外延片不同位置生長條件產(chǎn)生更大的差異，降低外延片各項參數(shù)的均勻性。而翹曲控制問題，以及外延片的均勻性問題又會影響到最終產(chǎn)品的良率和成本。此外，生長的外延材料越厚，所需生長時間也會相應增加，由于外延生產(chǎn)設(shè)備非常昂貴，這也會額外增加產(chǎn)品的成本。采用藍寶石襯底生長氮化物外
2、專利號為《cn116544194a》的專利技術(shù)專利中公開一種氮化鎵功率器件外延片及其制造方法。在藍寶石襯底背面預制應力調(diào)控層，從而改善其翹曲問題，但并未解決其散熱問題。
3、專利號為《cn115346872a》得到專利技術(shù)專利中公開一種氮化物半導體功率器件的芯片制造方法，該方法是針對硅襯底的半導體器件，主要針對現(xiàn)有技術(shù)中硅襯底氮化物外延耐壓和散熱方面的不足進行的替換方案。
4、專利號為《cn117790439a》的專利技術(shù)專利中公開一種高可靠性的藍寶石襯底gan功率器件及其制備方法，該方案公開了在藍寶石襯底下方刻蝕形成散熱口，在所述散熱口中沉積形成aln層，述藍寶石襯底遠離所述gan高阻緩沖層的一面沉積形成背場板金屬層，從而解決藍寶石襯底gan功率器件的散熱能力差的問題。但是該方案需要完全刻蝕掉藍寶石襯底，沉積的材料絕緣材料為aln，并且背面沉積的aln層與外延層的高阻gan層接觸。此外，干法刻蝕藍寶石襯底一般采用含cl氣體，濕法刻蝕藍寶石襯底一般采用高溫酸性溶液，這些刻蝕方法同樣可以刻蝕氮化物如gan，aln等。由于需要刻蝕的藍寶石襯底很厚，需要很高的刻蝕速率，很難控制刻蝕深度停留在氮化物外延層和藍寶石襯底的界面處而不對氮化物外延層產(chǎn)生明顯過刻蝕。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對
技術(shù)介紹
中的問題，尤其是高電子遷移率晶體管(high?electron?mobilitytransistor,hemt)導熱性問題，本專利技術(shù)提供一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件，其特征在于，包括：藍寶石襯底、生長在藍寶石襯底上的氮化物半導體功率器件的外延結(jié)構(gòu)，以及外延結(jié)構(gòu)上的功率器件結(jié)構(gòu)，外延結(jié)構(gòu)至少包括：襯底上的成核層，成核層上的氮化物功能層。所述藍寶石襯底下方對應功率器件結(jié)構(gòu)的位置設(shè)有部分或者完全刻蝕區(qū)，刻蝕區(qū)位置處布置有高導熱性材料。
2、可選的，所述藍寶石襯底氮化物半導體功率器件，如果在垂直于襯底表面的厚度方向上完全刻蝕掉藍寶石襯底，成核層不包括gan單層材料，包括以下之一：aln、algan、algainn，以及上述材料的多層堆疊結(jié)構(gòu)；如果在垂直于襯底表面的厚度方向上刻蝕掉部分藍寶石襯底而保留部分藍寶石襯底，成核層包括以下之一：gan、aln、algan、algainn，以及上述材料的多層堆疊結(jié)構(gòu)。
3、可選的，所述功率器件至少包括hemt器件結(jié)構(gòu)，所述hemt器件結(jié)構(gòu)包括：源極，柵極，以及漏極，并可包括沉積多層絕緣介質(zhì)材料。
4、可選的，外延結(jié)構(gòu)的功能層包括：成核層上的緩沖層，緩沖層上的溝道層，以及溝道層上的勢壘層。
5、可選的，刻蝕區(qū)至少包含對應源極和漏極之間下方的全部區(qū)域，也可以延伸到源極和漏極以外。
6、可選的，高導熱性材料包括以下至少之一：金屬材料、金屬合金材料、非金屬材料、上述材料的多層復合材料，金屬材料包括：cu，ag，au，al，ni，非金屬材料包括：aln，石墨烯。
7、可選的，高導熱性材料上方還包含一層或多層的絕緣材料層。
8、可選的，高導熱性材料采用多層復合材料時，在多層復合材料層間插入一層或多層絕緣材料層。
9、可選的，緩沖層包括以下之一：aln、algan、gan單層或多層堆疊的結(jié)構(gòu)、aln/gan、aln/algan、algan/gan超晶格結(jié)構(gòu)、包括上述結(jié)構(gòu)的組合結(jié)構(gòu)。
10、可選的，溝道層包括以下之一：gan材料、algan、ingan材料。
11、可選的，勢壘層包括以下之一：algan層、aln層、alinn層、alingan、上述材料層的復數(shù)疊加。
12、可選的，在溝道層與勢壘層之間還包含aln插入層。
13、可選的，在勢壘層上方還包含非故意摻雜gan蓋層或者原位sin介質(zhì)層，或者p型algainn的任意比例合金層。
14、本專利技術(shù)還提供一種藍寶石襯底氮化物半導體外延器件的制備方法，至少用于制作如權(quán)利要求1所述的藍寶石襯底氮化物半導體外延器件，包括如下步驟：s1、在藍寶石襯底上生長氮化物半導體功率器件的外延結(jié)構(gòu)；s2、在外延結(jié)構(gòu)的上方制作功率器件結(jié)構(gòu)；s3、通過在垂直于藍寶石襯底的厚度方向上完全刻蝕掉對應器件下方的藍寶石襯底部分，或者刻蝕掉部分襯底厚度，留下部分藍寶石襯底；s4、然后沉積高導熱性材料。
15、可選的，高導熱性材料采用電鍍、物理或者化學氣相沉積法、或者機械剝離轉(zhuǎn)移法布置到刻蝕區(qū)。
16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)提供一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件及其制造方法，具有以下有益效果：
17、通過采用藍寶石襯底，在垂直于藍寶石襯底的厚度方向上完全刻蝕掉對應器件下方的藍寶石襯底部分，或者刻蝕掉絕大部分襯底厚度，僅留下部分藍寶石襯底，然后采用沉積導熱性良好的材料，提高功率芯片的導熱性。本方案可以部分刻蝕掉藍寶石襯底，相比于完全刻蝕掉藍寶石襯底保本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件，其特征在于，包括：藍寶石襯底、生長在藍寶石襯底上的氮化物半導體功率器件的外延結(jié)構(gòu)，以及外延結(jié)構(gòu)上的功率器件結(jié)構(gòu)，外延結(jié)構(gòu)至少包括：襯底上的成核層，成核層上的氮化物功能層，所述藍寶石襯底下方對應功率器件結(jié)構(gòu)的位置設(shè)有部分或者完全刻蝕區(qū)，刻蝕區(qū)位置處布置有高導熱性材料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件，其特征在于，刻蝕區(qū)深度為完全刻蝕掉藍寶石襯底，成核層包括以下之一：AlN、AlGaN、AlGaInN，以及上述材料的多層堆疊結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件，其特征在于，刻蝕區(qū)深度為刻蝕掉絕大部分襯底厚度，僅留下部分藍寶石襯底，成核層包括以下之一：GaN、AlN、AlGaN、AlGaInN，以及上述材料的多層堆疊結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件，其特征在于，所述功率器件至少包括HEMT器件結(jié)構(gòu)，所述HEMT器件結(jié)構(gòu)包括：源極，柵極，以及漏極，并可包括沉積多層絕緣介質(zhì)材料。
5.如權(quán)利要求1所述的一種藍寶石襯底氮
6.如權(quán)利要求1所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體外延器件，其特征在于，刻蝕區(qū)至少包含對應源極和漏極之間下方的全部區(qū)域，也可以延伸到源極和漏極以外。
7.如權(quán)利要求1所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體外延器件，其特征在于，高導熱性材料包括以下至少之一：金屬材料、金屬合金材料、非金屬材料、上述材料的多層復合材料，金屬材料包括：Cu，Ag，Au，Al，Ni，非金屬材料包括：AlN，石墨烯。
8.如權(quán)利要求1所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體外延器件，其特征在于，高導熱性材料上方還包含一層或多層的絕緣材料層。
9.如權(quán)利要求6所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體外延器件，其特征在于，高導熱性材料采用多層復合材料時，在多層復合材料層間插入一層或多層絕緣材料層。
10.一種藍寶石襯底氮化物半導體外延器件的制備方法，至少用于制作如權(quán)利要求1所述的藍寶石襯底氮化物半導體外延器件，包括如下步驟：
11.如權(quán)利要求9所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體外延器件的制備方法，其特征在于，高導熱性材料采用電鍍、物理或者化學氣相沉積法、或者機械剝離轉(zhuǎn)移法布置到刻蝕區(qū)。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件，其特征在于，包括：藍寶石襯底、生長在藍寶石襯底上的氮化物半導體功率器件的外延結(jié)構(gòu)，以及外延結(jié)構(gòu)上的功率器件結(jié)構(gòu)，外延結(jié)構(gòu)至少包括：襯底上的成核層，成核層上的氮化物功能層，所述藍寶石襯底下方對應功率器件結(jié)構(gòu)的位置設(shè)有部分或者完全刻蝕區(qū)，刻蝕區(qū)位置處布置有高導熱性材料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件，其特征在于，刻蝕區(qū)深度為完全刻蝕掉藍寶石襯底，成核層包括以下之一：aln、algan、algainn，以及上述材料的多層堆疊結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件，其特征在于，刻蝕區(qū)深度為刻蝕掉絕大部分襯底厚度，僅留下部分藍寶石襯底，成核層包括以下之一：gan、aln、algan、algainn，以及上述材料的多層堆疊結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件，其特征在于，所述功率器件至少包括hemt器件結(jié)構(gòu)，所述hemt器件結(jié)構(gòu)包括：源極，柵極，以及漏極，并可包括沉積多層絕緣介質(zhì)材料。
5.如權(quán)利要求1所述的一種藍寶石襯底氮化物半導體功率器件，其特征在于，外延結(jié)構(gòu)的功能層包括：成核層上的緩沖...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：苗操，劉兆平，
申請(專利權(quán))人：寧波石墨烯創(chuàng)新中心有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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