[發明專利]基于金剛石鈍化結構的高效散熱氮化鎵晶體管及其制造方法

在審

• 申請號: 202010615260.5
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111900140A
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 郭懷新;郁鑫鑫;周建軍;孔月嬋
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十五研究所
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L23/31;H01L21/56
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 陳鵬

本發明公開了一種基于金剛石鈍化結構的高效散熱氮化鎵晶體管及其制造方法，高效散熱氮化鎵晶體管結構設計自上而下依次包括金剛石鈍化層、柵源漏功能層、勢壘層、緩沖層及襯底；所述金剛石鈍化層是多層結構，包含勢壘保護層、種子層和導熱層，具有高導熱作用，有效降低氮化鎵晶體管的結溫；基于金剛石鈍化結構的高效散熱氮化鎵晶體管實現的方法是采用低溫金剛石生長鈍化技術解決與器件傳統工藝的兼容性。本發明的金剛石鈍化結構的氮化鎵基器件具有高效散熱的能力的優點，可用于超大功率微波功率器件。

技術領域

本發明屬于新型半導體器件熱管理技術研究領域，特別是涉及一種基于金剛石鈍化結構的高效散熱氮化鎵晶體管及其制造方法。

背景技術

以氮化鎵為代表的第三代半導體功率器件已展現出其優異的大功率應用特性，在實際應用中的氮化鎵器件的功率密度僅達到3-8W/mm,遠低于于其理論值，氮化鎵大功率的特性優勢遠未得到發揮。這主要是因為氮化鎵器件在輸出大功率的同時會產生大量熱積累，功率越大熱積累約嚴重，熱積累導致氮化鎵晶體管芯結溫的升高，使器件性能和可靠性都急劇衰減。目前氮化鎵基功率器件由于自身材料的導熱能力無法滿足器件大功率化的發展，散熱問題嚴重限制了氮化鎵器件的性能，因此進行氮化鎵半導體器件的熱管理開發成為了解決其大功率應用的主要技術瓶頸。因此，探索高導熱材料與氮化鎵器件近結區集成的熱管理方法將是解決氮化鎵器件熱積累，適應其大功率化的主要途徑和研究熱點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于金剛石鈍化結構的高效散熱氮化鎵晶體管及其制造方法，解決氮化鎵功率器件芯片有源區的熱積累問題，進行芯片級熱管理技術開發，提升氮化鎵器件的輸出特性和可靠性。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種基于金剛石鈍化結構的高效散熱氮化鎵晶體管，該結構設計自上而下依次包括金剛石鈍化層、柵源漏功能層、勢壘層、緩沖層及襯底，所述的金剛石鈍化層為多層結構，包含勢壘保護層、種子層和導熱層。

進一步的，勢壘保護層材料為厚度10-30納米的SiN或AlN介質，種子層材料為厚度10-50納米的碳基介質，導熱層為厚度400-600納米的金剛石介質。

進一步的，所述金剛石鈍化層采用分步、低溫生長過程，首先生長勢壘保護層介質、再生長種子層材料、最后生長導熱層材料。

一種基于金剛石鈍化結構的高效散熱氮化鎵晶體管制造方法，包括如下步驟：

1)源漏功能區制備：進行源和漏的功能區的生長；

2)金剛石鈍化制備：先采用CVD工藝進行勢壘保護層的生長，勢保護層厚度在10-30納米，材料為SiN或AlN介質；其次進行種子層生長，種子層厚度為厚度10-50納米的碳基介質；最后采用CVD技術進行金剛石導熱層生長，導熱層厚度在400-600納米，生長溫度不高于750℃；

3)柵區金剛石刻蝕：進行金剛石鈍化層的刻蝕，實現氮化鎵功能層柵區的制備；

4)柵金屬生長：采用柵工藝生長，進行氮化鎵功能層柵金屬的制備，柵金屬厚度比金剛石鈍化層厚度大50-100納米；

5)源漏區金剛石刻蝕：進行金剛石鈍化層的刻蝕，實現氮化鎵功能層源漏加厚互連區的制備；

6)源漏功能區互連制備：采用金蒸發生長工藝進行源和漏功能區的加厚互連，源漏總厚度金剛石鈍化層厚度大50-100納米；完成基于金剛石鈍化結構的高效散熱氮化鎵晶體管制造。

進一步的，步驟3)和步驟5)中采用光刻和ICP工藝進行金剛石鈍化層的刻蝕。