一种基于Si衬底的GaN基高压HEMT器件外延结构及其制造方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115911123A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211563452.1H01L29/32(2006.01)(22)申请日2022.12.07H01L21/335(2006.01)(71)申请人江苏芯港半导体有限公司地址221200江苏省徐州市睢宁县空港经济开发区苏杭路北、观音大道西(72)发明人白俊春(74)专利代理机构北京恒泰铭睿知识产权代理有限公司11642专利代理师何平(51)Int.Cl.H01L29/778(2006.01)H01L29/06(2006.01)H01L29/16(2006.01)H01L29/201(2006.01)H01L29/207(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于Si衬底的GaN基高压HEMT器件外延结构及其制造方法(57)摘要本发明涉及芯片制造领域，且公开了一种基于Si衬底的GaN基高压HEMT器件外延结构，所述外延结构包括：Si衬底层、成核层、底缓冲层、粗磨钝化层、中缓冲层、细磨开槽层、顶缓冲层、低温AIN插入层、ALGaNg势垒功能层和GaN帽层；其中，所述底缓冲层的厚度为30‑40μm，所述粗磨钝化层位于底缓冲层的表面，所述粗磨钝化层的顶部设置有中缓冲层，通过生长三重缓冲层以开设粗磨钝化层和细磨开槽层的方式进行衔接，不断消除Si衬底层在原始阶段所表现出来的划痕等瑕疵，使得在生长阶段，Si衬底层的表面瑕疵不会被延伸复制，从而避免对器件产生负面影响，防止后续所部署的二极管的反向漏电流增大，降低器件的能耗，改善器件的运行环境。CN115911123ACN115911123A权利要求书1/2页1.一种基于Si衬底的GaN基高压HEMT器件外延结构，其特征在于，包括：Si衬底层、成核层、底缓冲层、粗磨钝化层、中缓冲层、细磨开槽层、顶缓冲层、低温AIN插入层、ALGaNg势垒功能层和GaN帽层；其中，所述底缓冲层的厚度为30‑40μm，所述粗磨钝化层位于底缓冲层的表面，所述粗磨钝化层的顶部设置有中缓冲层，所述粗磨钝化层位于底缓冲层内部的深度直径范围为20‑25μm，所述中缓冲层的最长深度直径范围为25‑35μm，所述中缓冲层的最短深度直径范围为5‑10μm，所述粗磨钝化层表面沟槽的横截面直径范围为5‑10μm，且沟槽间距为1‑2μm，所述中缓冲层的表面设置有细磨开槽层，所述细磨开槽层位于中缓冲层内部的直径范围为2‑5微米，所述细磨开槽层表面沟槽的横截面直径范围为1‑3微米，且沟槽间距为0.5‑1微米，所述细磨开槽层的顶端设置有顶缓冲层，所述顶缓冲层的最大深度直径为5‑8μm，所述顶缓冲层的最小深度直径为0.5‑1.5微米，所述底缓冲层、中缓冲层和顶缓冲层由AlGaN材料组成；所述顶缓冲层的顶端设置有低温AIN插入层，所述低温AIN插入层的顶端设置有ALGaNg势垒功能层，所述ALGaNg势垒功能层的顶端设置有GaN帽层。2.根据权利要求1所述的一种基于Si衬底的GaN基高压HEMT器件外延结构，其特征在于，所述底缓冲层、中缓冲层和顶缓冲层中的AI含量沿成核层和低温AIN插入层的方向逐步降低。3.根据权利要求1所述的一种基于Si衬底的GaN基高压HEMT器件外延结构，其特征在于，所述成核层处于550‑1000℃的温度条件下生长在Si衬底上，生长压强<50mBar，且呈GaN岛状结构。4.根据权利要求1所述的一种基于Si衬底的GaN基高压HEMT器件外延结构，其特征在于，所述ALGaNg势垒功能层中的Al的含量为10％‑40％。5.根据权利要求1所述的一种基于Si衬底的GaN基高压HEMT器件外延结构，其特征在于，所述底缓冲层、中缓冲层和顶缓冲层的生长温度条件在1000‑1350℃。6.一种基于Si衬底的GaN基高压HEMT器件外延结构的制造方法，所述方法是对如权利要求1‑5中任意一项所述的一种基于Si衬底的GaN基高压HEMT器件外延结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：Step1：在反应室内对Si衬底层的表面进行退火处理，温度恒定保持在1150℃，时间为15min；Step2：在Si衬底层上外延成核层，所述成核层的厚度为5‑25nm；Step3：在成核层的表面生长底缓冲层，采用干式刻蚀法形成粗磨钝化层，在粗磨钝化层上生长中缓冲层，再采用干式刻蚀法形成细磨开槽层，在细磨开槽层上生长顶缓冲层；Step4：在所述顶缓冲层上外延生长低温AIN插入层；Step5：在所述低温AIN插入层上生长ALGaNg势垒功能层，所述ALGaNg势垒功能层AL元素的摩尔含量M满足0.2<M<0.5，所述ALGaNg势垒功能层于单个生长周期内依次生成N型掺杂层、非掺杂层和P型掺杂层；Step