[發(fā)明專利]一種AlGaN/GaN HEMT的熱管理方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201911294276.4
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN110942990A
• 公開（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王阿署;曾令艷
• 申請（專利權(quán)）人: 成都大學(xué)
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L23/373
• 代理公司: 成都行之專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51220
• 代理人: 宋輝

本發(fā)明公開了一種AlGaN/GaN HEMT的熱管理方法，在AlGaN/GaN/Si襯底上，使用ICP方法在AlGaN和GaN層上刻蝕深槽用于器件之間的絕緣；使用電子束蒸發(fā)方法淀積歐姆接觸電極；采用PECVD的方法生長鈍化層；刻蝕源極和漏極處的鈍化層；采用PECVD的方法生長金剛石熱分散層；使用SiN作為保護(hù)層，采用ICP方法刻蝕金剛石層以形成源極、漏極及柵極窗口；刻蝕柵極處的鈍化層；電子束蒸發(fā)淀積柵極電極。本發(fā)明能有效的降低器件的溝道溫度，增加器件的漏電流輸出，使其得到更好的散熱效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體涉及一種AlGaN/GaN HEMT的熱管理方法。

背景技術(shù)

第三代半導(dǎo)體材料GaN及其合金AlGaN具有較大的自發(fā)和壓電極化電荷。當(dāng)這兩種材料形成異質(zhì)結(jié)時，在AlGaN/GaN界面處會產(chǎn)生較高的極化電荷密度，導(dǎo)致在靠近界面處的GaN溝道中形成高密度的二維電子氣(2DEG)。在此異質(zhì)結(jié)上制備出源極、漏極及柵極即可形成場效應(yīng)晶體管，通常稱為AlGaN/GaN HEMT(高電子遷移率晶體管)。由于該器件的高載流子濃度和GaN材料的寬禁帶寬度，使得AlGaN/GaN HEMT表現(xiàn)出許多優(yōu)良的特性，例如，能輸出較高的功率、能承受較高的擊穿電壓、作為開關(guān)時其開關(guān)速度快和損耗小、能工作在高溫和高輻射等惡劣環(huán)境中等，在軍民領(lǐng)域中均有較大的應(yīng)用潛力。

當(dāng)AlGaN/GaN HEMT工作在高功率的條件下時，其溝道溫度也會相應(yīng)地升高，從而使載流子的遷移率降低，導(dǎo)致器件的漏電流減小，即自加熱效應(yīng)。所以，需要對器件使用恰當(dāng)?shù)臒峁芾矸椒ㄒ詼p小其溝道溫度，提高漏電流的輸出。目前已報道采用的熱管理方法如下：

1)通過刻蝕移除器件的襯底，再原子級的鍵合高熱導(dǎo)的熱沉，主要使用的熱沉材料有金剛石和AlN。但是這種方法存在制作工藝復(fù)雜、成本高、穩(wěn)定性差的問題；并且，新焊接的熱沉和溝道間隔著約2微米的GaN緩沖層，距離比較遠(yuǎn)，影響散熱的效果；同時，在緩沖層GaN和新焊接的熱沉之間存在有高熱阻的界面層，這也影響了散熱的效果。

2)在襯底上刻蝕出一些洞穴，深度約為襯底的厚度，之后再在這些洞穴里淀積高熱導(dǎo)的金剛石薄膜充當(dāng)熱沉的作用。對于這種方法，由于所要淀積的金剛石比較多，所以生長速度比較緩慢，影響其實用性。另一方面，高熱導(dǎo)的金剛石距離溝道也間隔著GaN的緩沖層，影響其散熱的效果。

3)在器件表面上直接鈍化AlN或者是鍵合AlN作為熱沉，該方法中不足夠高的AlN熱導(dǎo)(約320W/mK)一定程度上限制了其熱管理的效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有的器件的溝道溫度較高，漏電流的輸出小，導(dǎo)致散熱效率較低，目的在于提供一種AlGaN/GaN HEMT的熱管理方法，解決AlGaN/GaN HEMT器件的散熱問題。

本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種AlGaN/GaN HEMT的熱管理方法，包括以下步驟：

(1)在AlGaN/GaN/Si襯底上，使用ICP方法在AlGaN和GaN層上刻蝕深槽用于器件之間的絕緣；

(2)使用電子束蒸發(fā)方法淀積歐姆接觸電極；

(3)采用PECVD的方法生長鈍化層；

(4)刻蝕源極和漏極處的鈍化層；

(5)采用PECVD的方法生長金剛石熱分散層；

(6)使用SiN作為保護(hù)層，采用ICP方法刻蝕金剛石層以形成源極、漏極及柵極窗口；

(7)刻蝕柵極處的鈍化層；

(8)電子束蒸發(fā)淀積柵極電極。

具體的，歐姆接觸為Ti/Al/Ni/Au多層結(jié)構(gòu)；鈍化層為SiO₂或SiN材料。