基于Si衬底外延SiC基GaNHEMT的工艺方法与流程

本发明涉及化合物半导体制造技术领域，尤其涉及基于si衬底外延sic基ganhemt的工艺方法。

背景技术：

ganhemt器件作为第三代化合物半导体的代表器件，以其高电子迁移率、高击穿电压、高电流密度、高可靠性，广泛应用于微波功率放大领域，是现代军民通信系统、航空航天的首选器件。ganhemt器件在高频、大功率应用层面，需要输出高的电流密度，而sic材料的晶格常数与gan材料的晶格常数接近，因此一般在sic衬底上外延生长高质量的ganhemt异质结结构，具备较大的电流密度，同时sic材料的热导率较高，能够保证大功率散热的要求，因此sic基ganhemt器件广泛应用于微波功率放大。

为了提高sic基ganhemt器件在高频、高功率应用时性能，提高基底散热能力、降低寄生效应，常采用的方法：

在厚度约为500um的sic衬底上外延生长ganhemt结构，然后对其正面进行工艺制备。在正面工艺完成后，使用粘附剂和同尺寸玻璃等材料作为载片把正面保护，然后在进行背面的sic研磨，研磨至200um以下，再进行背孔工艺。因为sic材料较硬，研磨速率较慢，研磨厚度较厚，长时间研磨过程会引起以下问题：1.研磨过程所产生的机械振动，会对基于极化效应的ganhemt器件可靠性造成不可逆的影响。2.研磨后的sic的表面较大的粗糙度会影响后续背孔工艺稳定性，从而影响器件的高频性能。3.在sic衬底的减薄过程中，研磨速率的不均匀性会影响整个晶圆翘曲度，影响氮化镓材料内部的极化效应，影响器件的输出电流密度；严重会导致晶圆与载片脱离，导致工艺失败。4.研磨过程中的副产物，也会对正面器件造成污染，引起一系列器件可靠性问题。因此，以上方法虽广泛应用于sic基ganhemt器件制备中，但仍然存在很大的问题，直接影响器件性能以及良品率。

在器件制备过程中，在完成正面工艺之后都要对厚度达到500um的sic衬底进行减薄和背孔工艺，是将500um左右的sic衬底通过机械研磨减薄到200um以下，再进行接地背孔工艺，此工艺的目的一是为了ganhemt器件的散热，二是进行接地背孔工艺，以减小器件内部的寄生效应，是器件应用于高频领域必不可少的工艺步骤。因为sic衬底中的si-c键能较大，sic材料非常坚硬，机械研磨过程中不可避免的会对正面器件造成不可逆的损伤，会使后续背孔工艺难度增加；且sic基ganhemt外延片为透明，在全自动机台上进行工艺制备，会受到一系列光学传感器检测失效所引起的机台兼容性影响。基于以上理由外延、工艺技术需要革新，来提高sic基ganhemt器件的性能和降低工业化生产的难度。

因此，现有在制备sic基ganhemt器件时采用的方法，存在影响器件性能的技术问题。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是现有在制备sic基ganhemt器件时采用的方法，存在影响器件性能的技术问题，进而提供基于si衬底外延sic基ganhemt的工艺方法，能够有效提高器件的性能，提高了良品率。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案：提供基于si衬底外延sic基ganhemt的工艺方法，包括如下步骤：

在si衬底上生长sic层；

在所述sic层上生长ganhemt器件；

在所述ganhemt器件上涂抹光刻胶保护层，并以预设温度烘烤预设时间，在所述光刻胶保护层上采用粘附剂黏贴载片；

采用湿法或干法方式对所述ganhemt器件背面的si衬底进行腐蚀移除；

在移除si衬底的sic层上进行背面通孔工艺，使得ganhemt器件正面接地区域与反面连通；

在所述ganhemt器件背面即sic层面上，沉积金属ti或au；

采用加热以及有机或无机溶液湿法腐蚀光刻胶保护层和载片、粘附剂。

区别于现有技术的情况，本发明的有益效果是：

由于在si基ganhemt中插入薄层sic层，最显著的特点是可以提高ganhemt结构的生长质量，提高器件在大功率应用时的散热，直接提高ganhemt器件的性能；

另外sic层可以直接降低生长厚sic层的能量和材料消耗。在工艺实现上，一是将透明的常规sic基ganhemt外延片转化为非透明的晶圆，在工艺机台兼容性上，特别是在涉及光学检测、识别的步骤上，提供了较大的便利；其次在背面工艺上，用si衬底作为整个外延结构的载体，易于完全移除。在移除后可以省去sic的机械研磨，避免对正面器件的造成不可逆损伤；可以直接对薄层sic进行背面通孔工艺，较大程度降低了ganhemt微波功率器件的制备工艺难度，器件性能和良率大幅度提升。

附图说明

图1是本发明实施例中基于si衬底外延sic基ganhemt的工艺方法的步骤流程示意图；

图2-图9是本发明实施例中基于si衬底外延sic基ganhemt的工艺方法的示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。

本发明实施例提供的基于si衬底外延sic基ganhemt的工艺方法，解决了现有技术中在制备sic基ganhemt器件时采用的方法，存在影响器件性能的技术问题。

本发明实施例提供的基于si衬底外延sic基ganhemt的工艺方法，如图1所示，包括如下步骤：s101，在si衬底上生长sic层；s102，在该sic层上生长ganhemt器件；s103，在ganhemt器件上采用匀胶机涂抹光刻胶保护层，并以预设温度烘烤预设时间，在所述光刻胶保护层上采用粘附剂黏贴载片；s104，采用湿法或干法方式对所述ganhemt器件背面的si衬底进行腐蚀移除；s105，在移除si衬底的sic层上进行背面通孔工艺，使得ganhemt器件正面接地区域与反面连通；s106，在所述ganhemt器件背面即sic层面上，沉积金属ti或au；s107，采用加热以及有机或无机溶液湿法腐蚀光刻胶保护层和载片、粘附剂。

在具体的实施方式中，如图2所示，在si衬底上生长sic层，si衬底的厚度具体为200-600μm，si衬底的阻值具体为5000ω.mm，该si衬底掺杂类型具体为n型或p型，si衬底上生长晶向具体为001或者111。

具体地，该si衬底上生长sic层具体为采用mocvd，pecvd，icpcvd中任一种方式进行生长。si衬底上生长的sic层具体可以是单晶或多晶，sic层厚度具体为1-200μm。具体地，通过pecvd在厚度为678μm的六吋si片上外延生长薄层sic层，生长沿si衬底的111方向，生长温度为300摄氏度，反应气体为硅烷sih4和甲烷ch4，氩气ar为稀有气体。

接着，执行s102，在sic层上生长ganhemt器件。如图3、图4所示，具体地，先制作外延片，然后再制作源、栅、漏极。因此，先在sic层上依次生长aln成核层、gan缓冲层、aln插入层、algan势垒层、gan帽层，形成ganhemt外延片，具体地；成核层的厚度为1nm，gan缓冲层具体为铁掺杂，厚度为1.8μm，aln插入层的厚度为1nm，algan势垒层为非故意掺杂，厚度为20nm，其中，al组分为25％，gan帽层的厚度为2nm。

然后，在该ganhemt外延片上依次进行器件有源区隔离、源漏欧姆接触、栅极接触、电极加厚、金属互联的工艺，完成ganhemt器件的制备。具体地，在ganhemt外延片上采用氟离子注入形成器件有源区隔离，采用电子束蒸发金属ti、al、ni、au中的任意一种，具体如果是采用ti，那么金属ti的厚度为20nm，如果采用al,那么金属al的厚度为150nm，如果采用ni，那么金属ni的厚度为50nm，如果是采用au，那么金属au的厚度为100nm，接着在850摄氏度氮气气氛中退火30s形成源漏欧姆接触和栅极接触，采用电子束蒸发金属ni或au形成栅极接触，如果采用ni,金属ni的厚度为50nm，如果采用au,金属au的厚度为200nm，采用电子束蒸发金属ni或au作为电极加厚,如果采用ni,金属ni的厚度为50nm，如果采用au，金属au的厚度为500nm，采用电子束蒸发金属ni或au，形成正面金属互联，如果采用ni,金属ni的厚度为50nm，如果采用au,金属au的厚度为500nm，完成ganhemt器件的制备。

在上述制备完成的ganhemt器件之后，如图5所示，执行s103，在ganhemt器件上涂抹光刻胶保护层，具体是az4620光刻胶，可以采用匀胶机，并以预设温度烘烤预设时间，在该光刻胶保护层上采用粘附剂黏贴载片。为了对该ganhemt器件制备的外延片正面区域进行保护，保护的具体方式就是采用耐酸、碱腐蚀的光刻胶、有机或无机薄膜，以覆盖方式的旋转式、喷射式等物理或化学沉积方法或者直接黏贴，使得形成的光刻胶保护层厚度为1μm-100μm，然后，在该光刻胶保护层上使用粘附剂将载片黏贴在一起。该载片与ganhemt外延片尺寸相近。具体地，该匀胶机转速为4000转每分钟，时间为30s，胶厚为6μm，120°烘烤120s。

接着，进行背面硅衬底移除，如图6所示，执行s104，采用湿法或干法方式对ganhemt器件背面的si衬底进行腐蚀移除；具体是采用酸、碱湿法腐蚀，等离子体刻蚀，从而有效将si衬底腐蚀掉。具体实施方式中可以使用饱和koh溶液，在80摄氏度水浴环境中，腐蚀晶圆120分钟，从而完全移除背面硅衬底。

然后，进行背面通孔工艺，如图7所示，执行s105，在移除si衬底的sic层上进行背面通孔工艺，使得ganhemt器件正面接地区域与反面连通。具体地，使用氟基作为等离子体刻蚀气体，以金属ni为刻蚀掩膜，刻蚀sic层，去除ni再用氯基作为等离子体刻蚀气体，以sic为刻蚀掩膜，刻蚀该氮化物薄层至正面金属层。更具体一些，采用光刻负胶，通过双面光刻对准和电镀的方式在ganhemt器件正面接地区域，形成金属ni刻蚀掩膜厚度为5μm；采用等离子体刻蚀方法刻蚀sic层以上区域至正面器件区域，即采用刻蚀气体为sf6，稀释气体为ar的等离子体刻蚀方法刻蚀sic层以上一部分；接着采用刻蚀气体为cl2和稀释气体为bcl3的等离子体刻蚀方法刻蚀另一部分至ganhemt器件正面接地区域，使得ganhemt器件正面接地区域与反面连通。

在完整背面通孔工艺之后，进行背面金属工艺，如图8所示，具体地，执行s106，在ganhemt器件背面即sic层面上，沉积金属ti或au，100μm或者1000μm；具体地，沉积低电阻率金属将正面器件的“地”线连接到背面，目的是为了减小器件工作在高频下的寄生效应，金属沉积方式可以采用电子束蒸发、磁控溅射，电镀等方式，在本发明实施例中就不再详细赘述了，采用的低电阻率金属不限于金、铂等，这样，完成了背面工艺。

最后，如图9所示，执行s107，采用加热以及有机或无机溶液湿法腐蚀光刻胶保护层和载片、粘附剂。具体地，采用加热方式移去载片，通过湿法腐蚀方式，采用丙酮去除正面光刻保护胶和粘附剂，从而完成整个工艺过程。

通过上述的技术方案，用si衬底作为整个外延结构的载体，易于完全移除。在移除后可以省去sic的机械研磨，避免对正面器件的造成不可逆损伤；可以直接对薄层sic进行背面通孔工艺，较大程度降低了ganhemt微波功率器件的制备工艺难度，器件性能和良率大幅度提升。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。