[0060] 参照图3,本发明制作基于漏场板的电流孔径异质结晶体管的过程,给出如下三种实施例:
[0061] 实施例一:制作钝化层和保护层均为SiN,且阶梯场板的阶梯数为1的基于漏场板的电流孔径异质结晶体管。
[0062] 步骤1.在衬底1上外延n-型GaN,形成漂移层2,如图3a。
[0063] 采用n-型GaN做衬底1,使用金属有机物化学气相淀积技术,在衬底1上外延厚度为3μm、掺杂浓度为1×1015cm-3的n-型GaN材料,形成漂移层2,其中:
[0064] 外延采用的工艺条件为:温度为950℃,压强为40Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4000sccm,
氨气流量为4000sccm,镓源流量为100μmol/min。
[0065] 步骤2.在漂移层上外延n型GaN,形成孔径层3,如图3b。
[0066] 使用金属有机物化学气相淀积技术,在漂移层2上外延厚度c为0.5μm、掺杂浓度为15 -3
1×10 cm 的n型GaN材料,形成孔径层3,其中:
[0067] 外延采用的工艺条件为:温度为950℃,压强为40Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4000sccm,氨气流量为4000sccm,镓源流量为100μmol/min。
[0068] 步骤3.制作电流阻挡层4,如图3c。
[0069] 先在孔径层3上制作掩模;
[0070] 再使用离子注入技术,在孔径层内的两侧位置注入剂量为1×1015cm-2的p型杂质Mg,形成厚度b与孔径层厚度相等,宽度a为0.5μm的两个电流阻挡层4,两个对称的电流阻挡层4之间形成孔径5。
[0071] 步骤4.外延GaN材料制作沟道层6,如图3d。
[0072] 使用分子束外延技术,在两个电流阻挡层4和孔径5的上部外延厚度为0.04μm的GaN材料,形成沟道层6;
[0073] 所述分子束外延技术,其工艺条件为:
真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源。
[0074] 步骤5.外延Al0.5Ga0.5N,制作势垒层7,如图3e。
[0075] 使用分子束外延技术在沟道层6上外延厚度为5nm的的Al0.5Ga0.5N材料,形成势垒层7,其中:
[0076] 分子束外延的工艺条件为:真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源、高纯Al源;
[0077] 步骤6.在势垒层7上部外延p+型GaN,形成帽层8,如图3f。
[0078] 使用分子束外延技术,在势垒层7上部外延厚度为0.02μm的p+型GaN材料,形成帽层8;
[0079] 所述分子束外延技术,其工艺条件为:真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源、高纯Mg源。
[0080] 步骤7.在帽层8左、右两侧刻蚀制作台阶9,如图3g。
[0081] 在帽层8上制作掩模,使用反应离子刻蚀技术,在帽层8左、右两侧刻蚀深度为0.02μm,形成台阶9,且两个台阶之间的帽层8与左右两个电流阻挡层4的水平交叠长度均为0.1μm;
[0082] 反应离子刻蚀的工艺条件为:Cl2流量为15sccm,压强为10mTorr,功率为100W。
[0083] 步骤8.制作左、右两个注入区10,如图3h。
[0084] 先在帽层8的上部及未被帽层8覆盖的势垒层7上部制作掩模;
[0085] 再使用离子注入技术,在势垒层内的两侧注入剂量为1×1015cm-2的n型杂质Si,形成深度为0.01μm的注入区10;
[0086] 然后,在1200℃温度下进行快速热
退火。
[0087] 步骤9.制作源极11,如图3i。
[0088] 先在注入区10上部、未被帽层8覆盖的势垒层7上部、以及帽层8上部制作掩模;
[0089] 再使用
电子束蒸发技术,在两个注入区上部淀积Ti/Au/Ni组
合金属,形成源极11,其中:所淀积的金属,自下而上,Ti的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.3μm、Ni的厚度为0.05μm;
[0090]
电子束蒸发的工艺条件为:真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于
[0091] 步骤10.制作栅极12,如图3j。
[0092] 10.1)在源极11上部、未被帽层8覆盖的势垒层7上部、以及帽层8上部制作掩模;
[0093] 10.2)使用电子束蒸发技术,在帽层8上淀积Ni/Au/Ni组合金属,形成栅极12,其中:所淀积的金属自下而上,Ni的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.2μm、Ni的厚度为0.04μm;
[0094] 电子束蒸发的工艺条件为:真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于
[0095] 步骤11.制作肖特基漏极13,如图3k。
[0096] 使用电子束蒸发技术,在整个衬底1的背面上依次淀积Ni、Au、Ni金属,形成肖特基漏极13,其中:Ni的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.7μm、Ni的厚度为0.05μm;
[0097] 淀积金属所采用的工艺条件为:真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于
[0098] 步骤12.淀积SiN绝缘介质材料,形成包裹的钝化层14,如图3l。
[0099] 使用
等离子体增强化学气相淀积技术,在除了肖特基漏极13底部以外的其他所有区域淀积SiN绝缘介质材料,形成包裹的钝化层14,其中:
[0100] 淀积钝化层的工艺条件是:气体为NH3、N2及SiH4,气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm,温度、射频功率和压强分别为300℃、25W和950mTorr。
[0101] 步骤13.在钝化层内的左、右两边刻蚀第1个平台,如图3m。
[0102] 在肖特基漏极13的背面和钝化层14的背面制作掩模,使用反应离子刻蚀技术在钝化层14的背面左右两边内进行刻蚀,形成第1个平台,其中:
[0103] 反应离子刻蚀的工艺条件为:CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W。
[0104] 步骤14.制作第1阶梯,如图3n。
[0105] 参照图4,本步骤的具体实现如下:
[0106] 在肖特基漏极13的背面和钝化层14的背面制作一次掩模,使用反应离子刻蚀技术,在钝化层14左、右两边的第1个平台内进行刻蚀,形成第1阶梯,并得到第2个平台,且第1阶梯与漂移层2的最小水平间距t为0.05μm,第1阶梯宽度S1为0.3μm,第1阶梯高度L1为0.5μm,且第1阶梯下表面距离衬底1下边界的垂直距离W等于0.5μm,其中:
[0107] 反应离子刻蚀的工艺条件为:CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W。
[0108] 步骤15.制作阶梯场板15,如图3o。
[0109] 15.1)在肖特基漏极13的背面以及带有1个阶梯的钝化层14的背面制作掩模;
[0110] 15.2)使用电子束蒸发技术,即在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,在左、右两边的第1阶梯上淀积连续的金属Pt,制作左、右对称的两个阶梯场板15,阶梯场板的下边界所在高度低于衬底1下边界所在高度
0.2μm,并将该两侧的阶梯场板与肖特基漏极电气连接;
[0111] 步骤16.淀积SiN绝缘介质材料,制作保护层16,如图3p。
[0112] 16.1)在肖特基漏极13的背面、阶梯场板的下部区域和钝化层14的背面制作掩模;
[0113] 16.2)使用等离子体增强化学气相淀积技术,在两个阶梯场板15下部区域和钝化层14的背面填充SiN绝缘介质材料,制作保护层16,完成整个器件的制作。
[0114] 所述等离子体增强化学气相淀积技术,其工艺条件为:气体为NH3、N2及SiH4,气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm,温度、射频功率和压强分别为300℃、25W和950mTorr。
[0115] 实施例二:制作钝化层和保护层均为SiO2,且阶梯场板的阶梯数为2的基于漏场板的电流孔径异质结晶体管。
[0116] 第一步.在衬底1上外延n-型GaN,形成漂移层2,如图3a。
[0117] 在温度为1000℃,压强为45Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4400sccm,氨气流量为4400sccm,镓源流量为110μmol/min的工艺条件下,采用n-型GaN做衬底1,使用金属有机物化学气相淀积技术,在衬底1上外延厚度为10μm、掺杂浓度为5×1015cm-3的n-型GaN材料,完成漂移层2的制作。
[0118] 第二步.在漂移层上外延n型GaN,形成孔径层3,如图3b。
[0119] 在温度为1000℃,压强为45Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4400sccm,氨气流量为4400sccm,镓源流量为110μmol/min的工艺条件下,使用金属有机物化学气相淀积技术,在漂移层2上外延厚度c为1μm、掺杂浓度为1×1016cm-3的n型GaN材料,完成孔径层3的制作。
[0120] 第三步.制作电流阻挡层4,如图3c。
[0121] 3.1)在孔径层3上制作掩模;
[0122] 3.2)使用离子注入技术,在孔径层3内的两侧位置注入剂量为5×1015cm-2的p型杂质Mg,形成厚度b为1μm,宽度a为2μm的两个电流阻挡层4,两个对称的电流阻挡层4之间形成孔径5。
[0123] 第四步.外延GaN材料,制作沟道层6,如图3d。
[0124] 在真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源的工艺条件下,使用分子束外延技术,在两个电流阻挡层4和孔径5的上部外延厚度为0.1μm的GaN材料,完成沟道层6的制作。
[0125] 第五步.外延Al0.3Ga0.7N,制作势垒层7,如图3e。
[0126] 在真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源、高纯Al源的工艺条件下,使用分子束外延技术,在沟道层6上外延厚度为25nm的Al0.3Ga0.7N材料,完成势垒层7的制作。
[0127] 第六步.在势垒层7上部外延p+型GaN,形成帽层8,如图3f。
[0128] 在真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源、高纯Mg源的工艺条件下,使用分子束外延技术,在势垒层7上部外延厚度为0.2μm的p+型GaN材料,完成帽层8的制作。
[0129] 第七步.在帽层8的左、右两侧,刻蚀制作台阶9,如图3g。
[0130] 7.1)在帽层8上制作掩模;
[0131] 7.2)在Cl2流量为15sccm,压强为10mTorr,功率为100W的工艺条件下,使用反应离子刻蚀技术,在帽层8左、右两侧进行刻蚀,且刻蚀区深度等于0.2μm,形成台阶9,且两个台阶之间的帽层8与左右两个电流阻挡层4的水平交叠长度均为1μm。
[0132] 第八步.制作左、右两个注入区10,如图3h。
[0133] 8.1)在帽层8的上部及未被帽层8覆盖的势垒层7上部制作掩模;
[0134] 8.2)使用离子注入技术,在势垒层7内的两侧注入剂量为5×1015cm-2的n型杂质Si,制作深度为0.05μm的注入区10;然后在1200℃温度下进行快速热退火。
[0135] 第九步.制作源极11,如图3i。
[0136] 9.1)在注入区10上部、两边未被帽层8覆盖的势垒层7上部、以及帽层8上部,制作掩模;
[0137] 9.2)在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,使用电子束蒸发技术,在两侧的注入区上部淀积Ti/Au/Ni组合金属,完成源极11的制作,且自下而上,Ti的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.3μm、Ni的厚度为0.05μm。
[0138] 第十步.制作栅极12,如图3j。
[0139] 10.1)在两个源极11上部、两边未被帽层8覆盖的势垒层7上部、以及帽层8上部制作掩模;
[0140] 10.2)在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,使用电子束蒸发技术,在帽层8上淀积Ni/Au/Ni组合金属,完成栅极12的制作,且自下而上,Ni的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.2μm、Ni的厚度为0.04μm。
[0141] 第十一步.制作肖特基漏极13,如图3k。
[0142] 在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,使用电子束蒸发技术,在整个衬底1的背面依次淀积金属Ni、Au、Ni,形成Ni/Au/Ni组合金属,完成肖特基漏极13的制作,且Ni的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.7μm、Ni的厚度为0.05μm。
[0143] 第十二步.淀积SiO2绝缘介质材料,形成包裹的钝化层14,如图3l。
[0144] 在N2O流量为850sccm,SiH4流量为200sccm,温度为250℃,射频功率为25W,压力为1100mTorr的工艺条件下,使用等离子体增强化学气相淀积技术,淀积SiO2绝缘介质材料,以包裹除了肖特基漏极13底部以外的其他所有区域,完成钝化层14的制作。
[0145] 第十三步.在钝化层内的左、右两侧刻蚀制作第1个平台,如图3m。
[0146] 13.1)在肖特基漏极13的背面和钝化层14的背面制作一次掩模;
[0147] 13.2)在CF4流量为20sccm,O2流量为2sccm,压强为20mTorr,偏置电压为100V的工艺条件下,使用反应离子刻蚀技术,在钝化层左右两侧的背面内进行刻蚀,完成第1个平台的制作。
[0148] 第十四步.制作第1阶梯至第2阶梯,如图3n。
[0149] 参照图4,本步骤的具体实现如下:
[0150] 14.1)在肖特基漏极13的背面和钝化层14的背面制作一次掩模,使用反应离子刻蚀技术,在钝化层14左、右两边的第1个平台内进行刻蚀,形成第1阶梯,并得到第2个平台,且第1阶梯与漂移层2的最小水平间距t为0.08μm,第1阶梯宽度S1为0.4μm,第1阶梯高度L1为1.5μm,且第1阶梯下表面距离衬底1下边界的垂直距离W等于1.5μm;
[0151] 14.2)在肖特基漏极13的背面和钝化层14的背面制作一次掩模,使用反应离子刻蚀技术,在钝化层14左、右两边的第2个平台内进行刻蚀,形成第2阶梯,并得到第3个平台,第2阶梯宽度S2为0.55μm,第2阶梯高度L2为1.5μm;
[0152] 反应离子刻蚀的工艺条件为:CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W。
[0153] 第十五步.制作阶梯场板15,如图3o。
[0154] 15.1)在肖特基漏极13的背面和带有两个阶梯的钝化层14的背面制作掩模;
[0155] 15.2)在真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件下,使用电子束蒸发技术,在钝化层14左、右两边的第1阶梯至第2阶梯上淀积连续的金属Au,以制作左、右对称的两个阶梯场板15,阶梯场板的下边界所在高度低于衬底1下边界所在高度0.2μm,并将该阶梯场板与肖特基漏极电气连接。
[0156] 第十六步.淀积SiO2材料,制作保护层16,如图3p。
[0157] 16.1)在肖特基漏极13的背面、阶梯场板的下部区域和钝化层14的背面制作掩模;
[0158] 16.2)在N2O流量为850sccm,SiH4流量为200sccm,温度为250℃,射频功率为25W,压力为1100mTorr的工艺条件下,使用等离子体增强化学气相淀积技术,在两个阶梯场板15下部区域和钝化层14的背面完全填充SiO2,完成保护层16的制作,从而完成整个器件的制作。
[0159] 实施例三:制作钝化层为SiO2,保护层为SiN,且阶梯场板的阶梯数为3的基于漏场板的电流孔径异质结晶体管。
[0160] 步骤A.采用温度为950℃,压强为40Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4000sccm,氨气流量为4000sccm,镓源流量为100μmol/min的工艺条件,采用n-型GaN做衬底1,使用金属有机物化学气相淀积技术,在衬底上外延厚度为100μm、掺杂浓度为1×1018cm-3的n-型GaN材料,制作漂移层2,如图3a。
[0161] 步骤B.采用温度为950℃,压强为40Torr,以SiH4为掺杂源,氢气流量为4000sccm,氨气流量为4000sccm,镓源流量为100μmol/min的工艺条件,使用金属有机物化学气相淀积技术,在漂移层2上外延厚度为2μm、掺杂浓度为1×1018cm-3的n型GaN材料,制作孔径层3,如图3b。
[0162] 步骤C.在孔径层3上制作掩模,再使用离子注入技术,在孔径层内的两侧位置注入剂量为1×1016cm-2的p型杂质Mg,制作厚度b为2μm,宽度a为4μm的两个电流阻挡层4,两个对称的电流阻挡层4之间形成孔径5,如图3c。
[0163] 步骤D.采用真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源的工艺条件,使用分子束外延技术,在两个电流阻挡层4和孔径5上部外延厚度为0.2μm的GaN材质的沟道层6,如图3d。
[0164] 步骤E.采用真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源、高纯Al源的工艺条件,使用分子束外延技术,在沟道层6上外延厚度为50nm的Al0.1Ga0.9N材质的势垒层7,如图3e
[0165] 步骤F.采用真空度小于等于1.0×10-10mbar,射频功率为400W,反应剂采用N2、高纯Ga源、高纯Mg源的工艺条件,使用分子束外延技术,在势垒层7上部外延厚度为0.25μm的p+型GaN材料,制作帽层8,如图3f。
[0166] 步骤G.在帽层8上制作掩模,再采用Cl2流量为15sccm,压强为10mTorr,功率为100W的工艺条件,使用反应离子刻蚀技术,在帽层8左、右两侧进行刻蚀,且刻蚀区深度等于
0.25μm,制作台阶9,且两个台阶之间的帽层8与左右两个电流阻挡层4的水平交叠长度为
0.5μm,如图3g。
[0167] 步骤H.在未被帽层8覆盖的势垒层7上部以及帽层8上部制作掩模;再使用离子注入技术,在两边未被帽层8覆盖的势垒层7内两侧注入剂量为1×1016cm-2的n型杂质Si,制作深度为0.08μm的两个注入区10;然后,在1200℃下进行快速热退火,如图3h。
[0168] 步骤I.在注入区10上部、帽层8上部以及两边未被帽层8覆盖的势垒层7上部制作掩模;再采用真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件,使用电子束蒸发技术,在两侧的注入区上部淀积Ti/Au/Ni组合金属,制作源极11,其中所淀积的金属自下而上,Ti的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.3μm、Ni的厚度为0.05μm,如图3i。
[0169] 步骤J.在两个源极11上部、两边未被帽层8覆盖的势垒层7上部、以及帽层8上部制作掩模,再采用真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件,使用电子束蒸发技术,在帽层8上淀积Ni/Au/Ni组合金属,制作栅极12,且自下而上,Ni的厚度为0.02μm、Au的厚度为0.2μm、Ni的厚度为0.04μm。,如图3j。
[0170] 步骤K.采用真空度小于1.8×10-3Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于的工艺条件,使用电子束蒸发技术,在整个衬底1的背面上淀积金属,制作肖特基漏极13,其中所淀积的金属依次为Ni、Au、Ni,形成Ni/Au/Ni金属组合,且Ni的厚度为0.02μm,Au的厚度为0.7μm,Ni的厚度为0.02μm,如图3k。
[0171] 步骤L.采用N2O流量为850sccm,SiH4流量为200sccm,温度为250℃,射频功率为25W,压力为1100mTorr的工艺条件,使用等离子体增强化学气相淀积技术,淀积SiO2绝缘介质材料,以包裹除了肖特基漏极13底部以外的其他所有区域,完成钝化层14的制作,如图
3l。
[0172] 步骤M.在肖特基漏极13的背面和钝化层14的背面制作掩模,再采用CF4流量为20sccm,O2流量为2sccm,压强为20mTorr,偏置电压为100V的工艺条件,使用反应离子刻蚀技术,在背面的钝化层14左、右两侧内刻蚀,形成第1个平台,如图3m。
[0173] 步骤N.制作第1阶梯至第3阶梯,如图3n。
[0174] 参照图4,本步骤的具体实现如下:
[0175] n1)在肖特基漏极13的背面和钝化层14的背面制作一次掩模,使用反应离子刻蚀技术,在钝化层14左、右两边的第1个平台内进行刻蚀,形成第1阶梯,并得到第2个平台,且第1阶梯与漂移层2的最小水平间距t为0.2μm,第1阶梯宽度S1为0.7μm,第1阶梯高度L1为4μm,且第1阶梯下表面距离衬底1下边界的垂直距离W等于4μm;
[0176] n2)在肖特基漏极13的背面和钝化层14的背面制作一次掩模,使用反应离子刻蚀技术,在钝化层14左、右两边的第2个平台内进行刻蚀,形成第2阶梯,并得到第3个平台,第2阶梯宽度S2为0.85μm,第2阶梯高度L2为4μm;
[0177] n3)在肖特基漏极13的背面和钝化层14的背面制作一次掩模,使用反应离子刻蚀技术,在钝化层14左、右两边的第3个平台内进行刻蚀,形成第3阶梯,并得到第4个平台,第3阶梯宽度S3为0.96μm,第3阶梯高度L3为4μm;
[0178] 反应离子刻蚀的工艺条件为:CF4流量为45sccm,O2流量为5sccm,压强为15mTorr,功率为250W。
[0179] 步骤O.在肖特基漏极13的背面和带有三级阶梯的钝化层14的背面制作掩模,再采-3用真空度小于1.8×10 Pa,功率范围为200~1000W,蒸发速率小于 的工艺条件,使用电子束蒸发技术,在背面钝化层左右两边第1阶梯至第3阶梯上淀积连续的金属Ni,完成两个阶梯场板15的制作,阶梯场板的下边界所在高度低于衬底1下边界所在高度0.3μm,并将该阶梯场板与肖特基漏极电气连接,如图3o。
[0180] 步骤P.在肖特基漏极13的背面、阶梯场板15的下部区域和钝化层14的背面制作掩模;再采用气体为NH3、N2及SiH4,气体流量分别为2.5sccm、950sccm和250sccm,温度、射频功率和压强分别为300℃、25W和950mTorr的工艺条件,使用等离子体增强化学气相淀积技术,在两个阶梯场板15下部区域和钝化层14的背面填充SiN绝缘介质材料,制作保护层16,完成整个器件的制作,如图3p。
[0181] 本发明的效果可通过以下仿真进一步说明。
[0182] 仿真:对本发明器件在反向击穿情况下的二维电场分布进行仿真,结果如图5,其中器件采用了3个阶梯,击穿电压为-1050V;沿图5中器件漂移层右侧边缘做垂直方向的切线,得到孔径层下边缘以下的纵向电场分布,结果如图6。
[0183] 结合图5和图6所示的电场分布可以明显地看出,本发明器件结构可以有效地调制器件内部和漂移层两侧表面附近的电场分布,增加器件内高场区的范围,且使得器件内部和漂移层两侧表面附近的电场分布平坦,因此本发明器件可以有效实现反向阻断功能。
[0184] 以上描述仅是本发明的几个具体实施例,并不构成对本发明的限制,显然对于本领域的专业人员来说,在了解了本发明内容和原理后,能够在不背离本发明的原理和范围的情况下,根据本发明的方法进行形式和细节上的各种修正和改变,但是这些基于本发明的修正和改变仍在本发明的
权利要求保护范围之内。