一种氮化镓二极管的制备方法和氮化镓三极管的制备方法与流程

本发明涉及半导体元件制备技术领域，特别涉及一种氮化镓二极管的制备方法和氮化镓三极管的制备方法。

背景技术：

氮化镓基半导体材料是继硅和砷化镓基材料后的新一代半导体材料，被称为第三代半导体材料。氮化镓半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和漂移速度高、介电常数小、抗辐射能力强和良好的化学稳定性等独特的特性，在光显示、光存储、光探测等光电子器件和高温、高频大功率电子等微电子器件领域有广阔的应用前景，其中最引人瞩目的是作为二极管和三极管的应用。

目前，氮化镓二极管和三极管的制备主要是通过在蓝宝石、硅或碳化硅衬底上直接生长氮化镓层作为半导体层，然后经一系列后续步骤形成最终的半导体器件。但是，由于氮化镓外延层与衬底材料的晶格不匹配，因此在生长后的外延层表面上产生很多缺陷，在制成器件后，这些缺陷就会在器件工作时导致漏电流的增加，从而降低器件的击穿电压，使得器件性能降低以及容易损坏。由于器件的面积较大，一个或多个缺陷落在一个器件范围内，就会使得该器件不合格甚至失效，从而导致晶圆良率大大降低。

中国专利cn201610494705.2和中国专利cn201710075199.8分别公开了一种氮化镓肖特基二极管及其制备方法和一种氮化镓功率三极管的制备方法。上述两个专利都具体公开了在衬底上生长氮化镓层，通过将氮化镓层刻蚀成多个氮化镓岛，然后在制备电极层过程中剔除不合格岛的方法，大大降低了器件工作时的漏电流，避免了因氮化镓层缺陷导致的圆晶良率降低的情况。但是上述两个专利在剔除不合格岛时均需要先刻蚀钝化层窗口，然后在不合格岛相应的钝化层窗口内重新注入绝缘胶，工序复杂；并且现有技术中的晶圆打点器都是用于打印墨点，市场上只有注入墨汁的墨管，如果要注入绝缘胶，装置难以获得，需要设备厂家进行特殊定制，工艺成本高，不利于工业化生产。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种氮化镓二极管的制备方法和氮化镓三极管的制备方法。本发明提供的氮化镓二极管和氮化镓三极管的制备方法工艺简单，成本低，有利于工业化生产。

本发明提供了一种氮化镓二极管的制备方法，包括以下步骤：

(1)在衬底上依次生长n+氮化镓层和n-氮化镓层，然后对所述n-氮化镓层进行刻蚀，形成多个分布于n+氮化镓层表面的n-氮化镓岛；

(2)在所述步骤(1)中的n-氮化镓岛表面覆盖第一金属层，形成金属-氮化镓岛；在n+氮化镓层表面覆盖第二金属层；

(3)对所述步骤(2)中的金属-氮化镓岛进行电学特性测试，标记不合格岛；

(4)在所述步骤(2)中的第一金属层和第二金属层表面覆盖钝化层，对钝化层进行刻蚀，所述刻蚀过程中保留不合格岛对应位置的钝化层；

(5)在所述步骤(4)中刻蚀后的钝化层表面覆盖第三金属层，将第三金属层分离成正极和负极，布线封装后得到氮化镓二极管。

优选的，所述步骤(4)中的刻蚀包括：在所述钝化层表面覆盖正性光刻胶，然后将用于钝化层窗口开口的光刻版对应不合格岛位置的开口进行遮光处理后，覆盖于正性光刻胶表面，进行曝光。

优选的，所述遮光处理包括：在所述光刻版上不合格岛对应的开口处涂覆遮光液。

优选的，所述涂覆为利用晶圆打点器进行打点。

优选的，所述光刻版经清洗后重复使用。

本发明提供了一种氮化镓三极管的制备方法，包括以下步骤：

(a)在衬底上依次生长氮化镓层和铝镓氮层，然后对所述铝镓氮层和部分氮化镓层进行刻蚀，形成多个分布于氮化镓层表面的氮化镓-铝镓氮岛；

(b)在所述步骤(a)得到的产物背离衬底一端的表面覆盖第一金属层和第二金属层；所述第一金属层形成第一电极单元和第二电极单元，使所述第一电极单元覆盖于一个氮化镓-铝镓氮岛上，所述第二电极单元覆盖于两个相邻岛上；所述第二金属层穿插于第一电极单元和第二电极单元之间形成第三电极单元；

(c)对所述步骤(b)得到的产物中的氮化镓-铝镓氮岛进行电学特性测试，标记不合格岛；

(d)在所述步骤(b)得到的产物背离衬底一端的表面覆盖钝化层，对钝化层进行刻蚀，所述刻蚀过程中保留不合格岛对应位置的钝化层；

(e)在所述步骤(d)中刻蚀后的钝化层表面覆盖第三金属层，然后对第三金属层进行分离，布线封装后得到氮化镓三极管。

优选的，所述步骤(d)中的刻蚀包括：在所述钝化层表面覆盖正性光刻胶，然后将用于钝化层窗口开口的光刻版对应不合格岛位置的开口进行遮光处理后，覆盖于正性光刻胶表面，进行曝光。

优选的，所述遮光处理包括：在所述光刻版上不合格岛对应的开口处涂覆遮光液。

优选的，所述涂覆为利用晶圆打点器进行打点。

优选的，所述光刻版经清洗后重复使用。

本发明提供了一种氮化镓二极管的制备方法，包括以下步骤：在衬底上依次生长n+氮化镓层和n-氮化镓层，然后对所述n-氮化镓层进行刻蚀，形成多个分布于n+氮化镓层表面的n-氮化镓岛；在n-氮化镓岛表面覆盖第一金属层，形成金属-氮化镓岛；在n+氮化镓层表面覆盖第二金属层；对金属-氮化镓岛进行电学特性测试，标记不合格岛；在第一金属层和第二金属层表面覆盖钝化层，对钝化层进行刻蚀，所述刻蚀过程中保留不合格岛对应位置的钝化层；在刻蚀后的钝化层表面覆盖第三金属层，将第三金属层分离成正极和负极，布线封装后得到氮化镓二极管。

本发明还提供了一种氮化镓三极管的制备方法，包括以下步骤：在衬底上依次生长氮化镓层和铝镓氮层，然后对所述铝镓氮层和部分氮化镓层进行刻蚀，形成多个分布于氮化镓层表面的氮化镓-铝镓氮岛；在背离衬底一端的表面覆盖第一金属层和第二金属层；所述第一金属层形成第一电极单元和第二电极单元，使所述第一电极单元覆盖于一个氮化镓-铝镓氮岛上，所述第二电极单元覆盖于两个相邻岛上；所述第二金属层穿插于第一电极单元和第二电极单元之间形成第三电极单元；对氮化镓-铝镓氮岛进行电学特性测试，标记不合格岛；在背离衬底一端的表面覆盖钝化层，对钝化层进行刻蚀，所述刻蚀过程中保留不合格岛对应位置的钝化层；在刻蚀后的钝化层表面覆盖第三金属层，然后对第三金属层进行分离，布线封装后得到氮化镓三极管。

本发明通过在对钝化层进行刻蚀的过程中保留不合格岛对应位置的钝化层，使合格岛上方的钝化层窗口打开，而不合格岛上方的钝化层窗口保持封闭，然后在刻蚀后的钝化层上覆盖第三金属层，最终使合格岛上的第一金属层与第三金属层相连，而不合格岛上的第一金属层与第三金属层绝缘，达到将不合格岛剔除的目的，避免了钝化层窗口全部打开后重新封闭绝缘的步骤，简化了工艺，降低了成本。

优选的，本发明利用晶圆打点器进行打点，无需定制设备，降低了成本，节约了时间。

附图说明

图1为本发明实施例1中涂覆钝化层后产物的结构俯视图；

图2为本发明实施例1中光刻版的遮光处理示意图；

图3为本发明实施例1中钝化层刻蚀后产物的结构俯视图；

图4为本发明实施例1中氮化镓二极管的结构俯视图；

图5为本发明对比例1中覆盖金属层后产物的结构俯视图。

具体实施方式

本发明提供了一种氮化镓二极管的制备方法，包括以下步骤：

(1)在衬底上依次生长n+氮化镓层和n-氮化镓层，然后对所述n-氮化镓层进行刻蚀，形成多个分布于n+氮化镓层表面的n-氮化镓岛；

(2)在所述步骤(1)中的n-氮化镓岛表面覆盖第一金属层，形成金属-氮化镓岛；在n+氮化镓层表面覆盖第二金属层；

(3)对所述步骤(2)中的金属-氮化镓岛进行电学特性测试，标记不合格岛；

(4)在所述步骤(2)中的第一金属层和第二金属层表面覆盖钝化层，对钝化层进行刻蚀，所述刻蚀过程中保留不合格岛对应位置的钝化层；

(5)在所述步骤(4)中刻蚀后的钝化层表面覆盖第三金属层，将第三金属层分离成正极和负极，布线封装后得到氮化镓二极管。

本发明在衬底上依次生长n+氮化镓层和n-氮化镓层，然后对所述n-氮化镓层进行刻蚀，形成多个分布于n+氮化镓层表面的n-氮化镓岛；然后在所述n-氮化镓岛表面覆盖第一金属层，形成金属-氮化镓岛；在n+氮化镓层表面覆盖第二金属层；对所述金属-氮化镓岛进行电学特性测试，标记不合格岛。本发明对所述n+氮化镓层和n-氮化镓层的生长、n-氮化镓岛的制备、第一金属层和第二金属层的覆盖以及电学特性测试的操作没有特殊的限定，采用中国专利cn201610494705.2中公开的技术方案即可。

电学特性测试完成后，本发明在所述第一金属层和第二金属层表面覆盖钝化层，对钝化层进行刻蚀，所述刻蚀过程中保留不合格岛对应位置的钝化层。在本发明中，所述刻蚀优选包括：在所述钝化层表面覆盖正性光刻胶，然后将用于钝化层窗口开口的光刻版对应不合格岛位置的开口进行遮光处理后，覆盖于正性光刻胶表面，进行曝光。

在本发明中，所述遮光处理优选包括：在所述光刻版上不合格岛对应的开口处涂覆遮光液。在本发明中，所述涂覆优选为利用晶圆打点器进行打点。本发明对所述遮光液的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够遮光的液体即可。在本发明的实施例中，所述遮光液具体为墨汁。本发明对所述刻蚀的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的刻蚀的技术方案即可。

在本发明中，所述光刻版优选经清洗后重复使用。本发明对所述清洗的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的清洗遮光液的技术方案即可。在本发明中，所述清洗的溶剂优选为有机溶剂，更优选包括异丙醇、丙酮、甲基乙基酮、n-甲基-2-吡咯烷酮、xandexinkremover8000、540cleaner或remover#6515。

刻蚀完成后，本发明优选将残余的正性光刻胶去除。本发明对所述正性光刻胶去除的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的清洗方法即可。

去除光刻胶后，本发明在所述刻蚀后的钝化层表面覆盖第三金属层，将第三金属层分离成正极和负极，布线封装后得到氮化镓二极管。本发明对所述第三金属层的覆盖和分离，以及布线封装的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的金属层覆盖和分离，以及二极管的布线封装的技术方案即可。在本发明中，所述第三金属层的覆盖和分离，以及布线封装优选采用中国专利cn201610494705.2中公开的技术方案。

本发明还提供了一种氮化镓三极管的制备方法，包括以下步骤：

(a)在衬底上依次生长氮化镓层和铝镓氮层，然后对所述铝镓氮层和部分氮化镓层进行刻蚀，形成多个分布于氮化镓层表面的氮化镓-铝镓氮岛；

(b)在所述步骤(a)得到的产物背离衬底一端的表面覆盖第一金属层和第二金属层；所述第一金属层形成第一电极单元和第二电极单元，使所述第一电极单元覆盖于一个氮化镓-铝镓氮岛上，所述第二电极单元覆盖于两个相邻岛上；所述第二金属层穿插于第一电极单元和第二电极单元之间形成第三电极单元；

(c)对所述步骤(b)得到的产物中的氮化镓-铝镓氮岛进行电学特性测试，标记不合格岛；

(d)在所述步骤(b)得到的产物背离衬底一端的表面覆盖钝化层，对钝化层进行刻蚀，所述刻蚀过程中保留不合格岛对应位置的钝化层；

(e)在所述步骤(d)中刻蚀后的钝化层表面覆盖第三金属层，然后对第三金属层进行分离，布线封装后得到氮化镓三极管。

本发明在衬底上依次生长氮化镓层和铝镓氮层，然后对所述铝镓氮层和部分氮化镓层进行刻蚀，形成多个分布于氮化镓层表面的氮化镓-铝镓氮岛；在背离衬底一端的表面覆盖第一金属层和第二金属层；所述第一金属层形成第一电极单元和第二电极单元，使所述第一电极单元覆盖于一个氮化镓-铝镓氮岛上，所述第二电极单元覆盖于两个相邻岛上；所述第二金属层穿插于第一电极单元和第二电极单元之间形成第三电极单元；对产物中的氮化镓-铝镓氮岛进行电学特性测试，标记不合格岛。本发明对所述氮化镓层和铝镓氮层的生长和刻蚀，第一金属层和第二金属层的覆盖，以及电学特性的测试的操作没有特殊的限定，采用中国专利cn201710075199.8中公开的技术方案即可。

电学特性测试完成后，本发明在所述覆盖后的产物背离衬底一端的表面覆盖钝化层，对钝化层进行刻蚀，所述刻蚀过程中保留不合格岛对应位置的钝化层。在本发明中，所述刻蚀优选包括：在所述钝化层表面覆盖正性光刻胶，然后将用于钝化层窗口开口的光刻版对应不合格岛位置的开口进行遮光处理后，覆盖于正性光刻胶表面，进行曝光。

在本发明中，所述遮光处理优选包括：在所述光刻版上不合格岛对应的开口处涂覆遮光液。在本发明中，所述涂覆优选为利用晶圆打点器进行打点。本发明对所述遮光液的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够遮光的液体即可。在本发明的实施例中，所述遮光液具体为晶圆打点用墨汁。本发明对所述刻蚀的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的刻蚀的技术方案即可。在本发明中，所述晶圆打点器为市售产品，无需进行定制和实验，进一步降低了成本，节约了时间。

在本发明中，所述光刻版优选经清洗后重复使用。本发明对所述清洗的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的清洗遮光液的技术方案即可。在本发明中，所述清洗的溶剂优选为有机溶剂，更优选包括异丙醇、丙酮、甲基乙基酮、n-甲基-2-吡咯烷酮、xandexinkremover8000、540cleaner或remover#6515。

刻蚀完成后，本发明优选将残余的正性光刻胶去除。本发明对所述正性光刻胶去除的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的清洗方法即可。

去除光刻胶后，本发明在所述刻蚀后的钝化层表面覆盖第三金属层，然后对第三金属层进行分离，布线封装后得到氮化镓三极管。本发明对所述第三金属层的覆盖和分离，以及布线封装的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的金属层覆盖和分离，以及三极管的布线封装的技术方案即可。在本发明中，所述第三金属层的覆盖和分离，以及布线封装优选采用中国专利cn201710075199.8中公开的技术方案。

本发明通过在对钝化层进行刻蚀的过程中保留不合格岛对应位置的钝化层，使合格岛上方的钝化层窗口打开，而不合格岛上方的钝化层窗口保持封闭，然后在刻蚀后的钝化层上覆盖第三金属层，最终使合格岛上的第一金属层与第三金属层相连，而不合格岛上的第一金属层与第三金属层绝缘，达到将不合格岛剔除的目的，避免了钝化层窗口全部打开后重新封闭绝缘的步骤，简化了工艺，降低了成本。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的氮化镓二极管和氮化镓三极管的制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

对比例1:

1)在蓝宝石衬底上依次生长n+氮化镓层和n-氮化镓层；将n-氮化镓层所在的部分台面蚀刻至暴露出n+氮化镓层，并使n-氮化镓层上未蚀刻的部分形成若干个直径为200μm的圆形n-氮化镓岛；

2)在n-氮化镓岛表面上淀积第一金属层，形成金属-氮化镓岛；在暴露的n+氮化镓层表面淀积形成第二金属层；

3)覆盖一层钝化层，该钝化层覆盖于器件背离衬底的表面；

4)对钝化层进行蚀刻形成钝化层窗口；

5)测试每个金属-氮化镓岛的电学特性，从而判断每个n-氮化镓岛的合格性，之后采用打点器向不合格的n-氮化镓岛对应的钝化层窗口内注入树脂等绝缘胶液，使绝缘胶液固化；

6)在钝化层上表面上覆盖第三金属层，并将第三金属层分离成相互独立的正电极和负电极，最后在合格的n-氮化镓岛的正电极和负电极上分别布线与外部封装管脚相连，得到氮化镓二极管。

实施例1:

采用对比例1的方法制备氮化镓二极管，将步骤3)～5)替换为：对金属-氮化镓岛进行电学特性测试，标记不合格岛；在所述第一金属层和第二金属层表面依次覆盖钝化层和正性光刻胶，然后在用于钝化层开口的光刻版上对应不合格岛位置的开口处利用晶圆打点器点上墨汁，以覆盖该开口，然后将光刻版置于光刻胶上面，进行曝光；显影后进行钝化层刻蚀，完成刻蚀后，去除钝化层表面的光刻胶。

覆盖钝化层后的产物结构示意图如图1所示；

光刻版遮光处理示意图如图2所示；

刻蚀后产物结构示意图如图3所示；

本实施例制备的氮化镓二极管结构俯视图如图4所示。

本实施例中的光刻版使用后用清洗液将墨汁清洗干净后可重复使用。

对比例2:

1)在蓝宝石衬底上依次生长氮化镓层2和铝镓氮层3；将铝镓氮层和部分氮化镓层蚀刻至暴露出氮化镓层，并且铝镓氮层和部分氮化镓层形成在氮化镓层表面分布的若干个长200μm，宽60μm的长方形铝镓氮-氮化镓岛12；

2)在铝镓氮-氮化镓岛表面上淀积第一金属层4，形成第一电极单元60和第二电极单元70；所述第一电极单元60覆盖在一个岛上；所述第二电极单元70覆盖在相邻的两个岛上；淀积第二金属层5形成第三电极单元80；如图5所示；

3)覆盖一层钝化层，该钝化层覆盖于器件背离衬底的表面；

4)对钝化层进行蚀刻形成钝化层窗口；

5)测试每个铝镓氮-氮化镓岛的电学特性，从而判断每个铝镓氮-氮化镓岛的合格性，之后采用打点器向不合格的铝镓氮-氮化镓岛上的第一电极单元对应的钝化层窗口内注入树脂等绝缘胶液，使绝缘胶液固化；

6)在钝化层上表面上覆盖第三金属层，并将第三金属层通过刻蚀分离成三部分，使一部分第三金属层连接多个第一电极单元形成第一电极，另一部分第三金属层连接多个第二电极单元形成第二电极，其余部分第三金属层连接第三电极单元形成第三电极，最后在电极上分别布线与外部封装管脚相连，得到氮化镓三极管。

实施例2:

采用对比例2的方法制备氮化镓三极管，将步骤3)～5)替换为：对铝镓氮-氮化镓岛进行电学特性测试，标记不合格岛；在所述覆盖金属层的表面依次覆盖钝化层和正性光刻胶，在用于钝化层开口的光刻版上对不合格岛对应位置的开口处利用晶圆打点器点上墨汁以覆盖开口，然后进行曝光，显影后蚀刻钝化层；完成刻蚀后去除光刻胶。

本实施例中的光刻版使用后用清洗液将墨汁清洗干净后可重复使用。

从以上实施例可以看出，本发明提供的制备方法在刻蚀钝化层窗口时同步将不合格岛剔除，避免了钝化层窗口全部打开后重新封闭绝缘的步骤，简化了工艺，降低了成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。