一种GaN功率器件的制备方法、GaN功率器件与流程

本发明涉及半导体，具体而言，尤其涉及一种gan功率器件的制备方法、gan功率器件。

背景技术：

1、目前，si衬底的gan基横向导通结构hemt器件，仍然面临着器件制备成本高，器件存在可靠性问题等制约gan功率器件拓展应用范围的因素。比如，外延成本高，gan外延需要满足大面积与低位错密度的要求，gan在si衬底上的异质外延需要gan达到一定厚度，使得位错相互湮灭，增加了外延的时间成本。再比如，gan器件生产的良率低，si衬底上外延gan过程中会由于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的损伤等原因导致器件内部存在缺陷，器件在不同工况下缺陷会发生演变，存在器件性能变化的隐患，即器件的可靠性问题。为了解决以上难题，蓝宝石衬底gan基hemt功率器件成为另一条可选择的技术路线。

2、蓝宝石衬底外延的晶体质量高、器件制备成本低、器件适用于高压功率环境，且蓝宝石衬底成本低。与si衬底相比，蓝宝石与gan的晶格失配更小，外延得到的gan晶体质量更高，所需要的应力缓冲层厚度更薄，很大程度上减少了外延所需的时间，gan材料外延的效率得到了提升，降低了器件的制备成本。尽管蓝宝石衬底gan基hemt功率器件拥有众多优异特性，但是目前还面临器件的散热问题。蓝宝衬底的导热系数远小于si衬底，蓝宝石衬底gan器件散热能力远小于si衬底gan器件，导致功率器件在使用中因为热效应导致性能的劣化和器件失效。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种gan功率器件的制备方法，其能够增大其芯片内部的热传输能力，解决gan近结区的热积累，提升器件的大功率特性和可靠性。

2、为了解决上述问题，本发明提供一种gan功率器件的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、在蓝宝石衬底上依次生长剥离层、gan高阻缓冲层、gan沟道层、algan势垒层以及p型gan层；

4、s2、刻蚀出台面隔离结构和栅极台面结构，露出部分所述algan势垒层和所述gan高阻缓冲层；

5、s3、在所述algan势垒层表面制备源极电极和漏极电极，并在所述源极电极和漏极电极上沉积场板金属层，形成金属场板结构，在所述p型gan层上方沉积栅极电极，在所述栅极电极和所述金属场板结构上沉积焊接电极金属层；

6、s4、涂覆有机材料缓冲层，并在所述有机材料缓冲层上叠放磁性衬底；

7、s5、激光剥离掉所述蓝宝石衬底，在将露出的剥离层清洗去除，露出gan高阻缓冲层；

8、s6、在所述gan高阻缓冲层一侧沉积焊接材料层，并在所述焊接材料层上叠放高导热衬底；

9、s7、去除掉所述磁性衬底和有机材料缓冲层，得到成品。

10、在一种实施方式中，包括以下步骤：

11、在蓝宝石衬底上依次生长剥离层、gan高阻缓冲层、gan沟道层、algan势垒层以及p型gan层，得到第一外延片；

12、在所述第一外延片上刻蚀出台面隔离结构和栅极台面结构，露出部分所述algan势垒层和所述gan高阻缓冲层，得到第二外延片；

13、在所述第二外延片表面沉积第一钝化层，得到第三外延片；

14、刻蚀部分所述第一钝化层直至露出algan势垒层，并在algan势垒层上沉积源极电极和漏极电极，得到第四外延片；

15、在所述第四外延片表面沉积第二钝化层，得到第五外延片；

16、刻蚀部分所述第二钝化层直至露出所述栅极台面结构上的第一钝化层，并在第一钝化层上沉积栅极电极，得到第六外延片；

17、在所述第六外延片表面沉积第三钝化层，得到第七外延片；

18、刻蚀掉所述源极电极和漏极电极上方的第二钝化层和第三钝化层，使所述源极电极和漏极电极露出，在所述源极电极和漏极电极上沉积场板金属层，形成金属场板结构，得到第八外延片；

19、在所述第八外延片表面沉积第四钝化层，得到第九外延片；

20、刻蚀掉所述栅极电极上方的第三钝化层、场板金属层和第四钝化层，使所述栅极电极露出，刻蚀掉所述金属场板结构上方的第四钝化层，使所述金属场板结构露出，在所述栅极电极和金属场板结构上沉积焊接电极金属层，得到第十外延片；

21、在所述第十外延片上涂覆有机材料缓冲层，并在所述有机材料缓冲层上叠放磁性衬底，得到第十一外延片；

22、将所述第十一外延片的蓝宝石衬底激光剥离掉，在将露出的剥离层清洗去除，露出gan高阻缓冲层，得到第十二外延片；

23、在所述第十二外延片的gan高阻缓冲层的一侧沉积焊接材料层，并在所述焊接材料层上叠放高导热衬底，得到第十三外延片；

24、将所述第十三外延片上的磁性衬底和有机材料缓冲层去除，得到成品。

25、在一种实施方式中，所述有机材料缓冲层的材料选自石蜡、热固性树脂、热塑性树脂、光刻胶中的一种；

26、所述有机材料缓冲层的厚度为1μm～10μm；

27、所述磁性衬底的材料选自钕铁硼、钐钴、钕镍钴、烧结铁氧体、粘结铁氧体和注塑铁氧体中的一种；

28、所述磁性衬底的厚度为0.3mm～1mm。

29、在一种实施方式中，所述焊接材料层的材料选自ti、al、au、ni、sn、cu、ag和ausn中的一种；

30、所述焊接材料层的厚度为1μm～10μm；

31、所述高导热衬底的材料选自si、sic、al2o3、aln和金刚石中的一种；

32、所述高导热衬底的厚度为0.3mm～1mm；

33、在一种实施方式中，采用热压共晶的方式将所述高导热衬底紧密叠放在所述焊接材料层上；

34、热压共晶的焊接温度为200℃～400℃，压力为800kg～10000kg；

35、采用热滑移的方式去除掉所述磁性衬底和有机材料缓冲层。

36、在一种实施方式中，所述剥离层为a掺杂gan层，a为in、si、mg和c中的一种或几种；

37、所述剥离层的厚度为1nm～200nm。

38、在一种实施方式中，所述源极电极或漏极电极的材料选自ti、ni、al、au、pt、ag、w、cu、tiw和tin中的一种或者几种；

39、所述源极电极或漏极电极的厚度为0.2μm～1μm；

40、所述栅极电极的材料选自ti、ni、cr、au、pt、sn、al、cu和ag中的一种或者几种；

41、所述栅极电极的厚度为0.1μm～1μm。

42、在一种实施方式中，所述场板金属层的材料选自ti、ni、cr、au、pt、sn、al、cu和ag中的一种或者几种；

43、所述场板金属层的厚度为0.2μm～2μm；

44、所述焊接电极金属层的材料选自ti、ni、cr、au、pt、sn、fe、co、ni、al、cu、ag和ausn中的一种或者几种；

45、所述焊接电极金属层的厚度为0.2μm～2μm。

46、在一种实施方式中，所述第一钝化层、所述第二钝化层、所述第三钝化层和所述第四钝化层的材料为sin、sio2和sioxny中的一种或几种；

47、所述第一钝化层的厚度为5nm～200nm；

48、所述第二钝化层的厚度为5nm～500nm；

49、所述第三钝化层的厚度为0.2μm～1.5μm；

50、所述第四钝化层的厚度为0.3μm～1.5μm。

51、相应地，本发明还提供了一种gan功率器件，所述gan功率器件采用上述的gan功率器件的制备方法制得。

52、实施本发明，具有如下有益效果：

53、本发明提供的gan功率器件的制备方法，通过将蓝宝石衬底gan功率器件晶圆转移到磁性衬底上，再通过激光剥离的方式照射到蓝宝石与gan材料之间的剥离层，使得蓝宝石与gan材料之间可以进行低损伤分离，而后通过共晶键合的方式将高导热衬底通过真空热压共晶的方式键合到晶圆上，最后通过热滑移方法将磁性衬底去除。

54、本发明实现将gan基器件薄膜从低热导率的蓝宝石衬底转移到高热导率的异质衬底上，从而破除低导热衬底对gan基功率器件带来的热管理和漏电流方面的束缚与限制，突破gan基功率器件的散热瓶颈。本发明通过高热导率的异质衬底的引入，增大其芯片内部的热传输能力，解决gan近结区的热积累，提升器件的大功率特性和可靠性。另外，在外延结构方面，剥离层结构可以使得gan材料在激光的作用下更加高效和快速的分解，从而减少激光剥离过程中对gan材料的冲击，保证gan器件的可靠性。