[发明专利]一种具有p沟道的GaN基HEMT器件的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有p沟道的GaN基HEMT器件的制备方法，所述方法包括：在金刚石衬底上键合硅薄膜，所述硅薄膜的厚度为20nm‑200nm；在所述硅薄膜上外延生长GaN层；在所述GaN层上外延生长AlGaN层，在所述AlGaN层上生长p‑GaN层及工艺保护层；在GaN HEMT功率器件一侧的金刚石衬底上形成钝化层；在钝化层以及工艺保护层上生长BaFsubgt;2/subgt;层作为介质层；对BaFsubgt;2/subgt;层进行选择性刻蚀，使用lift‑off工艺去除p‑GaN层上面的SiOsubgt;2/subgt;层和BaFsubgt;2/subgt;层；分别在金刚石区域和GaN区制造源极，漏极和栅极，得到最终的器件。本发明将超薄硅层与金刚石衬底键合然后外延GaN，有效提高键合质量和成功率，同时，金刚石通过H离子钝化形成的钝化层，解决GaN器件单片集成的技术难题。

母案：申请号2023101615515；名称：一种高导热GaN基HEMT器件及其制备方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种具有p沟道的GaN基HEMT器件的制备方法。

背景技术

GaN禁带宽度大，载流子迁移率高，基于GaN材料制造的HEMT器件(High ElectronMobility Transistor)具有耐压高、工作频率高，且可以高温工作的特点。但是，随着GaN基微波功率器件功率的提高和器件尺寸的缩小，散热问题成为制约其可靠工作的重要因素，因此需要增强其散热能力。传统的散热方法是在器件正面或者背面沉积或者键合具有高热导率的材料。在目前所知的天然材料中，金刚石具有最高的热导率(800W/m.K～1800W/m.K)，是应用于GaN基高功率器件的优异导热材料。

目前使用金刚石进行散热的主流方法有两种，一种是在器件表面通过化学气相沉积的方式生长金刚石，一种是将原来硅基衬底磨掉，然后利用中间键合层将GaN层与金刚石衬底键合。由于GaN薄膜本身是在硅衬底上外延，因为生长过程中的晶格失配及热失配等原因，GaN具有非常大的翘曲度，当GaN与金刚石衬底键合的时候，往往由于金刚石与GaN翘曲度差异较大等原因导致键合失败，甚至晶圆破裂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中金刚石与GaN键合质量较低的问题，提供了一种具有p沟道的GaN基HEMT器件的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

在第一方案中，提供一种具有p沟道的GaN基HEMT器件的制备方法，所述方法包括以下步骤：

S1、在金刚石衬底上键合硅薄膜，所述硅薄膜的厚度为20nm-200nm；所述在金刚石衬底上键合硅薄膜，包括：

S11、在硅衬底上进行离子注入；

S12、将硅衬底完成离子注入的一面作为键合面与金刚石衬底键合；

S13、退火使得硅衬底从离子注入射程附近发生剥离，在金刚石衬底上剩余一层薄层硅薄膜，形成硅薄膜/金刚石衬底的结构；

S14、化学机械抛光去除硅薄膜表面粗糙区域，获得高平整度的硅表面；

S2、在所述硅薄膜上外延生长GaN层；

S3、在所述GaN层上外延生长AlGaN层；

S4、在所述AlGaN层上生长p-GaN层及工艺保护层；

S5、在GaN HEMT功率器件一侧的金刚石衬底上形成钝化层；

S6、在钝化层以及工艺保护层上生长BaF₂层作为介质层；