CN117038721A - 沟槽介电层提高耐压的p-ganhemt器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种沟槽介电层提高耐压的P‑GAN HEMT器件及其制备方法，所述沟槽介电层提高耐压的P‑GAN HEMT器件，包括：第一外延层、第二外延层和钝化层；所述第二外延层包含相对的第一面和第二面，所述第一面与所述钝化层相邻，所述第二面与所述第一外延层相邻；所述第一面设有凹槽，所述第二面设置有朝向远离第一面方向延伸的凸部；所述凸部和所述凹槽相对；第一外延层向远离第二面方向凹陷形成有容纳槽，所述凸部伸入所述容纳槽中。本发明能够在不增加导通阻抗的情况下提高P‑GAN HEMT功率器件的耐压能力。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种沟槽介电层提高耐压的P-GANHEMT器件及其制备方法。
背景技术
高迁移率晶体管(HEMT)具有击穿场强大、电子迁移率高、热导率高等优点，使得其在电力电子领域有望取代传统硅基器件。P-GAN HEMT功率器件凭借其常关特性、低功耗、驱动电路简单等优势在高功率电路中得到广泛的应用。
P-GAN HEMT功率器件常常采用增加漏极到栅极的距离来提高耐压能力，但这样会降低芯片的出货率，并增加制造成本。研究表明，通过改变AlGaN层的厚度，可以提高击穿电压，以提高耐压能力，但是这种方式通常会导致2DEG的浓度减少，进而增加导通阻抗。
发明内容
为了解决上述提出的至少一个技术问题，本发明提供一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件及其制备方法，能够在不增加导通阻抗的情况下提高P-GAN HEMT功率器件的耐压能力。
本发明提供了一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，包括：
第一外延层、第二外延层和钝化层；
所述第二外延层包含相对的第一面和第二面，所述第一面与所述钝化层相邻，所述第二面与所述第一外延层相邻；
所述第一面设有凹槽，所述第二面设置有朝向远离第一面方向延伸的凸部；所述凸部和所述凹槽相对；
第一外延层向远离第二面方向凹陷形成有容纳槽，所述凸部伸入所述容纳槽中。
在一种可能实施的方式中，所述凹槽采用台面刻蚀技术刻蚀，所述凹槽为倾斜台面或直角台面结构。
在一种可能实施的方式中，所述容纳槽采用台面刻蚀技术刻蚀，所述容纳槽为倾斜台面或直角台面结构。
在一种可能实施的方式中，所述容纳槽的深度大于所述凹槽的深度，所述容纳槽的宽度大于或等于所述凹槽的宽度。
在一种可能实施的方式中，所述凹槽的宽度为1.5-2.5um，深度为1-3nm。
在一种可能实施的方式中，所述第一外延层为GaN层，所述第二外延层为AlGaN层。
在一种可能实施的方式中，所述的一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，还包括：
衬底，所述第一外延层在所述衬底上外延得到；
栅极，在所述钝化层上经光刻后得到；
源极和漏极，在所述钝化层上经光刻或蒸镀后得到。
本发明还提供了一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的制备方法，所述方法包括：
在第一外延层远离衬底的一面内刻蚀容纳槽；
在所述第一外延层上外延出第二外延层；
所述第二外延层包含相对的第一面和第二面，所述第一面与所述钝化层相邻，所述第二面与所述第一外延层相邻，所述第二面形成伸入所述容纳槽的凸部；
在所述第一面内刻蚀凹槽，所述凸部和所述凹槽相对。
在一种可能实施的方式中，所述在第一外延层远离衬底的一面内刻蚀容纳槽，包括：
利用台面刻蚀技术在第一外延层的远离衬底的一面内刻蚀容纳槽，所述容纳槽包括倾斜台面或直角台面结构。
在一种可能实施的方式中，所述在所述第一面内刻蚀凹槽，包括：
利用台面刻蚀技术在所述第一面内刻蚀凹槽，所述凹槽包括倾斜台面或直角台面结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，包括：第一外延层、第二外延层和钝化层；所述第二外延层包含相对的第一面和第二面，所述第一面与所述钝化层相邻，所述第二面与所述第一外延层相邻；所述第一面设有凹槽，所述第二面设置有朝向远离第一面方向延伸的凸部；所述凸部和所述凹槽相对；第一外延层向远离第二面方向凹陷形成有容纳槽，所述凸部伸入所述容纳槽中。
本发明通过在第二外延层靠近钝化层的一面形成了凹槽，又对应在第二外延层靠近第一外延层的一面形成与所述凹槽相对的容纳槽，既加宽了钝化层的厚度，提高器件的耐压能力，又通过对应形成的容纳槽，保证第二外延层与第一外延层的厚度成比例。因此，本发明能够在不增加导通阻抗的情况下提高P-GAN HEMT功率器件的耐压能力。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。
图1为本发明实施例提供的一种现有的P-GAN HEMT器件的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种提高耐压的P-GAN HEMT器件的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的制备方法的流程示意图；
图6为本发明实施例提供的沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的制备方法的工艺流程。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样能够实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
现有的P-GAN HEMT功率器件，通常是通过在AlGAN上挖一浅槽以改善耐压能力，但是但相应地，这种方式会降低槽底下AlGAN层的厚度，导致2DEG浓度减少，同时还会增加导通阻抗。为此本发明在现有的结构上，与AlGAN上表面浅槽相对的位置也刻蚀一沟槽，从而保持AlGAN的厚度与GaN层的比例，进而可以在不增加导通阻抗的情况下保持高耐压能力。
参见图1-2，图1提供了一种现有的P-GAN HEMT功率器件的结构示意图；图2提供了一种现有的提高耐压的P-GAN HEMT功率器件的结构示意图。
图1中，P-GAN HEMT功率器件通常包括衬底，在衬底上依次外延形成的外延层，包括未掺杂的GaN层和AlGaN层，在AlGaN层上方沉积有钝化层。
在AlGaN层底部通常会形成二位电子气通道，即2DEG通道。
2DEG(Two-Dimensional Electron Gas)是指在二维杂化结构中形成的电子气体。通常，2DEG通过应变、外加电场或磁场等手段形成。2DEG通道常见于半导体器件，如高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor，HEMT)。在HEMT中，通过在二维杂化结构中引入不同类型的材料，形成价带能量差异较大的界面，从而使电子在界面处形成一个在垂直方向上受限、在平面方向上自由移动的电子气体。这种2DEG通道具有高迁移率和低电阻的特性，使得HEMT在高频、高速度和低功耗应用中具有优势。
如图2所示，为了提高器件的击穿电压值，以提高器件的耐压能力，现有的做法通常是在AlGaN层上刻蚀一沟槽，在沉积钝化层03时即可加宽该位置钝化层03的厚度。
加宽钝化层03的厚度可以提高器件的击穿电压。钝化层03是半导体器件中的一层绝缘材料，用于隔离电子器件的电极或通道。它的主要作用是防止电荷在电子器件中发生非预期的电子流动或击穿现象。
当在器件中施加高于其击穿电压的电压时，会发生击穿现象，即电流突然大幅度增加，导致器件失效。通过加宽钝化层03的厚度，可以增加器件中两个电极之间的绝缘距离。这样，当施加高压时，在绝缘距离较长的情况下，电荷需要经历更长的路径才能穿透钝化层03，从而提高了击穿电压。因此，增加钝化层03的厚度可以增强器件的耐压能力，提高其击穿电压。
然而，增加钝化层03厚度可能会增加电子器件的电容和电阻，导致性能的牺牲。因此，在设计和制造器件时，需要综合考虑击穿电压的提高与其他性能指标之间的权衡。
参见图3，为了实现在不增加导通阻抗的情况下提高器件的耐压能力，本发明提供了一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的结构示意图。
一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，包括：
第一外延层01、第二外延层02和钝化层03；
第二外延层02包含相对的第一面和第二面；
第一面与钝化层03相邻，第二面与第一外延层01相邻；
第一面设有凹槽04，第二面设置有朝向远离第一面方向延伸的凸部；
凸部和凹槽04相对；
第一外延层01向远离第二面方向凹陷形成有容纳槽05，凸部伸入容纳槽05中。
在本实施例中，由于第一面与钝化层03相邻，因此在第一面设有凹槽04可以加宽钝化层03的厚度，提高了击穿电压。与此同时，为了保证第一外延层01与第二外延层02的厚度成比例，从而保持2DEG浓度不变，使得阻抗不增加。本实施例还在第二面设置有朝向远离第一面方向延伸的凸部，在第一外延层01向远离第二面方向凹陷形成容纳槽05，该容纳槽05用于让凸部伸入以与凸部贴合，由于凸部和凹槽04相对，因此该容纳槽05也与凹槽04相对。
由于第二外延层02的两个面的相对位置均沿着衬底所在的方向形成了沟槽(凹槽04和容纳槽05)。因此，能够保证第二外延层02在原来的基础上并未减少，即保证了第一外延层01与第二外延层02的厚度成比例，进而使得阻抗不增加。
因此，本实施例能够在不增加导通阻抗的情况下提高P-GAN HEMT功率器件的耐压能力。
参见图4，在一个优选地实施例中，在第二外延层02的第一面内设有多个凹槽04，在第二外延层02的第二面相对于凹槽04的位置也配合形成了多个凸部。进一步地，第一外延层01向远离第二面方向凹陷形成有多个容纳槽05，以使得多个凸部伸入容纳槽05中。
可以理解的是，在第二外延层02靠近钝化层03的第一面可以设置多个凹槽04，如此可以增加多个位置处钝化层03的厚度。同时，为了保证第一外延层01的厚度相对于没有挖槽位置的厚度来说没有减少，每在第一面开设一个凹槽04时，就应该相对的在第二面形成对应的凸部。进一步地，在第一外延层01向远离第二面方向也应该凹陷形成有多个容纳槽05，以使得多个凸部伸入容纳槽05中。如此则可以保证第一外延层01与第二外延层02的比例。
本实施例通过在设置多个凹槽04和对应的容纳槽05，可以增加多个位置的钝化层03厚度，相比于至开设一个凹槽04以加宽一处钝化层03的厚度，本实施例能够进一步在不增加导通阻抗的情况下，提高器件的耐压能力。
在一个优选地实施方式中，多个凹槽04的尺寸和形状可以相同，也可以不同，该尺寸参数包括深度和宽度。相应的，多个容纳槽05的尺寸和形状可以相同，也可以不同，该尺寸包括深度和宽度。通常为了保证AlGaN层与GaN层的厚度比例，容纳槽05的深度通常要大于凹槽04的深度。
就凹槽04的形状来说，可以刻蚀成任意想要的形状，使其从正视图的方向看为规则的多边形或不规则的，如容纳槽05的侧壁或底边可以是平面，可以是不规则的曲面，只要能够实现加宽钝化层03的厚度即可。
就容纳槽05的形状来说，可以刻蚀成任意想要的形状，使其从正视图的方向看为规则的多边形或不规则的，如容纳槽05的侧壁或底边可以是平面，可以是不规则的曲面，只要能够保证第二外延层02的厚度即可。
可以理解，图3作为一种优选地方式，提供的凹槽04的正视图形状为矩形，提供的容纳槽05的正视图形状为梯形。在其他实施例中，可以根据器件设计需要进行调整，此处不做任何限定。
理论上，在刻蚀凹槽04和容纳槽05时，只需要使其能够加宽厚度即可，但是如果采用不同形状或尺寸，在工艺上都会增加刻蚀的复杂度，进而降低器件的制备效率，并增加成本。因此，作为优选的实施方式，在开设多个凹槽04时，应该采用规格相同的掩膜，进而降低刻蚀成本和难度，提高制备效率。
同样地，刻蚀容纳槽05时也应尽量采用规格相同的掩膜，降低刻蚀成本和难度，提高制备效率。
在一种可能实施的方式中，凹槽04采用台面刻蚀技术刻蚀，凹槽04为倾斜台面或直角台面结构。
台面刻蚀技术(Tabletop etching technology)是一种常见的微纳加工技术，用于在平面材料表面上制作微小的结构或图案。它通常使用化学物质(例如腐蚀剂)以及辅助装置(如电磁场或电场)对材料进行刻蚀，实现所需的结构。
这种技术通常应用于表面微纳加工领域，例如微电子、光电子、传感器和生物芯片等。台面刻蚀技术的特点是简单易行、成本低、适用于各种材料，包括金属、半导体和绝缘体。
具体而言，台面刻蚀技术一般包括以下步骤：
1)选择适当的腐蚀剂：根据材料的性质和刻蚀选择，选择合适的化学腐蚀剂。
2)准备样品：将待刻蚀的材料制备成平整的台面样品，并确保其表面干净无杂质。
3)腐蚀剂处理：将腐蚀剂倒入刻蚀设备中，将样品放置在设备中，并配置适当的工艺参数(如温度、浓度和刻蚀时间)。
4)进行刻蚀：启动刻蚀设备，并控制刻蚀过程，使腐蚀剂与样品表面发生反应，逐渐去除材料。
5)清洗和处理：在刻蚀完成后，将样品从设备中取出，进行清洗和处理，以去除残余的腐蚀剂和杂质，并确保表面清洁。
台面刻蚀技术可以用于制作微小的孔洞、图案、线路等结构。它在微纳加工中具有广泛的应用，为制造微电子和纳米器件提供了重要的加工手段。
台面刻蚀技术通常包括以下几种：
干法刻蚀(Dry etching)：也称为干式刻蚀或物理刻蚀，是使用高能离子束、等离子体或化学反应来去除材料的刻蚀方法。它可以分为物理刻蚀(如离子束刻蚀、反应离子刻蚀)和化学刻蚀(如反应离子束刻蚀、等离子体刻蚀)两种类型。
湿法刻蚀(Wet etching)：也称为湿式刻蚀或化学刻蚀，是使用液体腐蚀剂进行刻蚀的方法。湿法刻蚀可以选择不同的腐蚀剂和工艺参数来控制刻蚀速率和刻蚀剖面。常用的腐蚀剂包括氢氟酸(HF)、氧化铁(Fe2O3)等。
阳极氧化刻蚀(Anodic oxidation etching)：也称为阳极腐蚀或氧化刻蚀，是利用阳极氧化的反应来形成氧化膜，从而进行刻蚀的方法。常见的应用是在金属(如铝、钛)表面形成氧化层。
离子注入刻蚀(Ion implantation etching)：是使用离子束注入到材料表面，通过离子的能量和浓度来调控刻蚀深度和形状的方法。离子注入刻蚀常用于材料改性、形成自蚀层等应用。
这些刻蚀技术各有特点，可以根据具体应用选择适合的方法。在实际应用中，常常会结合不同的刻蚀技术，使用多种方法以实现复杂的结构和级联效应。
优选地，当采用台面刻蚀技术刻蚀后，凹槽04形成的形状包括倾斜台面或直角台面结构。
直角台面(Right-angle Features)：直角台面是一个垂直于基底或表面的台面结构，形状类似一个直角或直边。它通常用于创建边缘、通道、墙壁或沟槽等结构，常见于微电子芯片、光电子器件和微纳加工中。
倾斜台面(Sloped Features)：倾斜台面是一个斜面或倾斜的台面结构，形状不是垂直于基底或表面。倾斜台面可以根据需要具有不同的角度或斜率，并且可以用于各种应用，例如光学元件的发光控制、微流控器件的流体操控等。
这两种台面结构在微纳加工中具有广泛应用。它们可以通过不同的加工技术来实现，如湿法刻蚀、干法刻蚀、激光加工等。选择合适的加工方法和工艺参数，可以控制直角台面和倾斜台面的几何形状、尺寸和表面质量，以满足具体的设计需求。同时，凹槽04的结构和特征也可以结合其他微纳加工技术，例如沉积、薄膜制备、光刻等，以实现更复杂的器件结构和功能。
如图3所示，图3中提供的凹槽04结构主要为直角台面，这是由于在此处只需要考虑加宽钝化层03的厚度，而采用直角台面，比采用倾斜台面具有更多的好处：
制造简单：相对于倾斜台面，直角台面的制造更为简单。直角台面可以通过较为常规的湿法或干法刻蚀工艺来实现，而倾斜台面由于需要控制斜面的角度和尺寸，可能需要更加复杂的工艺步骤或设备。
几何形状容易控制：直角台面的几何形状相对简单，容易控制和调整其宽度、深度和高度等参数。这对于精确的微纳加工和器件集成来说，是非常重要的。
结构稳定性和机械强度：直角台面具有较高的稳定性和机械强度，可以在结构中提供更好的支撑和固定。这对于一些应用中需要稳定的结构或需要承受一定载荷的场景非常重要。
器件集成和组装：由于直角台面具有较为规整和直立的形状，使得器件集成和组装更加方便。直角台面可以提供更好的嵌入和连接接口，便于不同器件的组装、封装和连接
因此，本实施例优选采用直角台面，能够简化制备工艺，加快器件制备效率。
在一种可能实施的方式中，容纳槽05采用台面刻蚀技术刻蚀容纳槽05为倾斜台面或直角台面结构。
需要说明的是，为了制备工艺更加简单，通常可以采用直角台面，然而，与凹槽04不同的是，在容纳槽05下方通常会聚集二位电子气，形成2DEG通道，如果直接采用直角台面，虽然能够保证AlGaN层的厚度，但是会使得有一段2DEG通道在GaN外延层形成一条垂直的通道，如此会导致电场尖峰现象。因此为了平滑该位置的电场线，通常采用倾斜台面，如图3所示的结构，如此可以使得2DEG通道在容纳槽05下方平滑过渡，避免了尖端放电现象。
在一种优选地实施方式中，采用干法刻蚀对应的台面结构。本实施例中利用干法刻蚀可以实现以下效果：
高选择性：干法刻蚀可以实现高度选择性的刻蚀，即只去除目标材料而不损伤其他材料。这得益于使用高能离子束、等离子体或化学反应等物理机制进行刻蚀，能够通过调节工艺参数、选择合适的气体和反应条件，实现对特定材料的选择性刻蚀。
高精度：干法刻蚀可以实现高精度的纳米级结构制作。通过控制离子束的能量和角度，以及等离子体的工艺参数，可以准确控制刻蚀速率和刻蚀深度，从而实现精确定义的微纳结构。
高速刻蚀：干法刻蚀通常具有较高的刻蚀速率。例如，离子束刻蚀和反应离子束刻蚀可以通过调节离子束能量和流量，以及材料的物理和化学反应性质，实现较高的刻蚀速率。这对于大面积刻蚀或高产量加工是非常有利的。
清洁刻蚀：干法刻蚀相对于湿法刻蚀来说，更容易实现清洁的刻蚀过程。由于没有液体介质参与刻蚀过程，减少了污染、杂质和表面张力等问题。这对于特殊应用、高纯度要求的材料以及对表面质量要求高的器件制造非常重要。
在一种可能实施的方式中，容纳槽05的深度大于凹槽04的深度，容纳槽05的宽度大于或等于凹槽04的宽度。
根据图4可知，当容纳槽05采用倾斜台面时，其宽度大于直角台面。而为了保证AlGaN层的厚度，通常可以使得容纳槽05的深度大于凹槽04的深度。如此可以实现在不增加导通阻抗的情况下保持高耐压能力。
在一种可能实施的方式中，凹槽04的宽度为1.5-2.5um，深度为1-3nm。
在一种可能实施的方式中，第一外延层01为GaN层，第二外延层02为AlGaN层，通常AlGaN层厚度在10nm附近，GaN层厚度通常在400nm左右。
在一种可能实施的方式中，一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，还包括：
衬底，第一外延层01在衬底上外延得到；
栅极，在钝化层03上经光刻后得到；
源极和漏极，在钝化层03上经光刻或蒸镀后得到。
在该实施例中，在GaN衬底上的外延层的生长过程大致如下。
衬底准备：首先需要准备好GaN衬底，将其放置在外延生长设备中，并进行表面处理，以确保表面平整、干净、无杂质。
气相输送：在外延生长设备中，将气相输送的材料(如氨气、三甲基铝等)加热至高温，使其分解成原子或分子，然后通过气相输送的方式将其输送到衬底表面。
外延生长：在衬底表面，气相输送的材料会与衬底表面的原子结合，形成新的晶体结构。这个过程称为外延生长。在外延生长过程中，需要控制温度、气压、流量等参数，以确保外延层的质量和厚度。
外延层生长：在第一层外延层生长完成后，可以继续生长下一层外延层。每一层外延层的生长条件都需要根据前一层的生长情况进行调整，以确保每一层外延层的质量和厚度。
结晶质量检测：在外延生长过程中，需要对外延层的结晶质量进行检测。常用的检测方法包括X射线衍射、拉曼光谱、扫描电子显微镜等。
外延层去除：在所有外延层生长完成后，需要将外延层从衬底上去除。这个过程称为外延层去除。常用的去除方法包括化学腐蚀、机械剥离等。
制备器件：最后，可以将外延层制备成各种器件，如LED、激光器、功率器件等。制备过程包括光刻、蚀刻、金属化等步骤。
通常栅极和源极的距离为6.7um，而栅极与漏极的距离在19um左右。
请参阅图5，图5提供了一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的制备方法的流程示意图。
一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的制备方法，所述方法包括：
S10、在第一外延层01远离衬底的一面内刻蚀容纳槽05；
S20、在第一外延层01上外延出第二外延层02；
S30、第二外延层02包含相对的第一面和第二面，第一面与所述钝化层03相邻，第二面与所述第一外延层01相邻，第二面形成伸入容纳槽05的凸部；
S40、在第一面内刻蚀凹槽04，凸部和凹槽04相对。
在一种可能实施的方式中，在第一外延层01远离衬底的一面内刻蚀容纳槽05，包括：
利用台面刻蚀技术在第一外延层01的远离衬底的一面内刻蚀容纳槽05，容纳槽05包括倾斜台面或直角台面结构。
在一种可能实施的方式中，在第一面内刻蚀凹槽04，包括：
利用台面刻蚀技术在所述第一面内刻蚀凹槽04，凹槽04包括倾斜台面或直角台面结构。
请参阅图6，图6提供了一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的制备方法的工艺流程：
图6(a)在衬底上外延一层未掺杂的GaN层。
图6(b)利用刻蚀工艺形成一个浅槽结构。
图6(c)在(b)结构上外延一层AlGaN层。
图6(d)利用刻蚀工艺形成一个AlGaN层的浅槽。
图6(e)沉积钝化层03passivation层。
图6(f)根据标准流程制造Drain/Source/Gate三个结构。
优选地，在未掺杂的GaN层具有良好的绝缘性能，可以在衬底和其他功能层之间提供电绝缘和隔离效果，阻断衬底和其他区域之间的电流流动，避免电路干扰或电学耦合问题。
保护层：GaN材料具有优良的化学稳定性和热稳定性，可以作为保护层来保护下方的衬底和其他功能层，防止外界环境(如湿度、氧气等)对器件的损害，延长器件寿命。
表面平整度提升：未掺杂的GaN层具有较好的结晶质量和表面平整度，可以在衬底上增加一层高质量的晶体生长，使得后续的材料生长和器件加工更加容易，提高器件性能和一致性。
光学应用：未掺杂的GaN层具有较高的透光性和宽带隙特性，可以在光学器件中作为透明窗口或光学界面使用。它可以用作增强发光器件的输出效果，提高器件的亮度、效率和颜色纯度
优选地，可以通过物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、电镀、溅射、原子层沉积(ALD)等工艺进行淀积。
优选地，图6(b)利用刻蚀工艺形成一个浅槽结构时包括：
准备工作：确定要刻蚀的材料和衬底，并选取合适的刻蚀方法和工艺参数。确保刻蚀设备和工艺流程的稳定性和可控性。
掩膜制备：设计并制备能够阻挡刻蚀剂进入的掩膜。掩膜可以是光刻胶、金属膜、氮化硅膜等材料，根据需要进行图案化处理。
掩膜对位：将掩膜精确定位到待刻蚀的表面上。可以使用光刻曝光和显影技术，或者其他微纳加工技术进行对位。
刻蚀过程：将样品放置到刻蚀设备中，并按照预定的工艺参数进行刻蚀。具体的刻蚀方法和工艺参数根据材料和要求的浅槽尺寸决定，常用的刻蚀方法包括湿法刻蚀、干法刻蚀和反应离子束刻蚀等。
刻蚀检验：在刻蚀过程中可以定期检验刻蚀深度，以确保达到所需的浅槽尺寸。可以利用扫描电子显微镜(SEM)等表征工具来进行表征和测量。
掩膜去除：完成刻蚀后，采取措施去除掩膜。具体方法根据掩膜材料的不同，可以选择相应的去膜工艺。
优选地，沉积钝化层03具体包括：
表面准备：在沉积钝化层03之前，需要对待处理的材料表面进行准备。这通常涉及清洁、去除氧化物、油污等，并确保表面平整并且杂质少。这可以通过机械抛光、溶液清洗、超声波清洗等步骤来实现。
钝化层03选择：根据材料的特性和所需的防护性能，选择适当的钝化层03材料。常用的钝化层03材料包括铬(Cr)、镀锌(Galvanizing)、铝氧化层(Aluminum oxide)、氮化层(Nitriding)等。
沉积工艺：根据所选的钝化层03材料，选择相应的沉积工艺。这可以包括物理气相沉积(Physical Vapor Deposition,PVD)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)、电镀等。在沉积过程中，必须控制沉积条件，例如温度、气体压力、沉积速率等，以确保钝化层03的均匀性和质量。
检验和评估：完成钝化层03的沉积后，需要对其进行检验和评估。这可以包括钝化层03的厚度测量、表面形貌观察、电学测试(如电阻测试)和耐蚀性测试等。
后续处理：根据钝化层03的具体要求，可能需要进行一些后续处理步骤。例如，清洗除去沉积过程中的残留物、涂覆保护层、包覆封装等。
通过沉积钝化层03，能够在P-GAN HEMT器件的表面沉积一层薄膜来形成保护层，以提高材料的耐腐蚀性能和稳定性。
优选地，根据标准流程制造Drain/Source/Gate三个结构，包括：
掩膜制备：使用光刻技术，在衬底上制备掩膜层，以定义Drain、Source和Gate区域的位置和形状。掩膜可以是光刻胶或其他适合的材料。
掩膜图案转移：使用光刻工艺将掩膜上的图案转移到衬底表面。这包括曝光掩膜、显影和硅片清洁等步骤，以形成具有所需图案的光刻胶层。
化学腐蚀或刻蚀：使用化学腐蚀或刻蚀工艺，在暴露的衬底上去除不需要的材料。这将形成Drain和Source结构，其位置由光刻胶的图案决定。
Gate电极制备：在衬底上沉积金属或半导体材料，例如铝(Al)或多晶硅(poly-Si)，以形成Gate电极。这通常通过物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)等技术来实现。
电极图案转移：通过光刻和刻蚀步骤，将Gate电极的图案与衬底上的光刻胶层转移到金属或半导体材料上。
掺杂：使用离子注入或其他接近材料表面的方法，在Source和Drain区域中注入或扩散杂质，以形成p型或n型区域。这将形成PN结构，并确定Drain和Source的电性质。
结构封装：根据需要，对器件进行封装和封装。这可能包括涂覆保护层、连接电缆、引线绑扎和封装等步骤。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (10)
1.一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，其特征在于，包括：
第一外延层、第二外延层和钝化层；
所述第二外延层包含相对的第一面和第二面，所述第一面与所述钝化层相邻，所述第二面与所述第一外延层相邻；
所述第一面设有凹槽，所述第二面设置有朝向远离第一面方向延伸的凸部；所述凸部和所述凹槽相对；
第一外延层向远离第二面方向凹陷形成有容纳槽，所述凸部伸入所述容纳槽中。
2.根据权利要求1所述的一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，其特征在于，所述凹槽采用台面刻蚀技术刻蚀，所述凹槽为倾斜台面或直角台面结构。
3.根据权利要求1所述的一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，其特征在于，所述容纳槽采用台面刻蚀技术刻蚀，所述容纳槽为倾斜台面或直角台面结构。
4.根据权利要求1所述的一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，其特征在于，所述容纳槽的深度大于所述凹槽的深度，所述容纳槽的宽度大于或等于所述凹槽的宽度。
5.根据权利要求1所述的一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，其特征在于，所述凹槽的宽度为1.5-2.5um，深度为1-3nm。
6.根据权利要求1所述的一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，其特征在于，所述第一外延层为GaN层，所述第二外延层为AlGaN层。
7.根据权利要求1所述的一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件，其特征在于，还包括：
衬底，所述第一外延层在所述衬底上外延得到；
栅极，在所述钝化层上经光刻后得到；
源极和漏极，在所述钝化层上经光刻或蒸镀后得到。
8.一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
在第一外延层远离衬底的一面内刻蚀容纳槽；
在所述第一外延层上外延出第二外延层；
所述第二外延层包含相对的第一面和第二面，所述第一面与所述钝化层相邻，所述第二面与所述第一外延层相邻，所述第二面形成伸入所述容纳槽的凸部；
在所述第一面内刻蚀凹槽，所述凸部和所述凹槽相对。
9.根据权利要求8所述的一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述在第一外延层远离衬底的一面内刻蚀容纳槽，包括：
利用台面刻蚀技术在第一外延层的远离衬底的一面内刻蚀容纳槽，所述容纳槽包括倾斜台面或直角台面结构。
10.根据权利要求8所述的一种沟槽介电层提高耐压的P-GAN HEMT器件的制备方法，其特征在于，所述在所述第一面内刻蚀凹槽，包括：
利用台面刻蚀技术在所述第一面内刻蚀凹槽，所述凹槽包括倾斜台面或直角台面结构。
Priority Applications (1)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202310812188.9A CN117038721A (zh) | 2023-07-04 | 2023-07-04 | 沟槽介电层提高耐压的p-ganhemt器件及其制备方法 |
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Family
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Family Applications (1)
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| CN202310812188.9A Pending CN117038721A (zh) | 2023-07-04 | 2023-07-04 | 沟槽介电层提高耐压的p-ganhemt器件及其制备方法 |
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2023
- 2023-07-04 CN CN202310812188.9A patent/CN117038721A/zh active Pending
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