[發明專利]基于倒裝芯片的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管器件及制作方法

在審

• 申請號: 201611137031.7
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106601807A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 劉紅俠;劉昌
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，涉及一種AlGaN/GaN異質結結構的高電子遷移率器件，可用于制作高頻大功率集成電路。

背景技術

GaN材料作為第三代半導體材料中的代表，具有許多優良的物理特性。其禁帶寬度大，擊穿場強高，熱導率高，電子飽和速度大。這些特點使其在高溫、高頻、大功率領域有著十分廣闊的應用前景。而AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管作為一種基于GaN材料的器件，也具有非常優異的性能。AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管具有高擊穿電壓，高飽和漂移速度，較小的泄露電流，大電子面密度，高熱導率。但在實際應用過程中，AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管仍然面臨著十分嚴重的熱可靠性問題。在微波大功率應用時，AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管的自熱效應會使器件的結溫不斷升高，導致有源區載流子遷移率的減少和飽和漂移速度的下降。最終導致出現退化甚至失效。藍寶石由于其成本低廉，經常被用作高電子遷移率晶體管的襯底材料，但又因為其熱導率小，導致自熱效應在藍寶石襯底中尤為嚴重。傳統的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管的結構如圖1所示。器件由上至下分別由Si₃N₄鈍化層，AlGaN勢壘層，GaN緩沖層和襯底組成。這種結構的高電子遷移率晶體管在高壓工作時會有比較嚴重的自熱效應，從輸出特性曲線上表示為飽和區漏電流的下降，影響器件性能。

發明內容

本發明的目的在于克服上述傳統高電子遷移率晶體管結構的不足，提出一種基于倒裝芯片的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管及制作方法，以有效抑制自熱效應，提高漏電流，使器件的輸出特性曲線更加平直。

本發明的技術思路是：通過采用倒裝芯片對傳統高電子遷移率晶體管器件的正裝結構進行改變，并利用AlN材料的熱導率高于藍寶石材料的特性，將高電子遷移率晶體管器件倒焊在AlN基板上，實現器件更高的熱可靠性。

基于以上技術思路本發明的技術方案如下：

1.一種基于倒裝芯片的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管，包括：襯底，GaN緩沖層，AlGaN勢壘層，Si₃N₄鈍化層，AlGaN勢壘層的兩側為漏極和源極，AlGaN勢壘層的下方為柵極，其特征在于：

襯底、GaN緩沖層、AlGaN勢壘層、Si₃N₄鈍化層這四者自上而下依次排列，漏極的下方設有漏極凸點，源極的下方設有源極凸點，漏極凸點和源極凸點的下方設有基板。

作為優選，凸點高度在5～10μm范圍內確定。

作為優選，襯底采用藍寶石，漏極凸點和源極凸點采用Au，基板采用AlN。

作為優選，GaN緩沖層的厚度為1.5μm；AlGaN勢壘層的厚度為0.03μm。

2.一種倒裝芯片的高電子遷移率晶體管器件，其制作步驟主要包括：

1)在襯底正面利用金屬有機物化學氣相淀積生長厚度為1.5μm的GaN緩沖層；

2)在GaN緩沖層上利用金屬有機物化學氣相淀積生長厚度為0.03μm，Al組分為0.3的AlGaN勢壘層；

3)在AlGaN勢壘層上制作掩膜，通過曝光顯影形成刻蝕區，利用反應離子刻蝕工藝在刻蝕區刻蝕掉AlGaN勢壘層和GaN緩沖層，形成深度為0.5μm的臺面；

4)在AlGaN勢壘層上利用電子束蒸發工藝淀積Ni/Au/Ni多層金屬，形成柵極，然后進行退火；

5)在AlGaN勢壘層的兩側利用電子束蒸發工藝淀積Ti/Al/Mo/Au多層金屬，形成源極和漏極，然后進行退火；

6)在AlGaN勢壘層上利用等離子增強化學氣相淀積生長厚度為0.5μm的Si₃N₄鈍化層；

7)在Si₃N₄鈍化層上制作掩膜，通過曝光顯影形成刻蝕區，利用反應離子刻蝕工藝在刻蝕區刻蝕掉Si₃N₄鈍化層，露出源極和漏極；

8)在源極和漏極上電鍍制作凸點，并利用倒焊技術將凸點與基板粘合在一起，完成器件的制作。

本發明與現有技術相比，具有如下優點：

1.本發明使用倒裝芯片，將襯底設置在器件頂層，將AlN基板設置在器件最底層，利用AlN材料的熱導率高于藍寶石材料的特性，有效減少了自熱效應，提高了漏電流，使器件的輸出特性曲線更加平直，增強了熱可靠性；