[发明专利]一种Si衬底GaN基肖特基势垒二极管器件的三维互联结构及三维互联方法

权利要求书

1.一种Si衬底GaN基肖特基势垒二极管器件的三维互联结构，包括两个以上二极管，单个二极管包括从下至上排列的Si衬底层（1）、GaN外延层（2）、电极层，其中所述电极层的阴极（3）和阳极（4）相对、且间隔开地设置在GaN外延层（2）上，其特征在于：两个以上的二极管键合成上下叠装的层状结构、且上下相邻的两层二极管的接触面均由绝缘层（6）隔开，各层二极管的阴极和阳极分别排成一竖列；除位于最底层的二极管外，其上层的所有二极管和绝缘层由两竖向通孔贯穿，所述两竖向通孔分别位于对应各二极管的阴极（3）和阳极（4）的位置；所述两竖向通孔孔壁分别沉积有一绝缘层（6）；联通各层二极管的阴极（3）和阳极（4）的两个通孔沉积金属（7）。

2.根据权利要求1所述的Si衬底GaN基肖特基势垒二极管器件的三维互联结构，其特征在于：所述对应各二极管的阴极的竖向通孔内沉积的金属材料为Ti、W、Ni、Al或Cu。

3.一种Si衬底GaN基肖特基势垒二极管器件的三维互联方法，其包括以下顺序的步骤：

S1、将一用作下层基础的二极管按照由下至上为Si衬底层（1）、GaN外延层（2）、电极层的正置，并在该二极管的电极层上方沉积一层绝缘层（6），以间隔开后续置于其上的二极管；

S2、将另一个二极管均以正置的方向与步骤S1的用作下层基础的二极管上下、左右和前后均对准并叠装在步骤S1中二极管上方的绝缘层（6）上，且使两层二极管的电极层的相互隔开的阴极（3）和阳极（4）分别排成两竖列；然后自位于上层的二极管的阴极和阳极的顶端分别往下刻蚀出穿透整个二极管与其下方绝缘层的竖向通孔，获得两个垂直Si通孔（TVS）；

S3、在经步骤S2刻蚀的位于上层的二极管的两个垂直Si通孔（TVS）的孔壁分别沉积绝缘层（6）；

S4、对经步骤S3沉积了绝缘层的位于上层二极管的两垂直Si通孔沉积金属（7），并使沉积在垂直Si通孔内的金属（7）溢出并覆盖在该上层二极管的电极的上方、且连通下层二极管的电极的顶端，实现上下相邻的两层二极管的电极连通。

4.根据权利要求3所述的Si衬底GaN基肖特基势垒二极管器件的三维互联方法，其特征在于：所述步骤S4中对应二极管的阴极的垂直Si通孔内内沉积的金属为Ti、W、Ni 、Al或Cu。

5.根据权利要求4所述的Si衬底GaN基肖特基势垒二极管器件的三维互联方法，其特征在于：所述步骤S4中，经步骤S3沉积了绝缘层的位于上层二极管的两垂直Si通孔沉积金属（7）时，使沉积在垂直Si通孔内的金属（7）溢出覆盖在该上层二极管上方、且连通下层二极管的电极的顶端，然后对覆盖在该上层二极管上方的金属进行帽层图形化，仅保留该上层二极管的电极的正上方的金属，实现上下相邻的两层二极管的电极连通。

6.根据权利要求5所述的Si衬底GaN基肖特基势垒二极管器件的三维互联方法，其特征在于：所述步骤S3中对经步骤S2刻蚀的位于上层的二极管的两个垂直Si通孔（TVS）的内表面均沉积有绝缘层（6），然后去除孔壁以外的绝缘层（6）。

7.根据权利要求6所述的Si衬底GaN基肖特基势垒二极管器件的三维互联方法，其特征在于：还包括采用CMP技术实现各层二极管之间的绝缘层、垂直Si通孔内的绝缘层和沉积在垂直Si通孔内的金属同步平坦化。

8.根据权利要求7所述的Si衬底GaN基肖特基势垒二极管器件的三维互联方法，其特征在于：所述垂直Si通孔采用物理气相沉积法（PVD）、等离子体化学气相沉积法（PECVD）、原子层沉积法（ALD）或者磁控溅射法实现孔壁的绝缘层的沉积。

9.根据权利要求8所述的Si衬底GaN基肖特基势垒二极管器件的三维互联方法，其特征在于：所述各层二极管之间的绝缘层和/或所述步骤S3中两个器件垂直Si通孔的绝缘层为SiO₂、SiON_x、SiN_x、Al₂O₃、TiO₂、HfO₂、Ga₂O₃、AlHfO_x、AlN、MgO、HfSiON中的任意一种或者几种组合。

10.根据权利要求9所述的Si衬底GaN基肖特基势垒二极管器件的三维互联方法，其特征在于：所述各步骤中各层二极管之间的绝缘层通过低温CVD沉积；

所述各层二极管的垂直Si通孔采用基于离子化金属等离子体（IMP）的PVD技术沉积铜种子层金属；

采用深反应离子刻蚀技术进行垂直Si通孔刻蚀；

采用深反应离子刻蚀技术以40的深宽比自上往下地进行垂直Si通孔刻蚀，首先采用Cl2或BCl3气体对GaN外延层进行刻蚀，然后采用SF6、SiF4或SiCl4中任一种气体对Si衬底进行刻蚀；

所述步骤S2中位于上层的二极管在叠装在下层基础的二极管前均经Si衬底减薄处理；

所述步骤S2中位于上层的二极管的Si衬底减薄至50μm；

所述步骤S2中对位于上层的二极管在的经减薄处理包括磨削、抛光、保护膜去除和划片膜粘贴，其中磨削方式为粗磨、细磨、蚀刻腐蚀或CMP技术；

还包括步骤S5去除各二极管的阴极3和阳极4之间的绝缘层部分；

将叠装后二极管器件中的位于上方的二极管作为新的下层基础，并重复步骤（1~4）一次以上。