一种准垂直二极管的制备方法与流程

1.本发明属于半导体元器件技术领域，具体涉及一种准垂直二极管的制备方法。


背景技术：

2.近年来，人们对gan垂直器件的兴趣不断增加，因为它们本质上可以利用垂直方向上的耗尽实现小面积的高击穿电压，不存在表面陷阱，更稳定，并且具有良好的热性能。
3.通过多沟道异质结所带来的形成的多个并联二维电子气通路，进而使材料方阻显著降低，降低所制备器件的导通电阻，提高电流驱动能力；通过掺杂和缓变组分设计可以提高沟道之间的连通性，有效降低源极接入电阻，提高器件的线性特性；每层沟道中二维电子气(2deg)对应的栅极阈值电压不同，导电沟道越多可提供的逻辑状态越多，有望制成多值逻辑器件；顶层沟道中的2deg存在屏蔽效应，使得底层沟道不受表面的影响，改善由于表面陷阱导致的器件特性退化。而采用allngan/allnn材料形成的异质结构，可以实现与gan的近超晶格匹配生长，不存在应力，提高可靠性，更易实现多沟道并联结构。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种准垂直二极管的制备方法，克服了现有技术的不足，通过多沟道的异质结层所带来的形成的多个并联二维电子气通路，进而使材料方阻显著降低，降低所制备器件的导通电阻，提高电流驱动能力。
5.为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：
6.一种准垂直二极管的制备方法，包括以下具体步骤：
7.步骤1：选取蓝宝石或碳化硅作为衬底层；
8.步骤2：在衬底层上，生长缓冲层,然后依次生长沟道层、氮化铝薄膜以及超晶格匹配的势垒层，从而形成3-6组异质结层，之后生长一层高掺导电的传输层，最后生长低掺杂的漂移层，形成外延结构；
9.步骤3：在所述外延结构上设置阴极台面；
10.步骤4：对所述阴极台面上表面甩光刻胶，并对光刻胶进行阴极曝光，在阴极槽内形成光刻胶掩模；
11.步骤5：光刻胶显影结束后再次进行烘胶，使光刻胶具有更强的抗刻蚀能力；
12.步骤6：采用cl基刻蚀工艺将光刻胶形成的图形转移到传输层上；
13.步骤7：在露出的结构的阴极区域内淀积金属，形成阴极；
14.步骤8：进行阳极金属淀积，形成阳极。
15.进一步，所述步骤二中沟道层的厚度为8-10nm，所述势垒层的厚度为5-10μm，所述传输层的厚度为1-2μm，所述漂移层的厚度为1-4μm。
16.进一步，步骤3中阴极台面的制作具体包括以下步骤：
17.(1)采用甩胶机在3500转/min的转速下甩光刻胶，得到光刻胶掩模；再采用nsr1755i7a光刻机进行曝光，形成台面有源区的掩模图形；
18.(2)然后将做好掩模的基片采用icp98c型感应耦合等离子体刻蚀机在cl2等离子体以1nm/s的刻蚀速率进行台面隔离，刻蚀深度为1μm，形成所述阴极台面。
19.进一步，步骤7中阴极的制作具体包括以下步骤：
20.(1)采用甩胶机在5000转/min的转速下甩光刻胶，得到厚度为0.8μm的光刻胶掩模；
21.(2)在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用nsr1755i7a光刻机进行曝光，形成阴极极区域掩模图形；
22.(3)采用ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行阴极电极制作，阴极金属依次选用ti/al/ni/au，其中ti厚度为20nm，al厚度为160nm，ni厚度为55nm，au厚度为45nm；欧姆接触金属蒸发完成后进行金属剥离，得到完整的阴极电极；
23.(4)再用rtp500快速热退火炉，在870℃的n2气氛中进行30s的快速热退火，对欧姆接触金属进行合金，完成阴极电极的制作。
24.进一步，步骤8中阳极的制作具体包括以下步骤：
25.(1)采用甩胶机在5000转/min的转速下甩光刻胶，得到厚度为0.8μm的光刻胶掩模；
26.(2)在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用nsr1755i7a光刻机进行曝光，形成阳极区域掩模图形；
27.(3)采用ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行栅金属的蒸发，栅金属依次选用ni/au，其中ni厚度为45nm，au厚度为200nm；蒸发完成后进行金属剥离，得到完整的阳极电极。
28.本发明与现有技术相比较，具有以下有益效果：
29.1.本发明中传输层下表面与周期性出现的多沟道的异质结层直接接触，通过多沟道的异质结层所带来的形成的多个并联二维电子气通路，进而使材料方阻显著降低，降低所制备器件的导通电阻，提高电流驱动能力。
30.2.本发明所制备的超晶格结构实现传输层电阻下降的准垂直二极管，采用超晶格匹配材料，具有不影响结晶质量的前提下降低导通电阻的优势。
附图说明
31.图1为一种具有超晶格结构的准垂直二极管的结构示意图。
32.图中：1、衬底层；2、缓冲层；3、沟道层；4、氮化铝薄膜；5、势垒层；6、传输层；7、漂移层；8、阳极；9、阴极。
具体实施方式
33.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。
34.实施例1
35.如图1所示，本发明所述一种准垂直二极管的制备方法，包括以下具体步骤：
36.步骤1：选取蓝宝石或碳化硅作为衬底层1；
37.步骤2：在衬底层1上，生长缓冲层2,然后依次生长厚度为8nm的沟道层3、氮化铝薄膜4以及超晶格匹配的厚度为5μm的势垒层5，从而形成3-6组异质结层，之后生长一层高掺导电的厚度为1μm的传输层6，最后生长低掺杂的厚度为1μm的漂移层7，形成外延结构；
38.势垒层5为n型掺杂的超晶格匹配势垒层5，所述的沟道层3为厚度较薄的氮化镓层，3-6组异质结层依次叠于所述衬底层1上。
39.步骤3：在所述外延结构上设置阴极9台面；
40.阴极9台面的制作具体包括以下步骤：
41.(1)采用甩胶机在3500转/min的转速下甩光刻胶，得到光刻胶掩模；再采用nsr1755i7a光刻机进行曝光，形成台面有源区的掩模图形；
42.(2)然后将做好掩模的基片采用icp98c型感应耦合等离子体刻蚀机在cl2等离子体以1nm/s的刻蚀速率进行台面隔离，刻蚀深度为1μm，形成所述阴极9台面。
43.步骤4：采用甩胶机在5000转/min的转速下甩光刻胶，得到厚度为0.8μm的光刻胶掩模；在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用nsr1755i7a光刻机进行曝光，形成阴极9极区域掩模图形；采用ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行阴极9电极制作，阴极9金属依次选用ti/al/ni/au，其中ti厚度为20nm，al厚度为160nm，ni厚度为55nm，au厚度为45nm；欧姆接触金属蒸发完成后进行金属剥离，得到完整的阴极9电极；再用rtp500快速热退火炉，在870℃的n2气氛中进行30s的快速热退火，对欧姆接触金属进行合金，完成阴极9电极的制作。
44.步骤5：采用甩胶机在5000转/min的转速下甩光刻胶，得到厚度为0.8μm的光刻胶掩模；在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用nsr1755i7a光刻机进行曝光，形成阳极8区域掩模图形；采用ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行栅金属的蒸发，栅金属依次选用ni/au，其中ni厚度为45nm，au厚度为200nm；蒸发完成后进行金属剥离，得到完整的阳极8电极。
45.本实施例中传输层6下表面与周期性出现的多沟道的异质结层直接接触，通过多沟道的异质结层所带来的形成的多个并联二维电子气通路，进而使材料方阻显著降低，降低所制备器件的导通电阻，提高电流驱动能力。
46.实施例2
47.本实施例所公开的具有超晶格结构的准垂直二极管及其制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：具有4组异质结层，且其中沟道层3的厚度为10nm，势垒层5的厚度为8μm，传输层6的厚度为1μm，漂移层7的厚度为1μm。
48.实施例3
49.本实施例所公开的具有超晶格结构的准垂直二极管及其制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：具有5组异质结层，且其中沟道层3的厚度为10nm，势垒层5的厚度为8μm，传输层6的厚度为2μm，漂移层7的厚度为4μm。
50.实施例4
51.本实施例所公开的具有超晶格结构的准垂直二极管及其制备方法与实施例1基本一致，唯有区别的是：具有6组异质结层，且其中沟道层3的厚度为8nm，势垒层5的厚度为5μm，传输层6的厚度为2μm，漂移层7的厚度为4μm。
52.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。

技术特征：
1.一种准垂直二极管的制备方法，其特征在于：包括以下具体步骤：步骤1：选取蓝宝石或碳化硅作为衬底层；步骤2：在衬底层上，生长缓冲层,然后依次生长沟道层、氮化铝薄膜以及超晶格匹配的势垒层，从而形成3-6组异质结层，之后生长一层高掺导电的传输层，最后生长低掺杂的漂移层，形成外延结构；步骤3：在所述外延结构上设置阴极台面；步骤4：对所述阴极台面上表面甩光刻胶，并对光刻胶进行阴极曝光，在阴极槽内形成光刻胶掩模；步骤5：光刻胶显影结束后再次进行烘胶，使光刻胶具有更强的抗刻蚀能力；步骤6：采用cl基刻蚀工艺将光刻胶形成的图形转移到传输层上；步骤7：在露出的结构的阴极区域内淀积金属，形成阴极；步骤8：进行阳极金属淀积，形成阳极。2.根据权利要求1所述的一种准垂直二极管的制备方法，其特征在于：所述步骤二中沟道层的厚度为8-10nm，所述势垒层的厚度为5-10μm，所述传输层的厚度为1-2μm，所述漂移层的厚度为1-4μm。3.根据权利要求1所述的一种准垂直二极管的制备方法，其特征在于：步骤3中阴极台面的制作具体包括以下步骤：(1)采用甩胶机在3500转/min的转速下甩光刻胶，得到光刻胶掩模；再采用nsr1755i7a光刻机进行曝光，形成台面有源区的掩模图形；(2)然后将做好掩模的基片采用icp98c型感应耦合等离子体刻蚀机在cl2等离子体以1nm/s的刻蚀速率进行台面隔离，刻蚀深度为1μm，形成所述阴极台面。4.根据权利要求1所述的一种准垂直二极管的制备方法，其特征在于：步骤7中阴极的制作具体包括以下步骤：(1)采用甩胶机在5000转/min的转速下甩光刻胶，得到厚度为0.8μm的光刻胶掩模；(2)在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用nsr1755i7a光刻机进行曝光，形成阴极极区域掩模图形；(3)采用ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行阴极电极制作，阴极金属依次选用ti/al/ni/au，其中ti厚度为20nm，al厚度为160nm，ni厚度为55nm，au厚度为45nm；欧姆接触金属蒸发完成后进行金属剥离，得到完整的阴极电极；(4)再用rtp500快速热退火炉，在870℃的n2气氛中进行30s的快速热退火，对欧姆接触金属进行合金，完成阴极电极的制作。5.根据权利要求1所述的一种准垂直二极管的制备方法，其特征在于：步骤8中阳极的制作具体包括以下步骤：(1)采用甩胶机在5000转/min的转速下甩光刻胶，得到厚度为0.8μm的光刻胶掩模；(2)在温度为80℃的高温烘箱中烘10min，采用nsr1755i7a光刻机进行曝光，形成阳极区域掩模图形；(3)采用ohmiker-50电子束蒸发台以0.1nm/s的蒸发速率进行栅金属的蒸发，栅金属依次选用ni/au，其中ni厚度为45nm，au厚度为200nm；蒸发完成后进行金属剥离，得到完整的阳极电极。

技术总结
本发明属于半导体元器件技术领域，具体涉及一种准垂直二极管的制备方法，包括以下具体步骤：选取蓝宝石或碳化硅作为衬底层；在衬底层上，生长缓冲层,然后依次生长沟道层、氮化铝薄膜以及超晶格匹配的势垒层，从而形成3-6组异质结层，之后生长一层高掺导电的传输层，最后生长低掺杂的漂移层，形成外延结构；在所述外延结构上设置阴极台面；对所述阴极台面上表面甩光刻胶，并对光刻胶进行阴极曝光，在阴极槽内形成光刻胶掩模；光刻胶显影结束后再次进行烘胶，使光刻胶具有更强的抗刻蚀能力。通过多沟道的异质结层所带来的形成的多个并联二维电子气通路，进而使材料方阻显著降低，降低所制备器件的导通电阻，提高电流驱动能力。提高电流驱动能力。提高电流驱动能力。


技术研发人员：白俊春 程斌 平加峰
受保护的技术使用者：江苏芯港半导体有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/7/21