具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性，或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，除非另有说明，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；“多个”的含义是两个或两个以上。术语“包括”及其任何变形，意为不排他的包含，可能存在或添加一个或更多其他特征、整数、步骤、操作、单元、组件和/或其组合。

此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

化合物半导体多指晶态无机化合物半导体，即是指由两种或两种以上元素以确定的原子配比形成的化合物，并具有确定的禁带宽度和能带结构等半导体性质。包括晶态无机化合物(如III-V族、II-VI族化合物半导体)及其固溶体、非晶态无机化合物(如玻璃半导体)、有机化合物(如有机半导体)和氧化物半导体等。通常所说的化合物半导体多指晶态无机化合物半导体。

本发明实施例以第三代化合物半导体外延生成宽禁带的工艺流程为例进行说明，这种结合第三代化合物半导体宽禁带组件特性，以外延淀积方式预置于衬底片上的结构。配合设计与应用的需求，达到宽禁带组件生产的目标。这种工艺流程的生产方式可适用于硅基氮化镓和碳化硅基氮化镓的外延运用。广泛适用于高频射频器件、高功率电子器件、通讯与传感的用途上。具体如下：

请参照图1，本发明实施例公开了一种化合物半导体的制造方法，所述制造方法包括步骤：

S1、提供一衬底；

其中，所述衬底的材质为SiC、Al₂O₃和Si中的一种或多种混合。

S2、于所述衬底上外延淀积一缓冲层；

其中，所述缓冲层的材质为AlGaN，用于对晶格进行调整。

S3、于所述缓冲层上外延淀积一电子特性层；

其中，所述电子特性层以单一晶格的方式淀积，使其稳定沿着晶格延生，形成不受外界影响的均匀稳定通道。

S4、于所述电子特性层上形成一保护层；

具体的，S4的步骤中通过化学气相沉积于所述电子特性层上形成一保护层，所述保护层的材质为SiN；

通过在表面设置一层保护层，防止化合物半导体内部的结构被损伤，例如刮伤或腐蚀，导致化合物半导体的性能减弱，通过还隔绝化合物半导体的内部结构与外界接触，防止产生反应使化合物半导体的性能发生改变。SiN是一种无机物，它是一种重要的结构陶瓷材料，硬度大，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。因此将SiN作为保护层设置于化合物半导体的表面，能更好的对内部结构进行保护，延长化合物半导体的使用寿命和保证化合物半导体的使用性能。

S5、于所述保护层形成过孔穿透至所述电子特性层。

具体的，通过光刻和刻蚀于所述保护层形成过孔穿透至所述电子特性层。通过光刻和刻蚀工艺可以精确地控制形成图形的形状、大小。

在传统硅基半导体的工艺制造过程中，通过从离子注入加上高温扩散方式来布建组件信道，局部区域的多次离子注入，对注入交界区域的晶格产生损伤，而且离子高温扩散除了达到离子均匀目的,也造成不同介质层之间的离子互渗透副作用，最后会导致半导体器件产生失真、寿命缩短和可靠性失效。在本方案中，通过外延淀积的方式将多层结构预置于衬底之上，即将所需要的电子特性层通过外延淀积的方式预先设置到衬底上面，再根据所需要的功能，将过孔穿透至对应的电子特性层中的位置，实现所需的功能，免去了传统离子注入加高温扩散的方式产生的不同膜层之间的离子互相渗透和离子间的伤害，进而稳定组件特性，改善半导体器件的性能可靠性，避免讯号失真的影响，达到更稳定的工率输出，实现高频率和高功率器件上的稳定应用；再通过缓冲层来对晶格进行调整，电子特性层按照调整后的晶格进行生长；最后在电子特性层上设置一层保护层防止化合物半导体内部的结构被损伤，例如刮伤或腐蚀，导致化合物半导体的性能减弱，同时还隔绝化合物半导体的内部结构与外界接触，防止产生反应使化合物半导体的性能发生改变。

进一步地，所述制造方法包括步骤：

S6、通过光刻和刻蚀将所述第三代半导体分割成多个区块；

S7、在光刻或刻蚀出的空间内通过高能离子注入的方式注入惰性气体。

通过光刻和刻蚀工艺可以精确地控制形成图形的形状、大小，此外它可以同时在整个芯片表面产生外形轮廓。通过光刻和刻蚀工艺形成多个区块，然后在每个区块之间注入惰性气体如氦气和氮气，阻断离子的迁移，形成隔绝层，将每个区块隔绝开各自独立不互相干扰，可以实现多种不同的功能。

具体的，请参照图2，S3的步骤包括：

S31、于所述缓冲层上外延淀积第一离子浓度的N型基底形成集电极层；

其中，所述集电极层的材质为GaN。

S32、于所述集电极层上外延淀积P型基底形成基电极层；

其中，所述基电极层的材质为GaN中加入Be掺杂。

S33、于所述基电极层上外延淀积第二离子浓度的N型基底形成射电极层；

其中，所述射电极层的材质为GaN和/或InGaN加入Si掺杂。

在步骤S3之中，所述第一离子浓度小于所述第二离子浓度。

传统硅基工艺中离子注入的浓度控制和稳定度比较难达到需求，本方案中通过控制外延淀积N型基底中的离子浓度来形成不同电阻值的通道，来形成低开通电阻和高耐压，使化合物半导体的使用效果更好，并且通过外延淀积的工艺方法来制造，使得离子注入浓度更容易控制，稳定性更好。

在另一实施例中，请参照图3，S3的步骤包括：

S34、于所述缓冲层上外延淀积第一离子浓度的N型基底形成集电极层；

其中，所述集电极层的材质为GaN。

S35、于所述集电极层上外延淀积P型基底形成基电极层；

其中，所述基电极层的材质为GaN中加入Be掺杂。

S36、于所述基电极层上外延淀积二维电气层；

其中，所述二维电气层的材料包括AlGaN。

S37、于所述二维电气层上外延淀积第二离子浓度的N型基底形成射电极层；

其中，所述射电极层的材质为GaN和/或InGaN加入Si掺杂。

具体的，所述第一离子浓度小于所述第二离子浓度。

在本实施例中，通过在在基电极层和射电极层之间设置一层二维电气层以提高电子的迁移率。

请参照图4和图5，本发明实施例还公开了一种第三代半导体100，所述第三代化合物半导体包括多个区块200，每个所述区块200包括衬底210、缓冲层220、电子特性层、保护层270和多个过孔280；所述缓冲层220设置于所述衬底210上；所述电子特性层设置于所述缓冲层220上，所述电子特性层为多层结构；所述保护层270设置于所述电子特性层上；多个所述过孔280从所述保护层270外表面穿透至所述电子特性层。

在本方案中，将第三代半导体100分割成多个区块200，每个区块200内都先预先设置所需要的电子特性层，再根据每个区块200所需要的功能，将过孔280穿透至对应的电子特性层中的位置，实现每个区块200的功能；将所需要的电子特性层预先设置于衬底210上，根据需要设置过孔280，免去了传统离子注入加高温扩散的方式产生的不同膜层之间的离子互相渗透和离子间的伤害，进而稳定组件特性，改善半导体器件的性能可靠性，避免讯号失真的影响，达到更稳定的工率输出，实现高频率和高功率器件上的稳定应用；再通过缓冲层220来对晶格进行调整，电子特性层按照调整后的晶格进行生长；最后在电子特性层上设置一层保护层270防止化合物半导体内部的结构被损伤，例如刮伤或腐蚀，导致化合物半导体的性能减弱，同时还隔绝化合物半导体的内部结构与外界接触，防止产生反应使化合物半导体的性能发生改变。

具体的，所述衬底210包括SiC、Al2O3和Si中的一种或多种，所述衬底210的厚度为625μm；所述缓冲层220通过外延淀积的方式设置于所述衬底210上，所述缓冲层220的外延淀积厚度为200nm，所述缓冲层220包括AlGaN；所述集电极层230通过外延淀积的方式设置于所述缓冲层220上，所述集电极层230的外延淀积厚度为700nm-1200nm，所述集电极层230包括GaN；所述基电极层240通过外延淀积的方式设置于所述集电极层230上，所述基电极层240的外延淀积厚度为100nm-150nm，所述基电极层240包括GaN；所述射电极层250通过外延淀积的方式设置于所述基电极层240上，所述射电极层250的外延淀积厚度为100nm-150nm，所述射电极层250包括GaN和/或InGaN；通过外延淀积的方式在所述射电极层250上设置一层射极导电层290，所述射极导电层290的外延淀积厚度为100nm，所述射极导电层290包括InGaN，所述保护层270通过外延淀积的方式设置于所述射电极层250上，所述保护层270包括SiN。

在传统硅基半导体的工艺制造过程中，通过从离子注入加上高温扩散方式来布建组件信道，这样的方法受离子注入机的浓度和能量限制,通道的阻值和宽度有一定范围，加上均匀性和晶格受损的影响,半导体器件很容易产生失真、寿命缩短和可靠性失效的问题。在本方案中，通过外延淀积的方式将多层结构预置于衬底210之上，即将所需要的电子特性层通过外延淀积的方式预先设置到衬底210上面，再根据所需要的功能，将过孔280穿透至对应的电子特性层中的位置，实现所需的功能，免去了传统离子注入加高温扩散的方式产生的不同膜层之间的离子互相渗透和离子间的伤害，进而稳定组件特性，改善半导体器件的性能可靠性，避免讯号失真的影响，达到更稳定的工率输出，实现高频率和高功率器件上的稳定应用。

再通过在表面设置一层保护层270，防止化合物半导体内部的结构被损伤，例如刮伤或腐蚀，导致化合物半导体的性能减弱，同时还隔绝化合物半导体的内部结构与外界接触，防止产生反应使化合物半导体的性能发生改变。SiN是一种无机物，它是一种重要的结构陶瓷材料，硬度大，本身具有润滑性，并且耐磨损，为原子晶体；高温时抗氧化。而且它还能抵抗冷热冲击，在空气中加热到1000℃以上，急剧冷却再急剧加热，也不会碎裂。因此将SiN作为保护层270设置于化合物半导体的表面，能更好的对内部结构进行保护，延长化合物半导体的使用寿命和保证化合物半导体的使用性能。

所述集电极层230、所述基电极层240和所述射电极层250都包括多个膜层，所述过孔280可以根据需要穿透至任一膜层，形成导通通道。当然，所述集电极层230、所述基电极层240和所述射电极层250也可以只有一层膜层，以实现一些简单的功能。

在本实施例中，先将所需要的各种功能特性的膜层都预先形成于衬底210之上，再通过光刻和刻蚀的工艺手法将整个第三代半导体100分割成多个区块200，每个区块200再根据所要实现的功能通过光刻和刻蚀的工艺手法形成过孔280穿透至对应的膜层，实现对应的功能，如此设置就不需要对每个区块200根据所需实现的功能进行单独的制作；并且与传统的工艺相比，这种外延埋层预置的工艺免去讯号失真的影响和更稳定的工率输出，体现在未来高频通讯,高能输出器件的广泛应用。另外，通过光刻和刻蚀工艺来刻蚀第三代半导体100的优点是它可以精确地控制形成图形的形状、大小，此外它可以同时在整个芯片表面产生外形轮廓。

进一步地，所述第三代化合物半导体还包括隔绝层300，所述隔绝层300设置于每个所述区块200之间用于隔离每个所述区块200。所述隔绝层300包括惰性气体，例如氦气和氮气等。通过高能离子注入的方式将惰性气体注入到每个区块200之间形成隔绝层300，通过隔绝层300将每个区块200成为各自独立不互相干扰的元件，可以实现多种不同的功能。

请参照图6，在一实施例中，所述电子特性层还包括二维电子气层260，外延淀积形成于所述基电极层240上，位于所述基电极层240和射电极层250之间。具体的，所述二维电气层的材料包括氮化铝镓。在基电极层240和射电极层250之间设置一层二维电气层以提高电子的迁移率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。