一种N面GaN基p、n沟道器件集成结构及其制备方法

一种n面gan基p、n沟道器件集成结构及其制备方法
技术领域
1.本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种n面gan基p、n沟道器 件集成结构及其制备方法。


背景技术：

2.gan作为一种宽禁带半导体，具有优异的材料品质因数，这使其成为 下一代高效功率器件和电力电子器件的不二选择。对于传统的功率器件而 言，其外部驱动主要是依靠硅材料制备的驱动电路实现，不同材料之间的 互连会引入额外的寄生效应，影响器件工作效率，同时有可能致使器件错 误的开启等。因此，需要gan基驱动电路的研究发展。目前，基于ga面 gan基材料的hemt器件仍处于主流地位，当由ga面gan制备p沟道器 件时，gan/algan异质结以其极化特性使得在gan一侧存在二维空穴气沟 道，离栅极较近的沟道会使得器件关态电流较大，因此需要在栅下沉积绝 缘介质(如al2o3)等来减小关态电流。然而沉积的绝缘层会引入固定电荷， 以及和材料之间的界面电荷等问题，引入库伦散射，进而影响p沟道器件 载流子迁移率，使器件特性退化。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种n面gan基 p、n沟道器件集成结构及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下 技术方案实现：
4.第一方面，本发明提供一种n面gan基p、n沟道器件集成结构的制备方 法，包括：
5.提供第一衬底，并在所述第一衬底表面生长外延结构，所述外延结构 包括依次生长于第一衬底表面的gan缓冲层、gan层、algan势垒层和p-gan 层，所述外延结构包括第一预设区域和第二预设区域；
6.通过刻蚀去除所述第一预设区域内的p-gan层，并在所述第二预设区域 内刻蚀p-gan层远离algan势垒层一侧的表面，形成第一凹槽；
7.在p-gan层远离algan势垒层一侧的表面沉积形成sin层，且至少部分 sin层与所述gan层远离gan缓冲层的一侧表面相接触；
8.在sin层远离所述第一衬底一侧的表面键合形成第二衬底，并在沿垂直 于第一衬底所在平面的方向翻转样品之后，刻蚀掉所述第一衬底及所述gan 缓冲层；
9.刻蚀所述第二预设区域中靠近所述第一预设区域一侧的至少部分gan 层、algan势垒层、p-gan层和sin层，形成电隔离区域、以及分别位于所 述电隔离区域两侧的n沟道器件有源区和p沟道器件有源区；
10.在所述n沟道器件中gan层远离所述algan势垒层的一侧表面制作第一 源电极和第一漏电极后，刻蚀所述p沟道器件的gan层和至少部分algan势 垒层，并在p-gan层远离第二衬底的一侧制作第二源电极和第二漏电极；
11.刻蚀所述n沟道器件中gan层远离所述algan势垒层一侧的表面，形 成第二凹槽，并在n沟道器件及p沟道器件远离所述第二衬底的一侧表面 沉积al2o3；
12.刻蚀去除覆盖于n沟道器件以外的al2o3，并在p沟道器件中algan 势垒层远离第二衬底的一侧表面刻蚀形成第三凹槽后，制作n沟道器件的 第一栅电极和p沟道器件的第二栅电极；
13.在所述n沟道器件及所述p沟道器件远离第二衬底的一侧表面生长sin 保护层，并在sin保护层上光刻金属互联层开孔区后引出第一源电极、第 一漏电极、第一栅电极、第二源电极、第二漏电极和第二栅电极，并使第 一漏电极与第二漏电极电连接，得到所述n面gan基p、n沟道器件集成 结构。
14.在本发明的一个实施例中，所述在sin层远离所述第一衬底一侧的表面 键合形成第二衬底的步骤之前，还包括：
15.利用化学机械抛光工艺对所述sin层远离第一衬底一侧的表面进行抛 光。
16.在本发明的一个实施例中，所述在沿垂直于第一衬底所在平面的方向 翻转样品之后，刻蚀掉所述第一衬底及所述gan缓冲层的步骤，包括：
17.沿垂直于第一衬底所在平面的方向翻转样品后，在上电极功率为 250～350w、下电极功率为20～40w、压力为5mtorr、sf6流量为50sccm的条 件下，刻蚀掉所述第一衬底；
18.在上电极功率为40～60w、下电极功率为20～30w、压强为5mtorr、cl2流量为8sccm、bcl3流量为20sccm的条件下，刻蚀掉所述gan缓冲层。
19.在本发明的一个实施例中，所述第二预设区域包括靠近所述第一预设 区域的子区域；
20.所述刻蚀所述第二预设区域中靠近所述第一预设区域一侧的至少部分 gan层、algan势垒层、p-gan层和sin层，形成电隔离区域、以及分别位 于所述电隔离区域两侧的n沟道器件有源区和p沟道器件有源区的步骤，包 括：
21.对样品进行光刻胶的涂胶和甩胶；
22.将样品放入光刻机中，对所述子区域内的光刻胶进行曝光，并将曝光 后的样品放入显影液中，移除所述子区域内的光刻胶；
23.利用电感耦合等离子体icp工艺依次刻蚀所述子区域内的gan层、 algan势垒层和p-gan层，实现有源区的台面隔离，形成电隔离区域、以及 分别位于所述电隔离区域两侧的n沟道器件有源区和p沟道器件有源区。
24.在本发明的一个实施例中，所述刻蚀所述n沟道器件中gan层远离所 述algan势垒层一侧的表面，形成第二凹槽，并在n沟道器件及p沟道器 件远离所述第二衬底的一侧表面沉积al2o3的步骤，包括：
25.在上电极功率为15～25w、下电极功率为3～5w、压力为5mtorr、cl2流量为4sccm、bcl3流量为10sccm的条件下，刻蚀所述n沟道器件中gan 层远离所述algan势垒层一侧的表面，形成第二凹槽；
26.利用原子层沉积ald技术，在n沟道器件及p沟道器件远离所述第二 衬底的一侧表面沉积厚度为20nm的al2o3。
27.在本发明的一个实施例中，所述第二凹槽包括与所述第一衬底平行的 第一表面；
28.其中，沿垂直于第一衬底所在平面的方向，所述第一表面与所述algan 势垒层之间的距离为10nm。
29.在本发明的一个实施例中，所述刻蚀去除覆盖于n沟道器件以外的 al2o3，并在p沟
道器件中algan势垒层远离第二衬底的一侧表面刻蚀形成 第三凹槽后，制作n沟道器件的第一栅电极和p沟道器件的第二栅电极的 步骤，包括：
30.在上电极功率为100～200w、下电极功率为30～40w、压强为10mtorr、 cf4流量为45sccm的条件下，刻蚀除去覆盖于n沟道器件以外的al2o3，露 出p沟道器件中的algan势垒层、第二源电极、第二漏电极以及n沟道器 件中的第一源电极和第一漏电极；
31.在上电极功率为15～25w、下电极功率为3～5w、压强为5mtorr、cl2流量为4sccm、bcl3流量为10sccm的条件下，在p沟道器件的algan势垒 层远离第二衬底的一侧表面刻蚀形成第三凹槽；
32.制作n沟道器件的第一栅电极和p沟道器件的第二栅电极。
33.在本发明的一个实施例中，沿垂直于第一衬底所在平面的方向，所述 第一凹槽的正投影与所述第三凹槽的正投影重合。
34.第二方面，本发明还提供一种n面gan基p、n沟道器件集成结构，由上 述第一方面所述的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制备方法制得。
35.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
36.本发明提供了一种n面gan基p、n沟道器件集成结构及其制备方法，由 于采用了n面algan/gan异质结制备p沟道器件，gan沟道上层存在algan 势垒层可以起到阻挡栅极漏电流的作用，因此制备过程中可以免去在栅极 金属与p-gan沟道之间的绝缘介质，如al2o3，进而避免沉积的绝缘层引入 固定电荷、以及和材料之间的界面电荷等问题，改善了p沟道器件的迁移率； 另外，n面gan基材料制备的gan基n沟道器件在高频方面相较于ga面n沟道 器件更有优势。因此，采用凹槽mis结构制备n面的n沟增强型器件也具有 良好特性。n面增强型n沟器件与p沟器件的集成也使得gan基互补逻辑结构 得以实现。
37.以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
38.图1是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的一种流程图；
39.图2是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的一种示意图；
40.图3是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图；
41.图4是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图；
42.图5是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图；
43.图6是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图；
44.图7是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图；
45.图8是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种
示意图；
46.图9是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图；
47.图10是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图；
48.图11是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图；
49.图12是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图；
50.图13是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图；
51.图14是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图；
52.图15是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制 备方法的另一种示意图。
具体实施方式
53.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施 方式不限于此。
54.图1是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的制备方法的 一种流程图，图2-15是本发明实施例提供的n面gan基p、n沟道器件集成结构的 制备方法的一种示意图。请参见图1-15，本发明实施例提供了一种n面gan基p、 n沟道器件集成结构的制备方法，包括：
55.s1、提供第一衬底，并在第一衬底表面生长外延结构，外延结构包括 依次生长于第一衬底表面的gan缓冲层、gan层、algan势垒层和p-gan层， 所述外延结构包括第一预设区域和第二预设区域；
56.s2、通过刻蚀去除第一预设区域内的p-gan层，并在第二预设区域内刻 蚀p-gan层远离algan势垒层一侧的表面，形成第一凹槽10；
57.s3、在p-gan层远离algan势垒层一侧的表面沉积形成sin层，且至少 部分sin层与gan层远离gan缓冲层的一侧表面相接触；
58.s4、在sin层远离第一衬底一侧的表面键合形成第二衬底，并在沿垂直 于第一衬底所在平面的方向翻转样品之后，刻蚀掉第一衬底及gan缓冲层；
59.s5、刻蚀第二预设区域中靠近第一预设区域一侧的至少部分gan层、algan势垒层、p-gan层和sin层，形成电隔离区域、以及分别位于电隔离 区域两侧的n沟道器件有源区和p沟道器件有源区；
60.s6、在n沟道器件中gan层远离algan势垒层的一侧表面制作第一源电 极和第一漏电极后，刻蚀p沟道器件的gan层和至少部分algan势垒层，并 在p-gan层远离第二衬底的一侧制作第二源电极和第二漏电极；
61.s7、刻蚀n沟道器件中gan层远离algan势垒层一侧的表面，形成第 二凹槽20，并在
n沟道器件及p沟道器件远离第二衬底的一侧表面沉积 al2o3；
62.s8、刻蚀去除覆盖于n沟道器件以外的al2o3，并在p沟道器件中algan 势垒层远离第二衬底的一侧表面刻蚀形成第三凹槽40后，制作n沟道器件 的第一栅电极g1和p沟道器件的第二栅电极g2；
63.s9、在n沟道器件及p沟道器件远离第二衬底的一侧表面生长sin保 护层，并在sin保护层上光刻金属互联层开孔区后引出第一源电极、第一 漏电极、第一栅电极g1、第二源电极、第二漏电极和第二栅电极g2，并 使第一漏电极d1与第二漏电极d2电连接，得到n面gan基p、n沟道器 件集成结构。
64.本实施例中，第一衬底可以为si衬底，采用 mocvd(metal-organic chemical vapor deposition，金属有机化合物化学气 相沉淀)法在第一衬底表面生长外延结构，可选地，在图2所示视角下，外 延结构自下而上依次为gan缓冲层、gan层、algan势垒层和p-gan层。
65.具体地，步骤s2中，将样品在200℃下烘烤5分钟，然后置于匀胶机 上，在样品第一衬底的表面滴取epi621光刻胶，匀胶时可先以500rpm/min 的转速甩胶5秒、再以3500rpm/min的转速甩胶40秒，接着在90℃下烘烤60秒；之后，对样品进行曝光、显影，并用超纯水冲洗、氮气吹干。进一 步地，在上电极功率为40～60w、下电极功率10～20w、压强为5mtorr、 cl2/bcl3流量为8/20sccm的条件下，使用氯基icp刻蚀p-gan层远离algan 势垒层一侧的表面，在第二预设区域内形成第一凹槽10；可选地，沿垂直 于第一衬底所在平面的方向，第一凹槽10处剩余的p-gan层厚度约为 10～30nm。
66.需要说明的是，本实施例中第一预设区域内的p-gan层也是经光刻、 刻蚀工艺来去除，且刻蚀的条件与上述第一凹槽10的刻蚀条件相同，故此 处不再赘述。
67.步骤s3中，利用等离子体增强化学气相沉积pecvd工艺，在p-gan 层远离algan势垒层一侧的表面沉积sin，如图4所示，sin层填充第一 凹槽10，而在第一预设区域的范围内，sin层与gan层远离gan缓冲层的 一侧表面接触。进一步地，在sin层远离第一衬底一侧的表面键合形成第 二衬底，然后沿垂直于第一衬底所在平面的方向翻转样品，即在图5所示 视角下，上下翻转该样品，然后依次刻蚀掉第一衬底和gan缓冲层。
68.请继续参见图7，上述步骤s5中，将第二预设区域中靠近第一预设区 域的位置刻蚀形成电隔离区域，那么图7中电隔离区域的右侧部分为n沟 道器件有源区、左侧部分为p沟道器件有源区。进一步地，如图8-9所示， 分别制作n沟道器件和p沟道器件的源、漏电极，n沟道器件的第一源电极 和第一漏电极相对设置于gan层远离algan势垒层的一侧表面，p沟道器 件的第二源电极和第二漏电极相对设置于p-gan层远离第二衬底的一侧。
69.请参见图10-13，n、p沟道器件的源电极和漏电极制作完成后，对n 沟道器件中gan层远离algan势垒层一侧的表面进行凹槽刻蚀，得到第二 凹槽20，然后在n沟道器件及p沟道器件的表面沉积氧化铝30，接着保留 n沟道器件中gan层远离algan势垒层一侧表面的氧化铝30、刻蚀去除其 他区域的氧化铝30，并在p沟道器件中algan势垒层远离第二衬底的一侧 表面刻蚀第三凹槽40，即可得到p沟道器件的栅极凹槽。
70.进一步地，如图14-15所示，同时制作n、p沟道器件的栅电极，而后 生长sin保护层，并在sin保护层上光刻金属互联层开孔区后引出各个电 极，并使第一漏电极d1与第二漏电极d2电连接，得到n面gan基p、n 沟道器件集成结构。
71.应当理解，n面gan基hfet p沟道器件由于存在algan层，在制备 工艺中可以免去在栅极金属与p-gan沟道之间的绝缘介质如al2o3，因此可 以避免沉积的绝缘层引入固定电荷、以及与材料之间的界面电荷等问题， 从而改善p沟道器件迁移率；同时，采用凹槽mis结构制备n面的n沟增 强型器件也具有良好特性，增强型n沟器件与p沟器件的集成，使得互补 逻辑结构得以实现。
72.可选地，在sin层远离第一衬底一侧的表面键合形成第二衬底的步骤之 前，还包括：
73.利用化学机械抛光工艺对sin层远离第一衬底一侧的表面进行抛光。
74.本实施例中，在键合第二衬底之前，先通过化学机械抛光工艺对sin层 远离的上表面进行抛光，此种设计方式能够使sin层与第二衬底接触的表面 更加光滑，从而避免第二衬底与sin层键合不稳定，防止后续翻转样品时第 二衬底因键合不稳定而脱落。
75.请继续参见图6，上述步骤s4中，在沿垂直于第一衬底所在平面的方向 翻转样品之后，刻蚀掉第一衬底及gan缓冲层的步骤，包括：
76.s401、沿垂直于第一衬底所在平面的方向翻转样品后，在上电极功率 为250～350w、下电极功率为20～40w、压力为5mtorr、sf6流量为50sccm的 条件下，刻蚀掉第一衬底；
77.s402、在上电极功率为40～60w、下电极功率为20～30w、压强为5mtorr、 cl2流量为8sccm、bcl3流量为20sccm的条件下，刻蚀掉gan缓冲层。
78.请参见图5-7,，第二预设区域包括靠近第一预设区域的子区域；
79.上述步骤s5中，刻蚀第二预设区域中靠近第一预设区域一侧的至少部 分gan层、algan势垒层、p-gan层和sin层，形成电隔离区域、以及分别 位于电隔离区域两侧的n沟道器件有源区和p沟道器件有源区的步骤，包括：
80.s501、对样品进行光刻胶的涂胶和甩胶；
81.s502、将样品放入光刻机中，对子区域内的光刻胶进行曝光，并将曝 光后的样品放入显影液中，移除子区域内的光刻胶；
82.s503、利用电感耦合等离子体icp工艺依次刻蚀子区域内的gan层、 algan势垒层和p-gan层，实现有源区的台面隔离，形成电隔离区域、以及 分别位于电隔离区域两侧的n沟道器件有源区和p沟道器件有源区。
83.具体而言，首先将样品放在200℃的热板上烘烤，进行光刻胶的涂胶和 甩胶，再将样品放在90℃的热板上烘烤，其中，甩胶转速可以为3500转/min； 接着，将样品放入光刻机中对子区域内的光刻胶进行曝光后，将完成曝光 的样品放入显影液中以移除电隔离区域内的光刻胶，并对其进行超纯水冲 洗和氮气吹干。
84.进一步地，对光刻后的子区域进行刻蚀。首先，利用icp工艺依次刻 蚀子区域内的gan层、algan势垒层、p-gan层和sin层，实现有源区的 台面隔离；然后，将样品依次放入丙酮溶液、剥离液、丙酮溶液和乙醇溶 液中进行清洗，以移除电隔离区域外的光刻胶；最后，用超纯水冲洗样品 并用氮气吹干。
85.请继续参见图8-10，在n沟道器件中gan层远离algan势垒层的一侧 表面制作第一源电极和第一漏电极后，刻蚀p沟道器件的gan层和至少部 分algan势垒层，并在p-gan层远离第二衬底的一侧制作第二源电极和第 二漏电极的步骤，包括：
86.s601、光刻第一源电极区域和第一漏电极区域：
87.首先，将样品置于200℃的热板上烘烤，在gan层上进行剥离胶的涂 胶和甩胶，可选地，以2000转/min的转速甩胶40s、甩胶厚度为0.35μm， 接着再用热板烘烤样品；然后，在剥离胶上进行epi621光刻胶的涂胶和甩 胶，以5000转/min的转速甩胶30秒、甩胶厚度为0.77μm，之后用热板烘 烤；将完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中，对第一源电极区域和第一漏 电极区域内的光刻胶进行曝光；最后，将完成曝光的样品放入显影液中， 移除第一源电极区域和第一漏电极区域内的光刻胶、剥离胶，对其进行超 纯水冲洗和氮气吹干。
88.s602、蒸发第一源电极s1和第一漏电极d1：
89.首先，将有第一源电极光刻图形和第一漏电极光刻图形的样品放入α
ꢀ‑
plasma等离子体去胶机处理，然后将样品放入电子束蒸发台中，待电子束 蒸发台的反应腔室真空度达到2
×
10-6
torr后，在第一源电极区域和第一漏电 极区域内的gan帽层、以及第一源电极区域和第一漏电极区域外的光刻胶 上蒸发欧姆金属，该欧姆金属可以是自下向上依次由ti/al/ni/au四层金属 组成的金属堆叠结构；接着，对完成欧姆金属蒸发的样品进行剥离，以移 除第一源电极区域和第一漏电极区域外的欧姆金属、光刻胶和剥离胶，并 用超纯水冲洗、氮气吹干；最后，将样品放入快速退火炉中进行退火处理， 形成第一源电极s1和第一漏电极d1；可选地，退火气氛为n2、退火温度 为800～860℃、退火时间为30～60s。
90.s603、刻蚀p沟道器件的gan层：
91.将样品放在200℃的热板上烘烤后，进行光刻胶的涂胶和甩胶，甩胶转 速为3500转/min，并将样品放在90℃的热板上烘烤；然后，将样品放入光 刻机中对p沟道器件部分区域内的光刻胶进行曝光，并将完成曝光后的样 品放入显影液中以移除电隔离区域内的光刻胶，对其进行超纯水冲洗和氮 气吹干；接着，利用icp工艺依次刻蚀显影区域的gan层直至algan层， 刻蚀条件可以为：上电极功率15～25w、下电极功率3～5w、压强5mtorr， cl2流量为4sccm、bcl3流量10sccm；将样品依次放入丙酮溶液、剥离液、 丙酮溶液和乙醇溶液中进行清洗，以移除电隔离区域外的光刻胶，最后用 超纯水冲洗样品并用氮气吹干。
92.s604、刻蚀p沟道器件的至少部分algan势垒层：
93.首先，将样品放在200℃的热板上烘烤；然后，进行光刻胶的涂胶和甩 胶，其甩胶转速为3500转/min，并将样品放在90℃的热板上烘烤；接着， 将样品放入光刻机中对p沟道器件的源、漏部分区域内的光刻胶进行曝光， 再将完成曝光的样品放入显影液中以移除电隔离区域内的光刻胶，并对其 进行超纯水冲洗和氮气吹干。进一步地，利用icp工艺刻蚀显影区域的 algan层直到p-gan层，刻蚀深度约为20nm，刻蚀条件可以为：上电极功 率15～25w、下电极功率3～5w、压强5mtorr、cl2流量4sccm、bcl3流量 10sccm；之后，将样品依次放入丙酮溶液、剥离液、丙酮溶液和乙醇溶液 中进行清洗，移除电隔离区域外的光刻胶，再用超纯水冲洗样品并用氮气 吹干。
94.s605、光刻第二源电极区域和第二漏电极区域：
95.首先，将样品置于200℃的热板上烘烤，在样品上进行剥离胶的涂胶和 甩胶，可选地，以2000转/min的转速甩胶40s、甩胶厚度为0.35μm，接着 再用200℃的热板烘烤样品5min；然后，在剥离胶上进行epi621光刻胶的 涂胶和甩胶，以5000转/min的转速甩胶30秒、甩胶厚度为0.77μm，之后 用900℃的热板烘烤1min；将完成涂胶和甩胶的样品放入光刻机中，对第 二源电极区域和第二漏电极区域内的光刻胶进行曝光；将完成曝光的样品 放入
显影液中，移除第二源电极区域和第二漏电极区域内的光刻胶、剥离 胶，对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
96.s606、蒸发第二源电极s2和第二漏电极d2：
97.首先，将有第二源电极光刻图形和第二漏电极光刻图形的样品放入α
ꢀ‑
plasma等离子体去胶机处理，然后将样品放入电子束蒸发台中，待电子束 蒸发台的反应腔室真空度达到2
×
10-6
torr后，在第二源电极区域和第二漏电 极区域内的gan帽层、以及第二源电极区域和第二漏电极区域外的光刻胶 上蒸发欧姆金属，该欧姆金属可以是自下向上依次由ti/al/ni/au四层金属 组成的金属堆叠结构；接着，对完成欧姆金属蒸发的样品进行剥离，以移 除第二源电极区域和第二漏电极区域外的欧姆金属、光刻胶和剥离胶，并 用超纯水冲洗、氮气吹干；最后，将样品放入快速退火炉中进行退火处理， 形成第二源电极s2和第二漏电极d2；示例性地，退火气氛为o2、退火温 度为500～550℃、退火时间为5～10min。
98.上述步骤s7中，刻蚀n沟道器件中gan层远离algan势垒层一侧的 表面，形成第二凹槽20，并在n沟道器件及p沟道器件远离第二衬底的一 侧表面沉积al2o3的步骤，包括：
99.在上电极功率为15～25w、下电极功率为3～5w、压力为5mtorr、cl2流量为4sccm、bl3流量为10sccm的条件下，刻蚀n沟道器件中gan层远 离algan势垒层一侧的表面，形成第二凹槽20；
100.利用原子层沉积ald技术，在n沟道器件及p沟道器件远离第二衬底 的一侧表面沉积厚度为20nm的al2o3。
101.本实施例中，第二凹槽20包括与第一衬底平行的第一表面；其中，沿 垂直于第一衬底所在平面的方向，第一表面与algan势垒层之间的距离为 10nm；也就是说，将n沟道器件中gan层刻蚀到剩余约10nm。
102.可选地，上述步骤s8中，刻蚀去除覆盖于n沟道器件以外的al2o3， 并在p沟道器件中algan势垒层远离第二衬底的一侧表面刻蚀形成第三凹 槽40后，制作n沟道器件的第一栅电极g1和p沟道器件的第二栅电极g2 的步骤，包括：
103.在上电极功率为100～200w、下电极功率为30～40w、压强为10mtorr、 cf4流量为45sccm的条件下，刻蚀除去覆盖于n沟道器件以外的al2o3，露 出p沟道器件中的algan势垒层、第二源电极s2、第二漏电极d2以及n 沟道器件中的第一源电极s1和第一漏电极d1；
104.在上电极功率为15～25w、下电极功率为3～5w、压强为5mtorr、cl2流量为4sccm、bcl3流量为10sccm的条件下，在p沟道器件的algan势垒 层远离第二衬底的一侧表面刻蚀形成第三凹槽40；
105.制作n沟道器件的第一栅电极g1和p沟道器件的第二栅电极g2。
106.可选地，沿垂直于第一衬底所在平面的方向，第一凹槽10的正投影与 第三凹槽40的正投影重合。应当理解，如果第一凹槽10与第三凹槽40没有 对齐的话，会导致制备的器件因第二栅电极下方对应的p-gan层较厚而使器 件无法正常关断，没有正常特性。
107.本实施例中，n沟道器件的第一栅电极g1和p沟道器件的第二栅电极 g2可以同时制作，由于二者的制作工序相同，因此仅以第一栅电极g1为 例进行说明。具体地，将有第一栅电极g1光刻图形的样品放入α-plasma 等离子体去胶机中进行底膜处理后，将样品放入电子束蒸发台中，待电子 束蒸发台的反应腔室真空度达到2
×
10-6
torr时，在第一栅电极区域内外的光 刻胶上蒸发栅金属，该栅金属可以为自下向上依次由ni和au两层金属组 成的
金属叠层结构；接着，对完成栅金属蒸发的样品进行剥离，以移除第 一栅电极区域外的栅金属、光刻胶和剥离胶；最后，用超纯水冲洗样品并 用氮气吹干。
108.上述步骤s9中，在n沟道器件及p沟道器件远离第二衬底的一侧表面 生长sin保护层的步骤，包括：
109.以nh3和sih4作为反应气体，在第二衬底温度为250℃、反应腔室压 力为600mtorr、射频功率为20～25w的条件下，利用pecvd工艺生长厚 度为200nm的sin保护层。
110.可选地，sin保护层生长完成后，在sin保护层上光刻金属互联层开孔 区后引出第一源电极s1、第一漏电极d1、第一栅电极g1、第二源电极s2、 第二漏电极d2和第二栅电极g2，并使第一漏电极d1与第二漏电极d2电 连接，得到n面gan基p、n沟道器件集成结构的步骤，包括：
111.光刻电极开孔。具体而言，首先将样品放在200℃的热板上烘烤，然后 进行光刻胶的涂胶和甩胶，本实施例可选择性使用epi621胶，甩胶转速为 3500转/min，之后将样品放在90℃的热板上烘烤；接着，将样品放入光刻 机中对金属互联层开孔区域内的光刻胶进行曝光，并将曝光后的样品放入 显影液中以移除互联开孔区域内的光刻胶，对其进行超纯水冲洗和氮气吹 干。
112.光刻完成后，以cf4和o2为反应气体、在反应腔室压力l0mtorr、上 电极射频功率为80～100w、下电极射频功率为l0～20w的条件下进行icp 刻蚀，移除互联开孔区域内200nm厚的sin保护层。
113.进一步地，在sin保护层上光刻金属互联层区域。首先，将完成金属 互联层开孔刻蚀的样品放在200℃的热板上烘烤，然后在金属互联层开孔区 的第一源电极、第二源电极、第一漏电极和第二漏电极以及未开孔刻蚀的 sin保护层上进行剥离胶的涂胶和甩胶，并将样品放在200℃的热板上烘烤， 其中，甩胶厚度为0.35μm；接着，在剥离胶上进行光刻胶的涂胶和甩胶， 并将样品放在90℃的热板上烘烤，甩胶厚度可以为0.77μm；将完成涂胶和 甩胶的样品放入光刻机中对金属互连区域内的光刻胶进行曝光，之后，将 完成曝光的样品放入显影液中，移除金属互联层区域内的光刻胶和剥离胶， 并对其进行超纯水冲洗和氮气吹干。
114.接下来，蒸发金属互连。本实施例中，首先将有金属互连光刻图形的 样品放入α-plasma等离子体去胶机中进行底膜处理，然后将样品放入电子 束蒸发台中，待电子束蒸发台的反应腔室真空度达到2
×
10-6
torr后，在互连 金属区域内的电极和sin保护层以及金属互连区域外的光刻胶上蒸发互联 金属；接着，对完成互联金属蒸发的样品进行剥离，移除金属互联层区域 外的互联金属、光刻胶和剥离胶，上述互联金属可以是自下向上依次由ti 和au两层金属组成的金属叠层结构；最后，对完成互联金属蒸发的样品进 行剥离，以移除金属互联层区域外的互联金属、光刻胶和剥离胶，用超纯 水冲洗样品并用氮气吹干，得到制作完成的n面gan基p、n沟道器件集 成结构。
115.如图15所示，本发明实施例还提供一种n面gan基p、n沟道器件集 成结构，由上述n面gan基p、n沟道器件集成结构的制备方法制得。
116.通过上述各实施例可知，本发明的有益效果在于：
117.本发明提供了一种n面gan基p、n沟道器件集成结构及其制备方法， 由于采用了n面algan/gan异质结制备p沟道器件，gan沟道上层存在 algan势垒层可以起到阻挡栅极漏
电流的作用，因此制备过程中可以免去 在栅极金属与p-gan沟道之间的绝缘介质，如al2o3，进而避免沉积的绝缘 层引入固定电荷、以及和材料之间的界面电荷等问题，改善了p沟道器件 的迁移率；另外，n面gan基材料制备的gan基n沟道器件在高频方面相 较于ga面n沟道器件更有优势。因此，采用凹槽mis结构制备n面的n 沟增强型器件也具有良好特性。n面增强型n沟器件与p沟器件的集成也 使得gan基互补逻辑结构得以实现。
118.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横 向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、
ꢀ“
后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、
ꢀ“
外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示 或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作， 因此不能理解为对本发明的限制。
119.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示 或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有
ꢀ“
第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特 征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明 确具体的限定。
120.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上
”ꢀ
或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特 征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在 第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和 斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特 征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下 方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
121.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、
ꢀ“
示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或 示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施 例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相 同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在 任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技 术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
122.尽管在此结合各实施例对本技术进行了描述，然而，在实施所要求保 护的本技术过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及 所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求 中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一 个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举 的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表 示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
123.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简 单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。