[发明专利]氮化镓外延层生长在硅衬底上的纵向型器件的制造方法

权利要求书

1.一种氮化镓外延层生长在硅衬底上的纵向型器件制造方法，该方法包括以下步骤：

1）在硅单晶衬底上依次生长AlN层、AlGaN层、N+_GaN层、N型GaN外延层和P型GaN外延层；

2）对所述P型GaN外延层进行刻蚀，形成沟槽；

3）注入硅离子N型掺杂剂，使有硅离子注入的P型区转为N型区；

4）在N型GaN外延层最表面形成层间介质，并在所述层间介质中形成接触孔；

5）形成发射区金属垫层和终端区场板；

6）磨薄硅单晶的硅衬底，在硅衬底背表面积淀光刻涂层，利用开孔掩模版的开孔步骤暴露出部分硅衬底的背表面；

7）刻蚀硅衬底暴露出来的硅表面，形成深沟槽；

8）用金属填充深沟槽，把硅单晶衬底背表面金属化，作为器件的背面电极；

所述步骤2），进一步包括，在P型GaN外延层表面积淀光刻涂层，利用开孔掩模版暴露出部分P型GaN外延层的表面；采用干法刻蚀，刻蚀气体为C1₂／BCl₃，对暴露出的P型GaN外延层进行刻蚀，形成沟槽，沟槽深度为所述P型GaN外延层深度的一半；

所述步骤3），进一步包括，对沟槽底P型GaN外延层表面注入硅离子 N型掺杂剂；去掉光刻涂层，然后用退火步骤使有硅离子注入的P型区转为N型区；

所述步骤7），进一步包括，刻蚀硅衬底暴露出来的硅表面，形成深沟槽，刻蚀深度直抵硅单晶表面上的AlN外延层，然后把AlN外延层刻蚀掉，接着刻蚀掉AlN 之上的 AlGaN 外延层，暴露出AlGaN之上的高电子浓度的N型氮化镓暴露在深沟槽里。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤1）中，所述AlN层厚度为100-1000 nm；所述AlGaN层厚度为1-4 μm；所述N+_GaN层，其电子浓度大于1e17/cm³，厚度大于0.1 μm；所述N型GaN外延层，其电子浓度为5e15/cm³-5e16/cm³，厚度为6-15 μm；所述P型GaN外延层，其厚度为0.7-1.2 μm，空穴浓度为1e16/cm³-2e17/cm³。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述开孔掩模版，其开孔宽度为0.2-5.0μm，孔与孔之间的距离为0.2-10μm。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述硅离子 N型掺杂剂，其剂量为1e15-5e15/cm² ，能量为20-500KeV。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤4）进一步包括以下步骤：在N型GaN外延层最表面上先沉积一层氮化硅，然后沉积硼磷玻璃，形成层间介质；在所述层间介质表面积淀光刻涂层，利用接触孔掩模暴露出部分层间介质；对暴露出的部分层间介质进行干蚀，直至暴露出N型GaN外延层的上表面，在所述层间介质中形成接触孔。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述氮化硅 ，其厚度为0.1-0.5μm；所述硼磷玻璃，其厚度为0.1-0.8μm。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤5）进一步包括以下步骤：在接触孔底部、层间介质上表面沉积一层镍或钛或其它高功函数金属，然后沉积一层铝合金；通过金属掩模进行金属浸蚀，形成发射区金属垫层和终端区场板。

8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，所述镍或钛或其它高功函数金属，其厚度为20nm-200nm；所述铝合金厚度为0.2μm-10μm。

9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述步骤6）进一步包括以下步骤：将硅衬底磨薄至厚度少于100微米；在所述硅衬底背表面积淀光刻涂层，利用开孔掩模版的开孔步骤暴露出部分硅衬底的背表面。