[發明專利]GaN芯片及其制作方法

在審

• 申請號: 201710267549.0
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN107134484A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 何宏波;徐靜
• 申請（專利權）人: 四川北斗衛星導航平臺有限公司
• 主分類號: H01L29/20
• 分類號: H01L29/20;H01L29/778;H01L29/06;H01L21/335;H01L29/423
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙)51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及微電子技術領域，具體是一種GaN芯片及其制作方法。

背景技術

中國北斗衛星導航定位系統（BDS）是我國自主研發并建立的一個全球衛星導航系統。它是繼美國的全球定位系統（GPS），俄羅斯的格洛納斯（GLONASS）衛星導航系統之后的，全球第三個建立并投入使用的的衛星導航系統。目前，衛星定位技術的應用非常廣泛，例如航空、航海和地面交通的導航，無人駕駛、地質勘探以及災害預警等多方面領域都發揮了重要作用，給社會帶來了巨大的經濟效益。長期以來，世界主流的衛星導航定位應用技術以美國的 GPS 為核心，因其關鍵技術導航芯片技術為美國所掌控。為了擺脫對該系統依賴所帶來的潛在風險，我國設定了發展擁有自主知識產權的北斗衛星定位導航系統的目標，并且不斷地開展相關北斗芯片技術的研究，大力拓展其應用范圍。目前，北斗導航系統的應用發展非常迅速，已經可以在中國范圍內提供用于民用的高精度定位以及測量服務。

智能穿戴將先進的全球衛星定位技術、數據庫技術和現代通信技術與嵌入式計算機系統于一體，實現了定位、導航和實時信息發布等功能，為用戶提供便捷的服務，幫助用戶能夠準確、安全、快速地獲得定位信息。在很長一段時間，國外的 GPS 衛星導航系統在我國的車輛定位監控系統中占據主導地位。隨著我國對衛星定位系統的廣泛需求以及國家安全的需要，自主和基于北斗定位衛星導航系統的智能穿戴系統有著十分重要的意義。隨著國家的大力鼓勵以及我國北斗產業鏈的不斷完善，加上北斗定位導航系統的不斷改進和提升，基于北斗定位的導航系統必將獲得廣泛的應用。

目前，國內已經發展了多種基于北斗系統的可穿戴式設備，如北斗導航手表等。但是依然存在很多問題，例如芯片元器件的性能表現一般，工作可靠性較差，導致應用器件的導航芯片定位精度不高、定位時間短、體積大和價格昂貴等。目前國內大多數的北斗導航芯片采用硅基CMOS工藝制造，而較少使用III-V族化合物半導體工藝技術，尤其是在GaN/GaAs領基的半導體器件及其芯片還存在許多問題。基于III-V族化合物半導體材料和工藝的半導體器件具有優良的性能，但是工藝難度較高，不如CMOS工藝穩定成熟。尤其是在異質結場效應晶體管的制造工藝中，緩沖層容易泄露電流導致器件被擊穿，降低了器件工作可靠性和芯片工作壽命。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種GaN芯片及其制作方法，達到改善GaN晶體管的性能，提高GaN芯片的工作可靠性和提升GaN芯片導航精度的效果。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種GaN芯片，包括襯底、源極、漏極和柵極，包括：

（1）硅襯底；

（2）SiN或AlN成核層，所述的SiN或AlN成核層設置在硅襯底的上面；

（3）摻雜GaN緩沖層，所述的摻雜GaN緩沖層設置在SiN或AlN成核層的上面；

（4）AlN或GaN隔離層，所述的AlN隔離層或GaN隔離層設置在摻雜GaN緩沖層的上面；

（5）GaN/InGaN/AlN/GaN雙異質結，所述的GaN/InGaN/AlN/GaN雙異質結設置在AlN或GaN隔離層的上面；

所述的GaN/InGaN/AlN/GaN雙異質結由下至上，依次設置未摻雜GaN緩沖層、AlN勢壘層、InGaN勢壘層和GaN帽層；

（6）氧化鋁柵介質，所述的氧化鋁柵介質設置在GaN帽層的上面。

所述的摻雜GaN緩沖層，在GaN材料中摻雜了鎂原子。

所述的未摻雜GaN緩沖層與InGaN勢壘層，在它們接觸處的100nm區域內，形成2DEG。

所述的未摻雜GaN緩沖層（201）的厚度在1um~2um之間。

所述的AlN勢壘層與柵金屬（1001）形成肖特基接觸，AlN勢壘層的厚度為1.5nm。

所述的InGaN勢壘層與柵金屬形成肖特基接觸，InGaN勢壘層的厚度在1~2nm之間。

所述的GaN帽層為不摻雜的GaN帽層。

所述的GaN帽層的厚度在1nm~3nm之間。

進一步，還包括：至少兩個隔離區，所述的隔離區為電學隔離區，用于為GaN基晶體管提供互相隔離的平面結構的有源區。

一種GaN芯片制作方法，包括：

S1. 采用主要為（111）晶面的高阻值硅襯底作為器件的支撐材料，控制襯底電阻值大于5000Ω；

S2. 采用鎂原子對GaN緩沖層進行摻雜，能夠吸收硅襯底與外延層之間因為晶格失配產生的應力；